Способ термостатирования и устройство для его осуществления

(5 ц 5 6 0 19 ГОСУДАР СТВ Е ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 2 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(21) 4773078/24 (22) 30,10.89 (46) 15.06,92. Бюл, М 22 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) В.Г.Воронов, А,И,Гапон, П,А.Качанов и М,В.Гунбин (53) 62,50 (088.8) (56) Автоматизация производства и промышленная электроника. М,: Советская энциклопедия, т,4, 1965, с,33 - 34.Воронов В,Г., Гапон А.ИГунбин М.В, и др, Анализ устойчивости систем термостатирования с пьеэокварцевым датчиком, - В кн.: Системы сбора и обработки информации, Таганрог, ТРТИ, 1985, вып.6, с,87 - 95.Альтшуллер Г.БЕфимов Н.НШапулин В.Г. Кварцевые генераторы: Справ. пособие, М,: Радио и связь, 1984.Симонов В.И, Провалы активности в высокочастотных гармониковых кварцевых резонаторах. - Электронная техника. Сер,8, Радиодетали и радиокомпоненты, 1981,. вып. 4, с.46 - 49.ВаИа 1 о А. Ясабс апб Оупагпс Вепачог о 1 Онаго Кезопасогз, - 1 ЕЕЕ Тгапзасбопз оп Яопсз апб Отгазопсз, чо. ЯО, йо.4, ,) Шу 1979,2(54) СПОСОБ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ ИУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ ЕСТВЛЕ ЩНИЯ(57) Изобретение относится к способам автоматического регулирования температуры и может быть использовано при прецизионном термостатировании объектов в метрологии, радиотехнике. В способе и устройстве решается задача повышения точности стабилизации температуры. Способ основан на статировании температуры объекта по сигналу изменения частоты кварцевого генератора с термозависимым кварцевым резонатором. Новым в способе является изменение значения мощности возбуждения кварцевого генератора, обеспечивающее достижение провала температурно-частотной характеристики кварцевого резонатора в точке статирования, Устройство содержит кварцевый генератор 2 с термочувствительным кварцевым резонатором 1 в термокамере 13, и реобразователь частота - код 3, задатчики кодов 4 - 6, элементы 7, 8 сравнения, коммутатор 9, ВЯ-триггер 10, усилитель 11 с переменным коэффициентом передачи и нагреватель 12.2 с,п, Ф-лы, 2 ил.25 30 35 Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термостатирования, заклю чающемуся в контроле частоты кварцевого генератора с термозависимым кварцевым резонатором, имеющим провал ТЧХ и формировании по ее значению управляющего воздействия, при достижении частотой 45 кварцевого генератора значения, соответствующего температуре статирования, устанавливают значение мощности возбуждения кварцевого генератора, обеспечивающее достижение провала на 50 температурно-частотной характеристике кварцевого резонатора.При этом в устройство для термостатирования, содержащее кварцевый генератор с термочувствительным кварцевым резона тором, размещенным в термокамере преобразователь частота-код, первый задатчик кода, первый элемент сравнения, ВЯ-триг-. гер, последовательно соединенные усилитель и нагреватель, введены коммутатор,Изобретение относится к способам автоматического регулирования температуры и может быть использовано там, где требуется прецизионное термостатирование объектов, например в метрологии, радиотехнике и т.п.Известен способ термостабилизации в термоэлектрическом термостате, включающий измерение температуры термостатируемого объекта, воздействие на объект тепловым потоком, при отклонении температуры объекта от заданного значения.Недостатком этого способа термостабилизации является низкая точность.Наиболее близким к предлагаемому является способ термостатирования, основанный на регулированиитемпературы объекта с помощью регулятора по сигналу изменения частоты автоколебаний генератора с кварцевым резонатором, имеющим провал активности температурно-частотной характеристики (ТЧХ) в диапазоне статирования. Известно устройство для термостатирования, содержащее кварцевый генератор с чувствительным кварцевым резонатором, размещенным в термокамере, преобразователь частота-код, задатчик кода, элемент сравнения, ВЯ-триггер и последовательно соединенные усилитель и нагреватель.Недостатком известного способа и устройства является низкая точность термостатирования за счет низкой термочувствительности, которая не превышает 200 Гц/ОС.Цель изобретения - повышение точности статирования температуры. 5 10 15 20 второй элемент сравнения, второй и третий задатчики кода, а усилитель выполнен с регулируемым коэффициентом передачи, вход управления которого подключен к выходу ВЯ-триггера, связанного К-входом с выходом первого элемента сравнения, а Я-входом с первым выходом второго элемента сравнения, второй выход которого соединен с входом усилителя, выход кварцевого генератора соединен с входом преобразователя частота-код, выход которого подключен к одним из входов первого и второго элементов сравнения, к другому входу первого элемента сравнения подсоединен выход первого задатчика кода, а к другому входу второго элемента сравнения подключен выход коммутатора, входы которого связаны с выходами первого и второго задатчиков кодов соответственно, управляющие входы коммутатора и кварцевого генератора соединены с выходом ЙЯ-триггера.Известно, что при повышении мощности возбуждения генератора с кварцевым резонатором АТ-среза, его ТЧХ имеет провалы до десятков миллионных долей от основной частоты 1 О на интервале температур 0,001 - 0,1 С. Для резонатора, колеблющегося на частоте 5 МГц, это соответствует чувствительности 5000 Гц/ОС, в то время как лучшие образцы термочувствительных кварцевых резонаторов имеют термочувствительность не выше 200 Гц/С, При увеличении мощности возбуждения возрастает амплитуда провала частоты, что позволяет регулировать термочувствительность. Провалы активности АТ-резонаторов являются следствием нелинейного взаимодействия основной моды колебаний с модами более низких порядков, поэтому температуру провала можно изменять путем коррекции геометрических размеров или угла среза шлифовкой пьезоэлемента. Таким образом, можно получить кварцевый резонатор с требуемой чувствительностью в заданной точке статирования темпеоатуры,Гистерезис провала активности ТЧХ, о котором упоминается, обьясняется влиянием динамического коэффициента частоты, который для резонаторов АТ-среза составляет порядка 13 10 с/С и зависит, следовательно, от скорости изменения температуры. В реальных системах термостатирования скоростью изменения температуры (по техническим треб ова н ия м и системам) не превышает 2 - 4 С/мин, поэтому гистерезисом можно прен бречь.На фиг,1 представлены температурно- частотная характеристика одного из кварцевых резонаторов с АТ-срезом и участок этой ТЧХ с провалом активности в точке статирования; на фиг.2 - структурная схема устройства, реализующего способ термостабилизации.Устройство для термостатирования содержит термочувствительный кварцевый резонатор 1, кварцевый генератор 2, преобразователь частота-код 3, задатчики 4 - б кодов, элементы 7 и 8 сравнения, причем выходы задатчиков 4 и 5 чрез коммутатор 9 соединены с первым входом элемента 7 сравнения, а выход задатчика 6 соединен с первым входом элемента 8 сравнения, вторые входы элементов 7 и 8 сравнения соединены с выходом преобразователя частота-код 3, второй выход элемента 7 сравнения и выход элемента 8 сравнения соединены соответственно с Я-и й-входами ЯЯ-триггера 10, прямой выход которого подключен к управляющим входам коммутатора 9, кварцевого генератора 2 и усилителя 11 с переменным коэффициентом передачи, информационный вход которого соединен с первым входом элемента 7 сравнения, а выход через последовательно соединенные нагреватель 12 и термокамеру 13 - с входом термочувствительного кварцевого резонатора 1.В задатчике 4 записан код температуры точки 1 (фиг.1), в зада гчике 5 - код температуры статированля ток2 фиг,1), в задатчике б - код температура точки 3 (фиг.1),Способ термостатирования реализован следующим образом,Способ термостатирования включает два режима. Первый соответствует режиму с низким уровнем возбуждения кварцевого генератора с термозависимым кварцевым резонатором и с высоким коэффициентом передачи системы регулирования, Этот режим используется в качестве предварительного для подведения системы к области рабочей точки, т.е. система работает в режиме начального прогрева объекта.При достижении частотой кварцевого генератора значения, соответствующего температуре статирования, устанавливают значение мощности возбуждения кварцевого генератора, обеспечивающее достижение провала ТЧХ кварцевого резонатора, и снижают коэффициент передачи системы (второй режим),Устройство работает следующим образом.В процессе выхода (нагрева) термокамеры 13 в режим разность кодов преобразователя частота-код 3 (Ип) и задатчика 4(йд) больше нуля (Мп - КО), на первом выходе элемента сравнения 7 появляется сигнал уп 5055 101520253040 45 равления и через усилитель 11 включает нагреватель 12 термокамеры 13. При достижении температуры точки 1(йп -- К 4) на втором выходе элемента 7 сравнения появляется сигнал, который переключает триггер 10 в "1", Своим сигналом триггер скачкообразно увеличивает мощность возбуждения генератора 2 и уменьшает коэффициент передачи усилителя 11 и через кОммутирующее устройство 9 подключает к входу элемента 7 сравнения задатчик 5 и отключае 1 задатчик4. Таким образом, формируется ТЧХ кварцевого резонатора, имеющая вид, представленный на фиг,1 (появляется провал активности ТЧХ в диапазоне статирования), С целью более точного приближения к температуре статирования и исключения перегрева уменьшают коэффициент передачи усилителя. Стабилизация температуры осуществляется относительно точки 2 (фиг,1), В случае воздействия возмущающего воздействия, которое система не в состоянии отработать, или же при выходе в режим из зоны температур выше температуры статироаания код йп будет больше или равен Мб и на выходе элемента 8 сравнения появится слгнал, который переведет ЙЯ-триггер 10 в "0" (увеличится коэффициент передачи усилителя) и уменьшися мощность возбуждениягенератора. К входу элемента 7 сравнения через коммутирующее устройство 9 подключается задатчик 4 и отключается задатчик 5, При достижении температуры точки 1(фиг.1) термокамера выходит в режим, какописачо выше,Формула изобретения 1,пособ термостатирования, заключающийся в контроле частоты кварцевого генератора с 1 ермозависимым кварцевым резо,;а аро., имеющим прова;. активноеи темггерэтурно-частотной характерис 1 икг. и формирование по ее значению управля ощего воздействия, о т л и ч а ю щ и й с я гем, что, с целью повышения точности, при постикении частотой кварцевого генератсра зна ения, соответствующего температуре статирования, устанавливают значение мощности возбуждения кварцевого генератора, обеспечивающее достижение провала на температурно-частотной характеристике кварцевого резонатора,2, Устройство для термостатирования, содержащее кварцевый генератор с термочуствительным кварцевым резонатором. размещенным в термокамере, преобразователь частота-код, первый задатчикода,первый элемент сравнения, БЯ-триггер, последовательно соединенные усилитель и нагреватель, о т л и ч а ю щ в 8 с я тем, что, с целью повышения точности, устройство со1741110 Ф,9 У 5 УЕОЖ Г 5;000 55;0 держит коммутатор, второй элемент сравнения, второй и третий задатчики кода, а усилитель выполнен с регулируемым коэффициентом передачи, вход управления которого подключен к выходу ЙЗ-триггера, связанного В-входом с выхода первого элемента сравнения, а Я-входом - с первым выходом второго элемента сравнения, второй выход которого соединен с входом усилителя, выход кварцевого генератора соединен с входом преобразователя частота-код, выход которого подключен к одним из входов первого и второго элементов сравнения, к другому входу первого элемента сравнения подсоединен выход первого 5 задатчика кода, а к другому входу второгоэлемента сравнения подключен выход коммутатора, входы которого связаны с выхода-.ми первого и второго задатчиков кодов соответственно, управляющие входы ком мутатора и кварцевого генератора соединены с выходом ВЯ-триггера.