Квадратор

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУСВИДЕТЕЛЬСТВУ. Союз Советскик Социалистические Республик(51) М. Кл. с присоединением заявкиС 06 С 7/20 3 Ъеударетеанный квинтет СССР нф дмаи нзебретеннй н аткрытнйДата опубликования описания 17. 07. 82 2) АвторыизобретенияФ Мальцев, В.Д. Иевченко и М.М(ц) КВддрдта ры, чувствителнаходитсяе тевой рабочей по р для .23,Недостатком его является ограниченный динамический диапазон, обусловленный конечным тепловым сопротивлением охладителей, выполненныхиз известных термоэлектрических мате"риалов.Цель изобретения - расшярение диапазона входного сигнала,Эта цель достигается тем, цто .квадратор, содержащий электрическийнагреватель, выводы которого являютсявходом квадратора, охладитель, первая рабочая поверхность которого на"ходится в тепловом контакте с электрическим нагревателем, а выводы яв"ляются выходом квадратора, датчиктемпературы, чувствительйый элементкоторого находится в тепловом контакте с первой рабочей поверхностью ох"ладителя, содержит дополнительный 1Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения аналоговых вычислительных устройств, выполняющих операцию возведения в квадрат электрических сигналов.Из ве стен квадратор, соде ржащи й электрический нагреватель и датчик температуры (термопрру, термосопротивление и т.п,) 1оТакие квадраторы работают при любой полярности входного сигнала, но имеют низкую чувствительность и ограниченный динамический диапазон изменения входных сигналов,Наиболее близким к предложенному по техническому решению является квад" ратор, содержащий электрический на" греватель, выводы которого являются входом квадратора, охладитель, первая о рабочая поверхность которого находится в тепловом контакте с электрическим нагревателем, а выводы являются выходом квадратора, датчик температуьныи элемент которогопловом контакте с перве хностью охла ите3 943754 а охладитель, теплоотвод, дополнитель.ный дифференциальный датчик температуры, причем основной датчик температуры выполнен также дифференциальным, другой чувствительный элементосновного датчика температуры находится в тепловом контакте с второйрабочей поверхностью основного охладителя, которая находится в тепловомконтакте с первой рабочей поверхнос- отью дополнительного охладителя, теплоотвод находится в тепловом контакте с второй рабочей поверхностью дополнительного охладителя, выводы которого являются дополнительным выходом квадратора, первый чувствительныйэлемент дополнительного дифференциального датчика температуры находитсяв тепловом контакте с второй рабочейповерхностью дополнительного охладителя, а второй чувствительный элементс одной из рабочих поверхностей основного охладителя.На чертеже приведена конструкцияквадратора. 25Квадратор содержит электрическийнагреватель 1, охладитель 2, основной датчик температуры 3, дополнительный охладитель 4, дополнительныйдифференциальный датчик температуры 5, теплоотвод 6.Первая рабочая поверхность 7 охла"дителя 2 находится в тепловом контакте . электрическим нагревателем 1.Вторая рабочая поверхность,8 охладителя 2 находится в теплово 4 контакте с первой рабочей поверхностью 9дополнительного охладителя 4, втораярабочая поверхность 10 которого нахо"дится в тепловом контакте с теплоот-.водом 6. Квадратор работает следующим образом.Входной сигнал в виде электричес"кого тока 18 хподается на нагреватель 1. На выводы охладителей 2 и 4 подаются опорные сигналы 1 о и 1 лот регулируемых источников тока.Регулируя величину опорного тока 1 оя через охладитель 4, можно постоянП 4но поддерживать нулевой сигнал датчи" ка. температуры 3, т.е. постоянно поддерживать равенство температур рабочих поверхностей 7,8 и 9 охладителей 2 и 4.Регулируя величину опорного тока 1 через охладитель 2, можно устаояновить нулевой сигнал на выходе двтчика температуры 5, что будет свидетельствовать о равенстве температур рабочих поверхностей 7- 10 охладителей 2 и 4, При этом мощность; выделяемая входным током 18, в нагревателе 1, будетполностью поглощаться охлаждающей мощностью, выделяемой охладителями 2 и 4, т.е.1 К : К 21.д, - К 41 о.4 (1) где В - сопротивление нагревателя 1; К 2,К 4 - коэффициенты, учитывающиетермоэлектрическую эффективность материала охладителей 2иТаким образом, зависимость между входным током 18 и опорными токами, 1 имеет квадратичный характер.Оп оЯ 4При изменении входного сигнала 1 между мощностью, выделяемой в нагревателе 1 (1 В), и охлаждающей мощ 2.ЬХностью, выделяемой охладителем 21 возникает разность АР = 1 К= К 21 яОяъ что приводит к изменению температурынагревателя 1 и охладителя 2.Скорость изменения этой температуры равна ьРСгде С - теплоемкость нагреваемыхэлементов.Так как температуры рабочих поверхностей 7, 8 и 9 постоянно поддерживаются равными, то через промежуток времени С, изменение температуры рабочих поверхностей 7, 8 и 9 относительно рабочей поверхности 10равноЬт =дС = -С,1, (2)дР . АРОЭто изменение температуры вызываетизменение сигнала датчика температуры 5. Следовательно, при нарушенииравенства (1) входной сигнал датчикатемпературы 5 изменяется, причем величина выходного сигнала датмика температуры 5 линейно возрастает в функции времени, т,е. чувствительностьквадратора зависит от времени квадратирования,Поскольку разность температур между рабочими поверхностями 7 и 8 постоянно поддерживается равной нулю,то утечка тепла за счет теплопроводности конструктивных частей охладителя 2 равна нулю, т.е. возможностиповышения чувствительности предложенного квадратора не ограничены теплопроводностью охладителя. зо 35 40 45 50555 9 ч 375При квадратировании малых сигналов на величину чувствительности квадратора могут оказать влияние утечки тепла за счет теплопроводности окружающей среды, В этом случае кввдра тор может быть помещен в вакуум.Поскольку в процессе работы квадратора температура рабочей поверхности 7 поддерживается равной температуре рабочей поверхности 8, то диф ференциальный датчик температуры 5 может быть установлен между рабочими поверхностями 8 и 10 охладителей 2 иПреимущества предложенного квадра" 15 тора в сравнении с известным состоят в том, что, при наличии разбаланса между мощностью, выделяемой в нагревателе, и мощностью, выделяемой в охладителе, выходной сигнал известного 20 квадратора изменяется вначале по закону., близкому к линейному, а при увеличении времени квадратирования - по экспоненциальному закону ( за счет теплопроводности охладителя(, т.е. 25 квадратор-прототип можно рассматривать, как интегрирующее звено с потерями.В предложенном же квадраторе влия-. ние теплопроводности элементов охла- Зо дителей практически исключено, поэто,му выходной сигнал его изменяется ли, нейно в функции времени, т.е. предложенный квадратор можно рассматривать как интегрирующее звено без потерь.Величину, на которую изменяется ,температура нагревателя известного квадратора по окончании процесса установления, можно определить по формуле 40 формула изобретения Квадратор, содержащий электрический нагреватель, выводы которого явпяются входом квадратора, охладитель, первая рабочая поверхность которого находится в тепловом контакте с элек рическим нагревателем, а выводы являются выходом квадратора, датчик температуры, чувствительный элемент которого находится в тепловом контакте с первой рабочей поверхностью охладителя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона входного сигнала, он содержит дополнительный охладитель, теплоотвод, дополнительный дифференциальный датчик температуры, причем основной датчик температуры выполнен также дифференциальным, другой чувствительный элемент основного датчика температуры находится в тепловом контакте с второй рабочей поверхностью основного охладителя, которая находится в тепловом контакте с первой рабочей поверхностью дополнительного охладителя, теплоотвод находится в тепловом контакте с второй рабочей поверхностью дополнительного охладителя, выводы которого являются дополнительным выходом квадратора, первый чувствительный элемент дополнительного дифференциального датчика температуры находит ся в тепловом контакте с второй рабочей поверхностью дополнительного охла" дителя, а второй чувствительный элемент - с одной из рабочих поверхнос.тей основного охладителя. Йсточни ки информации,принятые во внимание при экспертизе,1. Корн Г., Корн Т. Электрическиеаналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины. М., нМирф, 1967,с, 316.2,. Авторское свидетельство СССРпо заявке Ю 2587583/2 М,кл. В 06 6 7/20, 1978 (прототип),дРЬ,Т=О(где- теплопроводность элементовохладителя.В предложенном квадраторе выходной 45. сигнал при разбалансе мощностей нагревателя и охладителей зависит от времени и определяется по формуле (2), Поэтому даже небольшой разбаланс между поглощающей и выделяемой мощнос тями будет вызывать появление сигнала датчика температуры, линейно увеличивающегося во времени. Это позволяет использовать квадратор длявозведения в квадрат весьма малых сиг"налов, цто и обеспечивает расширениединамического диапазона.Ре 8 актор Л. ВеселовсЗаказ 51 Я 55ВНИИПИ Госудпо делам303 д Москва иал ППП ППат