Устройство для регулирования температуры в криостате

А РЕСПУ 504 с 05 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬС Д ВТОРСКОМ оэлектССР1970.(54) У ТЕМПЕ Р ОВАН РОИСТВОТУРЫ В КР ДЛЯ РЕГУ ИОСТАТЕ относи электри менено дся к система еских величи ля термоста(57) Изобретени регулирования н и может быть пр тирования объек температурах. Ц ляется повышениов при криогенных лью изобретения я эффективности ре нных температур и оличества тепла,гу лирования крио тем уменьшения вноГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Харьковский институт радироники им. акад. М. К.Янгеля(56) Приборы и техника экспериме1987, Р 1, с. 222-223.Авторское свидетельство СР 344481, кл. 6 08 В 17/06,симого в объем криостата, и снижение расхода хладагента. Устройство для регулирования температуры содержит автогенераторную схему (АГС), состоящую из двухполюсника 1 с отрицательным дифференциальным сопротивлением, блокировочного конденсатора 8, регулируемого резистивного элемента (РРЭ) 9, параллельного колебательного контура, составленного иэ катушки 2 и конденсатора 4, последовательно которому включены терморезистор 3 и дополнительный резистор 5, шунтированный размыкающими контактами электромагнитного реле (ЭМР) 16, к выходу АГС через широкополосный усилитель 6 д подключены детектор 12, соединейный с управляющим входом РРЭ, и входы частотных реле 13 и 14, выходы которых соединены с входами триггера 15, С, подключенного к обмотке Э 11 Р, замыкающие контакты которого включены в цепь исполнительного устройства 18 3 ил.31508195Изобретение относится к системам управления или регулирования неэлектрических величин и может быть применено для термостатирования объекта при криогенных температурах.Цель изобретения - повышение эффективности регулирования криогенных температур за счет уменьшения количества тепла, вносимого в объем крио О стата, и снижения за счет этого расхода хладагента, а также затрат на обслуживание криостата.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для регули рования температуры в криостате; на фиг. 2 - эквивалентная по переменному току схема генераторной части уст- ройства; на фиг, 3 - границы области устойчивости, частотные характеристи ки и диаграммы работы устройства.Устройство для регулирования температуры в криостате (фиг. 1) содержит двухполюсник 1 с отрицательным дифференциальным сопротивлением (на" 25 пример, туннельный диод), параллельно которому подключен колебательный контур, состоящий из индуктивной ветви с катушкой 2 и емкостной ветви, содержащей последовательно включенные тер морезистор 3, конденсатор 4 и дополнительный резистор 5, Кроме того, параллельно двухполюснику 1 включены вход широкополосного усилителя 6 и цепь 7, состоящая из последовательно соединенных блокировочного конденсатора 8 и регулируемого резистивного элемента 9 в качестве которого может быть использован полевой транзистор 1 О, в цепи стока которого включен 40 подстроечный резистор 11. Выход широкополосного усилителя 6 нагружен на входы детектора 12, собранного, например, по диодной схеме, и частотных реле 13 и 14 соответственно высоких 45 и низких частот, Выход детектора 12 подключен к управляющему входу регулируемого реэистивного элемента 9, а выходы частотных реле нагружены на соответствующие входы триггера 15, выход которого подключен к обмотке электромагнитного реле 16, замыкающие контакты 17 которого осуществляют включение исполнительного механизма18, а размыкающие контакты 19 включены параллельно дополнительному резистору 5. Первый электрод терморезистора 3 соединен с внутренней стенкой 20 криостата и через нее с общей шиной устройства, а второй электрод терморезистора соединен с одной обкладкойконденсатора 4, выполненного из диэлектрика с низкой теплопроводностьюи запрессованного в наружную стенку21 криостата так, что его другая обкладка выходит наружу криостата.Двухполюсник 1 с отрицательнымдифференциальным сопротивлением,блокировочный конденсатор 8 и регулируемый резистивный элемент 9, а такжепараллельный колебательный контур,состоящий из катушки 2, конденсатора 4, термореэистора 3 и дополнительного резистора 5, образуют автогене"раторную систему с потерями в контуре, эквивалентная схема которой приведена на фиг. 2,На этой схеме обозначены сопротивление терморезистора 3 .и дополнитель"ного резистора 5 В , сопротивлениерезистивного регулйруемого элемента 9 К , емкость блокировочного кон-денсатора 8 Со, двухполюсник 1 с отрицательным сопротивлением 1 представлен, как это принято, резисторомссопротивлением -й 1 и параллельновключенной емкостью С.Анализ условий возбуждения такойсхемы показывает, что граница области ее устойчивости может быть приближенно описана выражениями ЬмСК 1безразмерные параметры, введение которых упрощает анализ работы схемы;Е - модуль отрицательного сопротивлениядвухполюсника 1 врабочей точке.Графическое изображение границы в области параметров г ,г для случая с 1, сс 1 + сц приведено на фиг. За и представляет собой две гиперболы с, ассимптотами ги и г1 + сс 1 с й Штриховкой на графике показана область отсутствия колебаний, слева иы области аний вбли зи етственно вы-.(4 енная частот нтура собо гд Т 11.С".ависимо оты в Г ческа сть чаштабе но для ском ма ари ми ол г, сооветвейЗа, пойство вои етств иперб раме и ле на ф изобрфиг, 3ледующи ннь зан г м ббаботае т зо Режим автогенераторной схемы выбирают таким, чтобы при сопротивлении терморезистора, соответствующем допустимой температуры, изображающая точка А схемы находилась в области отсутствия колебаний (фиг. За). При этом колебания на выходе автогенера- . торной схемы отсутствуют, напряжение с выхода детектора 12 на регулируемый резистивный элемент 9 не подается, и его сопротивление, определяемое только сопротивлением подстроечного резистора 11 (так как транзистор 10 открыт), равно г (фиг. За) и задает положение изображающей точки А по вертикали. Триггер 15 при этом находится в низком состоянии, электромагнитное реле 16 не срабатывает, контакты 17 разомкнуты, контакты 1940 замкнуты, исполнительное устройство 18 включено, а дополнительный резистор 5, включенный в емкостную ветвь контура, закорочен.При повьппении температуры внутри 4 криостата сопротивление терморезистора снижается (для термометров КГГ,КА, КГ и ряда других), изображающая точка А при этом движется в направлении левой границы устойчивости и при некотором, заранее установленном значении температуры, выходит в область возбуждения (точка А, на фиг, За). На выходе автогенераторной схемы появляются колебания низкой частоты5 (фиг. Зб) малой амплитуды, которые усиливаются широкополосным усилителем 6, выпрямляются детектором 12, и полученное напряжение прикладывается 5 справа от нее расположегенерации, Частота колебграниц описывается соотвражениями 5 1 О 15 20 25руемого резистивного элемента 9 пада-)ет до величины, определяемой подстроечным резистором 11. Изображающая точка А скачком смещается вертикально вниз в положение А , оставаясь при этом в области устойчивости. нта сопровожда атуры в криосОтсос паровется понижение м тате, ростом сопротивления терморезистора 3 и перемещением изображающей точки параллельно оси г в направлении правой границы . При выходеизображающей точки за правую границуобласти устойчивости (точка А ) на выходе автогенераторной схемы появляюся высокочастотные колебания с малойамплитудой, частота которых определяется по формуле (3), Напряжение этихколебаний, будучи усилено и выпрямлено, приводит к закрыванию транзистора 1 О и уходу изображающей точки вертикально вверх в положение А и, какследствие, к удалению ее от границыобласти устойчивости. В результатеамплитуда колебаний на выходе автогетк управляющему входу регулируемогорезистивного элемента 9 (затворутранзистора 10), закрывая транзистор.При этом сопротивление сток - истоктранзистора увеличивается и изображающая точка А 1 смещается по вертикали в положение А , удаляясь в результате этого от границы устойчивости. Это приводит к нарастанию амплитуды колебаний на выходе автогенераторной схемы и дальнейшему увеличению сопротивления Е в результатезапирания транзистора 10. Процесспродолжается до тех пор, пока амплитуда низкочастотных колебаний не окажется достаточной для срабатываниячастотного реле 14 низкой частоты .При этом триггер 5 переключается вверхнее устойчивое состояние, срабатывает реле 16, замыкаются контакты17 и размыкаются контакты 19 . Включается исполнительное устройство, отсасывающее пары хладагента иэ криостата, и одновременно изображающаяточка А скачком смещается в областьотсутствия колебаний А благодаряувеличению сопротивления Р емкостной цепи контура на величину сопротивления 5. При этом колебания на выходе автогенераторной схемы срываются, напряжение на выходе детектора12 пропадает и сопротивление регули 1508195нераторной схемы нарастает до величи-, ны, достаточной для срабатывания частотного реле 13 высокой частотыг триггер 15 опрокидывается и отпускает электромагнитное реле 16, При этом5 размыкаются контакты 17 и замыкаются контакты 19. Исполнительное устройство 18 выключается, а изображающаяВ точка скачком перемещается в положение А в связи,с уменьшением сопротивления к емкостной цепи контура на величину сопротивления 5. Колебания на выходе автогенераторной схемы срываются, транзистор открывается и 15 изображающая точка скачком перемещается в положение А, устройство возвращается в исходное состояние.Колебания в цепи термореэистора существуют лишь до момента включения 20 или отключения исполнительного уст. ройства, что существенно сокращает выделение мощности на терморезисторе. Наличие положительной обратной связи через детектор в момент возникнове ния колебаний на выходе автогенераторной схемы способствует повышению чувствительности частотных реле, что повышает скорость их срабатывания, Благодаря тому, что конденсатор кон тура образует тепловой разрыв цепи от терморезистора к автогенераторной схеме и обладает малой теплопроводностью, существенно сокращается приток тепла по соединительным проводам 35 криостата. Все это обеспечивает снижение расхода хладагента и затрат на обслуживание объекта. Формула изобретения 10Устройство для регулирования температуры в криостатесодержащее терморезистор, подключенный к одной обкладке конденсатора параллельного колебательного контура, включенного параллельно двухполюснику с отрицательным дифференциальным сопротивлением и нагруженного на широкополосный усилитель и исполнительный механизм1 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его эффективности за счет снижения количества тепла, вносимого в криостат, оно снабжено частотными реле высоких и низких частотР триггером, электромагнитным реле с замыкающими и размыкающими контактами, детектором, регулируемым резистивным элементом, блокировочным конденсатором, а в колебатсльный контур введен дополнительный резистор, причем входы частотных реле высоких и низких частот и детектора подключены к выходу широкополосного усилителя, выходы частотных реле соединены с со-ответствующими входами триггера, соединенного с электромагнитным реле, замыкающие контакты которого расположены в цепи исполнительного устройства, размыкающие контакты включены параллельно дополнительному резистору колебательного контура, выход детектора соединен с управляющим входом регулируемого резистивного элемента, подключенного через блокировочный конденсатор параллельно двухполюснику с отрицательным дифференциальным сопротивлением, а конденсатор колебательного контура выполнен из диэлектрика с низкой теплопроводностью и герметично вмонтирован в отверстие в наружной стенке криостата, при этом вторая его обкладка через дополнительный резистор соединена с двухполюсником с отрицательным дифференциальным сопротивлением.