RU2363030C1

RU2363030C1 - Temperature programmer

Info

Publication number: RU2363030C1
Application number: RU2007141870/28A
Authority: RU
Inventors: Лев Борисович Машкинов (RU); Лев Борисович Машкинов
Original assignee: Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2009-07-27
Also published as: RU2007141870A

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: invention relates to measuring instruments and automatic control devices, particularly, to those intended for programmable control over temperature in calorimeters, electric furnaces, and differential thermal analysis devices. Temperature programmer comprises a bridge consisting of resistors R1, R2, R3, R4, power supply, programmable voltage setter, operating amplifier, temperature controller amplifier connected to the point of connection of resistors R3, R4 and incorporating heater arranged at its output. Aforesaid heater has thermal contact with resistor R4 or R1. note here that aforesaid programmable voltage setter incorporates additionally resistor R5 with its one output connected to its first input. Note also that voltage stabiliser makes afore mentioned power supply with its one output connected to the point of connection of bridge resistors R1 and R3, while its second output is connected to the ground together with the voltage setter second output and non-inverting inputs of aforesaid temperature controller and operating amplifier. The non-inverting input of the latter is connected to the point of connection of resistors R1, R2 and with the second output of resistor R5.

EFFECT: simple and more accurate temperature programming.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам терморегулирования, в частности к программаторам температуры калориметров, электропечей, приборов дифференциального термического анализа.The invention relates to thermal control devices, in particular to temperature programmers for calorimeters, electric furnaces, differential thermal analysis devices.

Известно устройство для регулирования температуры электропечи, состоящее из термометра сопротивления, задатчика температуры и терморегулятора, причем задатчик температуры выполнен в виде генераторов и основного и вспомогательного преобразователей «число импульсов - напряжение», входы которых соответственно подключены к выходам генераторов с управляемой и неуправляемой частотой, а выход вспомогательного преобразователя подключен ко входу генератора с управляемой частотой импульсов (Авторское свид. СССР №387346, БИ №27, 1973 г.).A device for regulating the temperature of an electric furnace, consisting of a resistance thermometer, a temperature setpoint and a temperature regulator, the temperature setter is made in the form of generators and primary and auxiliary converters "number of pulses - voltage", the inputs of which are respectively connected to the outputs of generators with controlled and uncontrolled frequencies, and the output of the auxiliary converter is connected to the input of the generator with a controlled pulse frequency (Author's certificate. USSR No. 387346, BI No. 27, 1973).

Недостатком этого устройства является его сложность. Наиболее близким является мостовой преобразователь сопротивления в напряжение, содержащий мост, состоящий из сопротивлений R1-R4, первый выход источника тока, подключенный к точке соединения сопротивлений R1, R3, операционный усилитель, инвертирующий вход которого подсоединен к общей точке сопротивлений R1, R2, неинвертирующий вход усилителя «заземлен» вместе со вторым выходом источника тока, выход операционного усилителя подсоединен к общей точке сопротивлений R2, R4, выходом моста является общая точка сопротивлений R3, R4 относительно «заземления» (В.С.Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах, Ленинград, Энергоатомиздат, 1988, с.83, рис.2.15 в).The disadvantage of this device is its complexity. The closest is a bridge resistance to voltage converter containing a bridge consisting of resistances R1-R4, a first output of a current source connected to a connection point of resistances R1, R3, an operational amplifier whose inverting input is connected to a common resistance point R1, R2, a non-inverting input the amplifier is “grounded” together with the second output of the current source, the output of the operational amplifier is connected to a common point of resistances R2, R4, the bridge output is a common point of resistances R3, R4 relative to “ground “” (V. S. Gutnikov. Integrated electronics in measuring devices, Leningrad, Energoatomizdat, 1988, p. 83, fig. 2.15 c).

Недостатком этого преобразователя сопротивления в напряжение является нелинейная зависимость между любыми сопротивлениями моста R1÷R4 и выходным напряжением.The disadvantage of this resistance to voltage converter is the non-linear relationship between any bridge resistances R1 ÷ R4 and the output voltage.

Задачей изобретения является упрощение и повышение точности программирования температуры.The objective of the invention is to simplify and improve the accuracy of temperature programming.

Поставленная задача решается за счет того, что в программатор температуры, содержащий мост, состоящий из сопротивлений R1, R2, R3, R4, источник питания, программный задатчик напряжения, операционный усилитель, усилитель терморегулятора, подключенный к точке соединения сопротивлений R3, R4 и имеющий на выходе нагреватель, находящийся в тепловом контакте с сопротивлением R4 или R1, причем программный задатчик напряжения снабжен сопротивлением R5, подключенным к его первому выходу, а в качестве источника питания применен стабилизатор напряжения, один из выходов которого подключен к точке соединения сопротивлений R1, R3 моста, второй выход стабилизатора «заземлен» вместе с вторым выходом задатчика напряжения и с неинвертирующими входами усилителя терморегулятора и операционного усилителя, инвертирующий вход последнего подключен к точке соединения сопротивлений R1, R2 моста и через сопротивление R5 с первым выходом задатчика напряжения.The problem is solved due to the fact that the temperature programmer contains a bridge consisting of resistances R1, R2, R3, R4, a power source, a software voltage regulator, an operational amplifier, a temperature regulator connected to the connection point of the resistances R3, R4 and having the output is a heater in thermal contact with resistance R4 or R1, and the software voltage regulator is equipped with resistance R5 connected to its first output, and a voltage stabilizer is used as a power source, n from the outputs of which is connected to the connection point of the bridge resistances R1, R3, the second output of the stabilizer is “grounded” together with the second output of the voltage regulator and with the non-inverting inputs of the thermoregulator amplifier and operational amplifier, the inverting input of the latter is connected to the connection point of the bridge resistances R1, R2 and through resistance R5 with the first output of the voltage regulator.

На чертеже приведена схема программатора температуры. Он содержит сопротивления 1-R1, 2-R2, 3-R3, 4-R4, источник напряжения 5, операционный усилитель 6, сопротивление 7-R5, задатчик напряжения 8, усилитель терморегулятора 9, нагреватель 10. Устройство работает следующим образом. В начальный момент мост сбалансирован, т.е. R1·R4=R2·R3, напряжения на выходе моста в точке соединения сопротивлений 3-R3, 4-R4 и на выходе задатчика напряжения 8 равны «нулю», а также R5=R1. На выходе источника 5 напряжение равно +U₀.The drawing shows a diagram of a temperature programmer. It contains resistances 1-R1, 2-R2, 3-R3, 4-R4, a voltage source 5, an operational amplifier 6, a resistance 7-R5, a voltage regulator 8, an amplifier for a temperature regulator 9, a heater 10. The device operates as follows. At the initial moment, the bridge is balanced, i.e. R1 · R4 = R2 · R3, the voltage at the bridge output at the connection point of the resistances 3-R3, 4-R4 and at the output of the voltage regulator 8 are “zero”, and also R5 = R1. At the output of source 5, the voltage is + U ₀ .

При изменении напряжения на выходе задатчика 8 на величину +U справедливо следующее равенство: R1·R4/R2·R3=U/U₀+1, откуда видно, что напряжение U задатчика 8 линейно связано с величинами сопротивлений 1-R1 и 4-R4. В качестве термометра сопротивления на чертеже взято, например, сопротивление 4-R4 с положительным температурным коэффициентом (ТКС) (в другом случае в качестве термометра сопротивления с отрицательным ТКС используют сопротивление R1). При изменении напряжения задатчика 8 от «нуля» до +U в точке соединения сопротивлений R3, R4, а следовательно, и на входе усилителя терморегулятора 9 появится отрицательное приращение напряжения, которое после усиления повышает температуру нагревателя 10, воздействующую на термометр сопротивления 4-R4 с положительным (ТКС). Возрастание сопротивления последнего вследствие нагрева приводит к уравновешиванию моста. Изменяя напряжение задатчика 8 по заданному закону, можно программировать температуру терморегулятора. Известно, например, что медный термометр сопротивления имеет линейную зависимость ТКС примерно до 200°С. Используя подобный термометр сопротивления, можно линейно программировать температуру. Для расширения диапазона линейного программирования температуры используют платиновый термометр сопротивления, зависимость приращения сопротивления 5R которого от температуры имеет вид:When the voltage at the output of the master 8 changes by + U, the following equality holds: R1 · R4 / R2 · R3 = U / U ₀ +1, which shows that the voltage U of the master 8 is linearly connected with the resistance values 1-R1 and 4-R4 . As a resistance thermometer in the drawing, for example, resistance 4-R4 with a positive temperature coefficient (TCR) is taken (in another case, resistance R1 is used as a resistance thermometer with a negative TCR). When the voltage of the setpoint switch 8 changes from "zero" to + U at the junction point of the resistances R3, R4, and therefore at the input of the amplifier of the thermostat 9, a negative voltage increment will appear, which after amplification increases the temperature of the heater 10, acting on the resistance thermometer 4-R4 s positive (tks). An increase in the resistance of the latter due to heating leads to balancing of the bridge. Changing the voltage of the setter 8 according to a given law, you can program the temperature of the thermostat. It is known, for example, that a copper resistance thermometer has a linear TCS dependence of up to about 200 ° C. Using a similar resistance thermometer, you can linearly program the temperature. To expand the range of linear temperature programming, a platinum resistance thermometer is used, the dependence of the increment of resistance 5R of which on temperature has the form:

δR=R₀(αT+βT²), где R₀ - начальное сопротивление термометра, α, β - коэффициенты, Т - температура. Такую зависимость напряжения задатчика получают при помощи цифроаналогового преобразователя управляемого ЭВМ. Поскольку температурная зависимость сопротивления медных, платиновых и др. термометров известна с высокой точностью, применение предлагаемого программатора температуры, обеспечивающего строго линейную зависимость между задающим напряжением и сопротивлением термометра, позволяет значительно упростить задатчик и повысить точность программирования температуры. Устройство может использоваться для линейного программирования температуры калориметров, электропечей, в приборах дифференциального термического анализа.δR = R ₀ (αT + βT ² ), where R ₀ is the initial resistance of the thermometer, α, β are the coefficients, T is the temperature. Such a dependence of the setpoint voltage is obtained using a digital-to-analog converter of a controlled computer. Since the temperature dependence of the resistance of copper, platinum, and other thermometers is known with high accuracy, the use of the proposed temperature programmer, which provides a strictly linear relationship between the reference voltage and the resistance of the thermometer, can significantly simplify the setpoint and increase the accuracy of temperature programming. The device can be used for linear programming of the temperature of calorimeters, electric furnaces, in differential thermal analysis devices.

Claims

A temperature programmer comprising a bridge consisting of resistances R1, R2, R3, R4, a power source, a voltage programmer, an operational amplifier, a temperature regulator amplifier connected to a connection point of resistances R3, R4 and having an output heater that is in thermal contact with the resistance R4 or R1, characterized in that the software voltage regulator further comprises a resistance R5, which is connected to its first output with one output, and a voltage stabilizer is used as a power source, one output of which is connected to the connection point of the bridge resistances R1, R3, and the second output is “grounded” together with the second output of the voltage regulator and with non-inverting inputs of the thermoregulator amplifier and operational amplifier, the inverting input of which is connected to the connection point of the resistances R1, R2 and with the second output resistance R5, while the operational amplifier is included in the temperature programmer circuit with the possibility of providing at the initial moment of measurement the conditions R1 · R4 = R2 · R3, and when the voltage at the output of the setter changes to mask + U - Conditions R1 · R4 / R2 · R3 = U / U ₀ + 1, where U ₀ - voltage at the power supply output.