SU1580332A1

SU1580332A1 - Device for thermal stabilization

Info

Publication number: SU1580332A1
Application number: SU884417230A
Authority: SU
Inventors: Александр Валентинович Васильченко; Владимир Васильевич Попов
Original assignee: Предприятие П/Я М-5653
Priority date: 1988-04-26
Filing date: 1988-04-26
Publication date: 1990-07-23

Abstract

Изобретение относитс к системам автоматического регулировани температуры. Цель изобретени вл етс увеличение точности поддержани температуры в камере за счет уменьшени градиента температуры по камере и уменьшение времени выхода в режим термостабилизации. Устройство дл термостабилизации содержит термостат, состо щий из теплоизол ционного кожуха 1 и рабочей камеры 3, источник питающего напр жени 3, первый контур стабилизации температуры, состо щий из терморегул тора 4 и термодатчика 5 с нагревателем 6, располрженных на боковой поверхности рабочей камеры, второй контур стабилизации температуры, состо щий из первого операционного усилител 7, к одному из входов которого подключен резистивный задатчик 8, а к второму входу подключена обща точка последовательно соединенных первого резистора 9 и первого терморезистора 10 из исполнительного блока, содержащего два транзистора-нагревател 12, 17, установленных на торцах камеры, причем возле первого транзистора-нагревател расположен первый терморезистор 10, а возле второго транзистора-нагревател расположен второй терморезистор 15, дополнительно к выходу первого операционного усилител через первый ограничитель напр жени 11 подключен первый электрод первого транзистора-нагревател 12, второй и третий электроды которого подключены к источнику питани , а обща точка первого резистора и первого терморезистора подключена к одному из входов второго операционного усилител 13, второй вход которого подключен к общей точке последовательно соединенных второго резистора 14 и второго терморезистора 15, выход второго операционного усилител через второй ограничитель напр жени 16 подключен к первому электроду второго полевого транзистора-нагревател 17, второй и третий электроды которого подключены к источнику питани . 1 ил.This invention relates to automatic temperature control systems. The purpose of the invention is to increase the accuracy of maintaining the temperature in the chamber by decreasing the temperature gradient over the chamber and reducing the time for entering the heat setting mode. The device for thermal stabilization contains a thermostat consisting of a heat insulating casing 1 and a working chamber 3, a source of supply voltage 3, a first temperature stabilization circuit consisting of a temperature regulator 4 and a temperature sensor 5 with a heater 6, open on the side surface of the working chamber, the second a temperature stabilization circuit consisting of the first operational amplifier 7, one of the inputs of which is connected to a resistive setting device 8, and a common point connected in series to the first resistor is connected to the second input 9 and the first thermistor 10 of the executive unit containing two transistor heaters 12, 17 mounted on the ends of the chamber, with the first thermistor 10 located near the first heater transistor, and the second thermistor 15 located near the second heater transistor, in addition to the output of the first operating resistor the amplifier through the first voltage limiter 11 is connected to the first electrode of the first transistor-heater 12, the second and third electrodes of which are connected to the power source, and the common point of the first resis Ora and the first thermistor are connected to one of the inputs of the second operational amplifier 13, the second input of which is connected to the common point of the second resistor 14 and the second thermistor 15 connected in series, the output of the second operational amplifier through the second voltage limiter 16 is connected to the first electrode of the second field-effect transistor heater 17, the second and third electrodes of which are connected to a power source. 1 il.

Description

Изобретение относитс к системам автоматического регулировани температуры и может использоватьс в устройствах дл термостатированил, в частности в радиотехнических термостатах дл кварцевых резонаторов , а также в устройствах измерени температурно-частотных характеристик прецизионных кварцевых резонаторов в автоматическом режиме, или в устройствах, где требуетс обеспечивать поддержание разности температур между двум точками термостата не более 0,02°С или между двум и более термостатами не более 0,05°С.The invention relates to automatic temperature control systems and can be used in devices for thermostating, in particular in radio thermostats for quartz resonators, as well as in devices for measuring the temperature-frequency characteristics of precision quartz resonators in automatic mode, or in devices that require maintaining the temperature difference. between two points of the thermostat no more than 0.02 ° C or between two or more thermostats no more than 0.05 ° C.

Цель изобретени - повышение точности поддержани температуры в камере за счет уменьшени времени выхода в режим термостабилизации.The purpose of the invention is to improve the accuracy of maintaining the temperature in the chamber by reducing the time for entering the heat setting mode.

На чертеже представлена схема устройства .The drawing shows a diagram of the device.

Устройство содержит термостат, состо щий из теплоизол ционного кожуха 1 и рабочей камеры 2, источник 3 питающего напр жени , первый контур стабилизации температуры, состо щий из терморегул тора 4 и из основного термодатчика 5 G нагревателем 6, расположенных на боковой поверхности рабочей камеры 2, второй контур стабилизации температуры, состо щий из первого операционного усилител 7, к одному из входов которого подключен рези- стивный задатчик 8 температуры, к второму входу - обща точка последовательно соединенных резистора 9 и терморезистора 10 измерительного моста, а к выходу операционного усилител 7 через ограничитель 11 напр жени подключен управл ющий электрод полевого транзистора-нагревател 12, причем обща точка последовательно соединенных резистора 9 и терморезистора 10 подключена к одн ому из входов второго операционного усилител 13, второй вход которого соединен с общей точкой последовательно соединенных резистора 14 и терморезистора 15, а выход операционного усилител 13 через ограничитель 16 напр жени подключен к полевому транзистору-нагревателю 17. Полевые транзисторы-нагреватели 12 и 17 расположены на торцах камеры 2 и имеют резьбовое соединение с ней, Р дом с ними на камере 2 расположены терморезисторы 10 и 15 соответственно. Номинальные значени элементов устройства термостабилизации выбраны так, что баланс места, образованного резистивным задатчиком 8 и резистором 9 - терморезистором (10, наступает при температуре tcr, а баланс моста, образованного резистором 9 - терморезистором 10 и резистором 14 - терморезистором 15, наступает, если температуры терморезисторов 10 и 15 равны,т.е. при равенстве температур торцов камеры.The device contains a thermostat consisting of a heat insulating casing 1 and a working chamber 2, a power supply source 3, a first temperature stabilization circuit consisting of a thermostat 4 and a main 5 G thermal sensor located on the side surface of the working chamber 2, the second temperature stabilization circuit, consisting of the first operational amplifier 7, to one of the inputs of which the resistance temperature setting unit 8 is connected, to the second input - the common point of the series-connected resistor 9 and thermal cutter the measuring bridge 10, and the control electrode of the field-effect transistor-heater 12 is connected to the output of the operational amplifier 7 through the voltage limiter 11, and the common point of the series-connected resistor 9 and thermistor 10 is connected to one of the inputs of the second operational amplifier 13, the second input of which connected to the common point of the series-connected resistor 14 and thermistor 15, and the output of the operational amplifier 13 through the voltage limiter 16 is connected to the field-effect transistor-heater 17. Field The transistor heaters 12 and 17 are located at the ends of the chamber 2 and have a threaded connection with it. Thermistors 10 and 15 are located next to them on the camera 2, respectively. The nominal values of the elements of the thermal stabilization device are chosen so that the balance of the space formed by the resistive setting device 8 and the resistor 9 by the thermistor (10 occurs at tcr temperature, and the balance of the bridge formed by the resistor 9 by the thermistor 10 and by resistor 14 by the thermistor 15 occurs if the temperatures thermistors 10 and 15 are equal, that is, with equal temperatures of the chamber ends.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

При включении ,стройства термостабилизации в результате разбаланса моста, образованного резистивным задатчиком 8, резистором 9 и терморезистором 10, на вы0 ходе операционного усилител 7 устанавливаетс максимальное напр жение, поступающее на ограничитель 11 напр жени , работающий так, что его выходное напр жение не превышает заданного. ВWhen turned on, the thermal stabilization device as a result of the unbalance of the bridge formed by the resistive setting device 8, the resistor 9 and the thermistor 10, at the output of the operational amplifier 7 sets the maximum voltage applied to the voltage limiter 11, so that its output voltage does not exceed the specified value . AT

5 простейшем случае это может быть делитель напр жени на двух резисторах.In the simplest case, this can be a voltage divider across two resistors.

Далее это напр жение с выхода ограничител 11 напр жени поступает на затвор полевого транзистора-нагревател 12, кото0 рый открываетс и через него протекает ток, величина которого определ етс вольт-амперной характеристикой полевого транзистора , и который также не превышает заданного. На полевом транзисторе-нагре5 вателе 12 выдел етс максимальна мощность , начинаетс разогрев правого торца камеры.Further, this voltage from the output of the voltage limiter 11 is supplied to the gate of the field-effect transistor-heater 12, which opens and a current flows through it, the value of which is determined by the current-voltage characteristic of the field-effect transistor, and which also does not exceed the specified value. At the field-effect transistor-heater5, the maximum power is released, the heating of the right end of the chamber begins.

Изменение температуры правого торца камеры вызывает изменение сопротивле0 ни терморезистора 10, что приводит к разбалансу моста, образованного резистором 9 - терморезистором 10 и резистором 14 - терморезистором 15. Вследствие этого на выходе операционного усилител 13 по в5 л етс напр жение, которое после ограничител 16 напр жени поступает на затвор полевого транзистора-нагревател 17. В результате происходит разогрев левого торца камеры до температуры правого ее торца .A change in the temperature of the right end of the chamber causes a change in the resistance of the thermistor 10, which leads to the imbalance of the bridge formed by the resistor 9 - the thermistor 10 and the resistor 14 - the thermistor 15. As a result, the output of the operational amplifier 13 causes a voltage that comes after the limiter 16 power is supplied to the gate of the field-effect transistor heater 17. As a result, the left end of the chamber is heated to the temperature of its right end.

0 При установлении более низкого уровн ограничени ограничител 11 напр жени по сравнению с ограничителем 16 напр жени на полевом транзисторе-нагревателе 17можетвыде- литьс больша мощность по сравнению с0 When a lower level of limiting the voltage limiter 11 is established as compared with the voltage limiter 16, the field-effect transistor heater 17 can be more powerful than

Ъ полевым транзистором-нагревателем 12, что позвол ет добитьс равенства температур торцов камеры в процессе разогрева при большом градиенте температуры окружающей среды, когда левый торец камерыB by a field-effect transistor heater 12, which allows us to achieve equal temperature at the ends of the chamber in the process of heating with a large gradient of the ambient temperature when the left end of the chamber

0 охлаждаетс сильнее правого.0 cools more than right.

Одновременно с разогревом торцов камеры происходит разогрев ее центральной части нагревателем 6, так как величина сигнала на выходе термодатчика 5 имеет такоеSimultaneously with the heating of the ends of the chamber, its central part is heated by the heater 6, since the magnitude of the signal at the output of the thermal sensor 5 has

5 значение, что терморегул тор 4 обеспечивает максимальную мощность в нагревателе 6.5 meaning that the thermostat 4 provides maximum power in the heater 6.

Таким образом, в процессе разогрева на всех трех нагревател х выдел етс максимальна или близка к максимальнойThus, in the process of heating on all three heaters, the maximum or close to the maximum

мощность в отличие от известного устройства , в котором разогрев осуществл ет только один центральный нагреватель, Благодар этому уменьшаетс врем выхода в режим.power, in contrast to the known device, in which only one central heater carries out heating, thereby reducing the time required to enter the mode.

При достижении на правом торце камеры температуры tcr восстанавливаетс баланс моста, в одном из плеч которого находитс резистивный задатчик 8, а в другом резистор 9 - терморезистор 10, напр жение на выходе усилител 7 уменьшаетс , что приводит к снижению мощности, выдел емой полевым транзистором-нагревателем 12 и установлению пропорционального режима регулировани температуры дл правого торца камеры.When the temperature tcr is reached on the right end of the chamber, the bridge balance is restored, in one of whose arms resistive setting unit 8 is located, and in the other resistor 9 - a thermistor 10, the voltage at the output of amplifier 7 decreases, resulting in a decrease in the power released by the field-effect transistor heater 12 and establishing a proportional temperature control for the right end of the chamber.

Так как мост, образованный резистором 9 - терморезистором 10 и резистором 14 - терморезистором 15, настраиваетс так, чтобы температура левого торца камеры была равной температуре правого торца, то при достижении температуры tcr правым торцом камеры напр жение на выходе усилител 13 уменьшаетс , что приводит к снижению мощности, выдел емой полевым транзистором-нагревателем 17, и установлению пропорционального режима регулировани температуры дл левого торца камеры.Since the bridge formed by resistor 9 - thermistor 10 and resistor 14 - thermistor 15 is adjusted so that the temperature of the left end of the chamber is equal to the temperature of the right end, when the temperature of tcr reaches the right end of the chamber, the voltage at the output of amplifier 13 decreases, which leads to reducing the power supplied by the field-effect transistor heater 17, and establishing a proportional temperature control mode for the left end of the chamber.

Терморегул тор 4 поддерживает температуру tcr центральной части камеры, работа в режиме пропорционального регулировани .The thermostat 4 maintains the temperature tcr of the central part of the chamber, operation in the proportional control mode.

Таким образом, три нагревател камеры обеспечивают поддержание температуры tcr в ее центральной части и на торцах. Вследствие этого значительно уменьшаетс градиент температуры по камере вдоль ее оси, что приводит к уменьшению температуры объекта при изменении температуры окружающей среды.Thus, three chamber heaters maintain the temperature tcr in its central part and at the ends. As a result, the temperature gradient across the chamber along its axis is significantly reduced, which leads to a decrease in the temperature of the object when the ambient temperature changes.

Когда значение температуры правого торца камеры отличаетс от tcr, мост, образованный резистивным задатчиком 8 и резистором 9 - терморезистором 10, разбалансируетс , в результате чего усилитель выдает такой управл ющий сигнал на нагреватель правого торца, чтобы восстановить температуру :Ст. Если же значени температур на торцах камеры не равны, то мост, образованный резистором 9 - терморезистором 10 и резистором 14 - терморезистором 15, разбалансируетс , в результате операционный усилитель 13 выдает такой управл ющий сигнал на нагреватель левого торца камеры, чтобы устранить неравенство температур торцов камеры.When the temperature of the right end of the camera is different from tcr, the bridge formed by the resistive setting device 8 and the resistor 9 - the thermistor 10 - is unbalanced, as a result of which the amplifier outputs such a control signal to the right end heater to restore the temperature: Art. If the temperatures at the ends of the chamber are not equal, then the bridge formed by resistor 9 - thermistor 10 and resistor 14 - thermistor 15 is unbalanced, as a result, operational amplifier 13 outputs such a control signal to the heater of the left end of the chamber to eliminate the temperature inequalities of the chamber ends .

Таким образом, в стационарном режиме работы температура торцов камеры термостата поддерживаетс равной tcr и при наличии градиента температуры окружающей среды вдоль оси камеры.Thus, in stationary mode of operation, the temperature of the ends of the thermostat chamber is maintained equal to tcr even in the presence of an ambient temperature gradient along the axis of the chamber.

Предлагаемое устройство может бытьThe proposed device may be

использовано также дл регулировани температуры в двух и более независимых термостатах , когда необходимо поддерживать одинаковые температуры в них, при соответствующем дополнении в устройство управл ющих и исполнительных цепей в случае, если число термостатов более двух.It is also used to control the temperature in two or more independent thermostats, when it is necessary to maintain the same temperatures in them, with appropriate addition to the control and actuation circuit if the number of thermostats is more than two.

Claims

Invention Formula

A thermostabilization device containing a thermostat consisting of a heat insulating casing and a working chamber, a source of supply voltage, a first temperature stabilization circuit consisting of series-connected main thermal sensor, thermal controller and heater, the first thermal sensor and heater being installed on the side surface of the working chamber, the second temperature stabilization circuit, consisting of the first operational amplifier, to the first input of which a resistive temperature setpoint device is connected, second and second thermistors included in the measuring bridge and the executive unit, implemented on two field-effect transistors installed on the ends of the working chamber, in thermal contact with which the first and second thermistors are located, the common terminal of the first resistor and thermistor is connected to the second the input of the first operational amplifier, characterized in that, in order to increase

accuracy of maintaining the temperature in the chamber by reducing the temperature gradient across the chamber and reducing the time to output in mode; electrodes

which are connected to the supply voltage source, and the output diagonal of the measuring bridge is connected to the inputs of the second operational amplifier, and the output of the first thermistor connected to one of the outputs of the output diagonal of the bridge is connected to the second input of the first operational amplifier.