SU907514A2 - Устройство дл регулировани температуры - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относитс  к термометрии осуществл емой методами  аерного кваа- рупольного резонанса (ЯКР) и может быть использовано ал  построени  системы регулировани  и измерени  температу ры с импульсным резонансным  аерно- квацрупольным преобразователем. Известно устройство ал  регулировани  температуры, построенное .на основе стационарной метоаики выделени  сигнала ЯКР, в котором резонансный генератор синхронизирован по линии поглощени  ЯКР с помщью цепи обратной св зи через фазовый детектор 1 . Однако такое устройство, в св зи с падением добротности колебательного, кон тура, работоспособно только в положительном температурном диапазоне до . , По основному авт. св. i 481029 известно устройство дл  регулировани  тем пер атуры, содержащее задающий и резонансный генераторы, выходы которых под ключены к элементу сравнени , соединенному с исполнительным элементом И, измерительный блок, а также импульсно- программный блок, модул тор, супергетероцинный преобразователь-усилитель, детектор, пороговый элемент и экстремальный регул тор, причем один вход модул тора подключен к выходу резонансного генератора, другой вход - к выходу импульсного программного блока,, а выход - с измерительным блоком, через последовательно соединенные суперге теродинный преобразоватеш -уси1штель , детектор, пороговый элемент и экстремальный регул тор подключен к резонансному генератору. В этом устройстве регулирование температуры производитс  по моменту совмещени  частот задающего генератора и ЯКР, определ емому по.максимальной длительности сигналов  дерной индукции или спинового эха. С целью повышени  точности их установки выходные радиосигналы измерительного блока, снимаемые с колебательного контура в супергетеро-. аинном преобразователе-усилителе (СПУ усиливаютс  усилием высокой частоты, преобразуютс  в частоте в смесителе, управл емом гетероцином, частота колебаний которого согласуе1х;  системой ав тематической поцстройки частоты резонансного генератора, и усиливаетс  усилителем промежуточно частоты, после чего детектируютс  и сглаживаютс  аетекгором , с выхоца которого сигналы ЯКР поступают на вхоц порогового элемента , созцаюшего на выходе виаеоим- пульсы, длительность которых пропорциональна длительности выхоцных рациосиг налов измерительного блока, Выхоцные сигналы порогового элемента возцейству тог на экстремальный регул тор, которы своим выходным управл ющим сигналом измен ет частоту колебаний резонансного генератора цо совпадени  с частотой ЯКР. О температуре суд т по резонансной частоте, соответствующей экстремальной длительности входных импульсов регул то ра. Причем выбор сигнала управлени  в эк стремальном регул торе определ етс  сиг налами, поступающими, из импульсного программного блока и различающимис  п временным факторам 2 . Недостатком этого устройства  вл - етс  низка  тo шocть регулировани  тем пературы, вызванна  потерей части ин формационного параметра, обусловленна  уменьшением длительности импульса, ве личина KQToporo определ етс  уровнем срабатывани  порогового устройства, а также осуществление регулировани  по одному (а именно по длительности) из двух .переменных параметров управл емо го сигнала. Кроме того, использование качестве управл емого параметра в пороговом экстремальном регул торе сиг налов  дерной индукции и спинового эха с узкой линией поглощени , т.е. с мало цлительностью, затрудн ет работу после него. Недостатком указанного устройства  вл етс  также невозможность использо вани  его в качестве широкодиапазонного импульсного ЯКР-измерител  темпе ратуры, обусловленна  наличием в нем блоков, задающих температуру в точке измерени , и огра1гаченностью зоны захвата резонансной характеристики ЯКР„ Цель изобретени  повышение точно ти регулировани  температуры и расширение функциональньос возможностей. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  регулировани  температуры введены последовательно соединенные }ттегратор и первый ключевой элемент, выход которого св зан с входом экстремального регул тора, а первый вход интегратора - с выходом детектора, причем вторые входы интегратора и пфвого ключевого элемента св заны соответственно с вторым и третьим выходами импульсного программного блока, а также введены частотомер, последовательно соединенные термодатчик, измерительный преобразовагель, функциональный преобразователь перемещение-напр жение и сумматор, а также второй ключевой элемент, первый вход которого св зан с вторым выходом измерительного преобразовател , второй вход - с выходом экстремального регул тора, а выход через сумматор подключен к входу резонансного генератора, к выходу которого подключен частотомер. На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства по п. 1 формулы изобре- тени  на фиг. 2 - по п. 2 формулы изо- бретепи  на фиг, 3 - зависимость частоты ЯКР от температуры. Устройство (фиг. 1) содержит элемент сравнени  - реверсивный счетчик 1, задающий генератор 2, резонансный генератор 3, исполнительный элемент 4, тепловой нагреватель 5, обьект 6 управ лени , измерительный блок 7, импульсный программный блок 8, модул тор 9, СПУ 10, детектор 11, интегратор 12, первый ключевой элемент 13- и экстремальный регул тор 14 напр жени . Устройство работает следующим образом . Высокочастотные колебан   резонансного генератора 3 поступают в модул тор 9, вырабатывающий по программе импульсного программного блока 8 зондирующие импульсы, воздействующие на измерительный блок 7, воспринимающий с обьекта 6 управлени  изменение теплового режима. Который задаетс  частотой задающего генератора 2 через последовательно соединенные реверсивный счетчик 1, сравнивающий частоты задающего 2 и резонансного 3 генераторов, исполнительный элемент 4 и тепловой нагреватель 5, Выходной сигнал с измерительного блока .7 после усилени  в СПУ 1О детектируетс  детектором 11 и поступает на измерительный вход интегратора 12. Импульсный программный 5 9 блок 8 включает интегратор 12 в момен окончани  первого зонцирующе п импульса , что обеспечивает интегрирование сип нала свобоцной иноукции, а когца выхоцной сигнал интегратора 12 постигает некоторого порогового уровн , то включаетс  первый ключевой элемент 13, ко торый остаетс  во включенном состо нии ао окончани  процесса интегрировани . Длительность импульса, полученного на выхоце ключевого элемента 13, пропорциональна  площаци, ограниченной сиг налом свобоцной индукции, и используетс  в качестве управл ющего сигнала экстремального регул тора 14 напр жени , который подстраивает частоту резонансного генератора 3 по максимальной длительности этого импульса, что соответствует максимальной площади, ог раниченной сигнлом свободной индукции, Устройство (фиг. 2) содержит резонансный генератор 3, модул тор 8, импульсный программный блок 8, совмещенный измерительный блок 15, включающий узкоциапазонный измерительный . блок 16 ЯКР-канала, состо щий из блоков I, 2, 3, 4, 5 и 6, термоцатчик 17, СПУ 1 детектор 11, пороговый элемент 18, экстремальный регул тор 14, измерительный преобразователь 19, второй ключе- вой элемент 20, функциональный преобразователь 21 перемещение-напр жение, сумматор 22 и частотомер 23. Зависимость частоты ЯКР -V от температуры Т представл ет собой кривую линию 24, а зона захвата ЯКР - зону, ограниченную ос ми л) и Т и кривыми 25 и 26. Устройство работает следующим обраСигнал ЯКР отсутствует во включенном устройстве, когда рассогласование частоты резонансного генератора 3 и температуры в точке измерени , воспринимаемой измерительным блоком 16 ЯКР-канала и термо датчик ом 17, превышает зону захвата, ограниченную кривыми 25 и 26. При этом сигнал термодатчика 17 поступает на вход измерительного преобразовател  19, измен   выходной сигнал последнего до соответстви значению измер емой температуры, причем сигнал управлени  измерительного преобразовател  19 (т.е. сигнал ошибки канала грубого измерени  температуры) отключает на вреМ  рассогласовани  с помршью ключевого элемента 20 выход экстремального регул тора 14 от одного из входов сумматора 22. Выходной сиг- 46 нал измерительного преобразопагел  19, пропорциона1ьный измер емой температуре и представл ет собой механическое перемещение (угол), воздействует на вход функционального преобразовател  21, причем функци  преобразовани  преобразовател  21  вл етс  согласующей между зависимостью частоты ЯКР V рабочего вещества от температуры Т (крива  24) и зависимостью частоты резонансного генератора ог угфавл емо- го напр жени . Поэтому при достижении выходным сигналом термодатчика 17 значени , соответствующего измер емой температуре , на выхоце функционального пре- образовател  21 образуетс  такое напр жение , которое, будучи переданным через сумматор 22 на усфавл юший вход резонансного генератора 3, приводит к изменению частоты послецнего до значени , соответствующего измер емой температуре , определ емой блоками канала грубого измерени  температуры термодатчика 17, измерительного преобразовател  19, а также преобразовател  21. Если эта погрешность не превышает половины ширины зоны захвата ЯКР-измерител  температуры , ограниченной кривыми 25 и 26, что легко мшсет быть осуществлено соответствующим выбором параметром указанных блоков, го в результате использовани  канала грубого измерени  температуры ЯКР-измеритель температуры вводитс  в зону захвата, ограниченную кривыми 25 и 26, и последующее изменение частоты резонансного генератора 3осуществл етс  каналом точного измерени  температуры, -содержащим узкодиапазонный измерительный блок 16 ЯКРканала , содержащий задающий генератор, элемент сравнени , исполнительный элемент и измерительный блок. В результате окончани  согласовани  выходного сигнала измерительного преобразовател  19 с сигналом термодатчика 17 сигнал ошибки канала грубого измерени  температуры исчезает, что приводит к включению ключевого элемента 2О и соединению выхода экстремального регул тора 14 со вторым входом сумматора 22, Таким образом, на управл ющий вход резонансного генератора 3 подаетс  выходное напр жение сумматора 22, состо щее из двух составл ющих, одна из ко- торьгх определ етс  результатом грубого измерени  температуры, друга  - точного измерени . При работе импульсного ЯКР-измерител  в зоне захвата, ограниченной криВыми 25 и 26, высокочастотное напр  жение резонансногх генератора 3 возцейсгвуег на моаул тор 9 по программе, опрецел емой импульсным программным блоком 8 причем моаул тор 9 созпаег зондирующие рациоимпупьсы, возцействующие на измерительный блок 16 ЯКР-канала, на выходе которого образуютс  сигналы резонанса, усиливаемые н преобразуемые в СПУ 10, аетектируемые цегектором 11 и преобразуемые в плительность выхоцных виаеоимпуль- сов порогового элемента 18

Выходные импульсы порогового элемента 18 поступают на вход экстремального регул тора 14, который своим выходным сигналом, подаваемым через сумматор 22 на управл ющий вхоа резонансного Генератора 3, измен ет час-™ готу этого генератора ао максимальной величины длительности входных импуль- сов экстремального регул тора 14, образующихс  при точном соответствии частоты резонансного генератора 3 и частоты, соответствующей измер емой температуре.

При работе точного канала измерени  температуры устройство грубого канала измерени  температуры в св зи с низкой его чувствительностью практически не измен ет своего состо ни .

В случае, когда при включении устройства рассогласование частоты резонансного генератора 3 и частоты, соответствующей измер емой температуре, не превыщает зоны захвата ЯКР-измерите- л  температуры, ограниченной кривыми 25 и 26, то канал грубого измерени  температуры в силу низкой его чувствительности не функционирует, и настрой- ка частоты резонансного генератора 3 осуществл етс  экстремальным регул тором 14 непосредственно.

Предлагаемое изобретение обеспечивает автоматическое введение ЯКР-измерител  температуры в зону захвата при каждом его включении путем использовани  дополнительного широкодиапазонного измерител  температуры дл  предварительной настройки частоты резонансного генератора, а также позвол ет производить грубый отсчет измер емой величины по показани м щирокодиапазонного

измерител , точный по показани м ЯКР-измеригеп . При этом улучшаюЛ:  как динамические, так и статические ха рактеристики измерител .

Оба технических решени  могут использоватьс  как отдельно дл  достижени  поставленной цели так и совместно в составе одного устройства,

В предлагаемом устройстве (фиг. I) регулирование температуры производитс  по управл ющему сигналу, оцениваемому с нулевого уровн  по его площади, что повышает точность регулировани  на 15- 2О%.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   I. Устройство дл  регулировани  температуры по авт, св. СССР № 48 1029, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, оно содержит последовательно соединенные интегратор и первый Ключевой элемент, выход кото- рого св зан с входом экстремального регул тора , а первый вход интегратора с выходом детектора, причем вторые входы интегратора и первого ключевого элемента св заны соответственно с вторым и третьим выходами импульсного программного блока.
2. 2. Устройство по п, 1, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей устройства оно содержит частотомер, последовательно соединенные термодатчик, измерительный преобразователь, функциональный преобразователь перемещение напр жение и сумматор, а также второй ключевой элемент, первый вход которого св зан с вторым выходом измерительного преобразовател , второй вход - с выходом экстремального регул тора, а выход через сумматор подк/почен к входу резонансного генератора, к выходу которого подключен частотомер.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1.Патент США № 4О6315О, кл, 325/05, опублик, 1976.

   2.Авторское свидетельство СССР № 481О29, кл. CtO5 D 23/19, 1973 (прототип).

   i-

   16

   8

   /7

   /д

   2f

   е2Z

   Фие.2

   ;/

   12

   13

   Фиг.1

   1 -1

   w

   11

   10

   15

   Фиг. 5