Программатор температуры

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике, в частности к устройствам программного регулирования температуры калориметров, электропечей, приборов дифференциального термического анализа. 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, при этом программный задатчик напряжения дополнительно содержит сопротивление R5, которое одним выводом подключают к его первому выходу, а в качестве источника питания используют стабилизатор напряжения, один выход которого подключен к точке соединения сопротивлений R1, R3 моста, а второй выход «заземлен» вместе со вторым выходом задатчика напряжения и с неинвертирующими входами усилителя терморегулятора и операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с точкой соединения сопротивлений R1, R2 и с вторым выводом сопротивления R5. Технический результат - упрощение и повышение точности программирования температуры. 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам терморегулирования, в частности к программаторам температуры калориметров, электропечей, приборов дифференциального термического анализа.

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.).

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).

Недостатком этого преобразователя сопротивления в напряжение является нелинейная зависимость между любыми сопротивлениями моста R1÷R4 и выходным напряжением.

Задачей изобретения является упрощение и повышение точности программирования температуры.

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.

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.

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:

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.

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, отличающийся тем, что программный задатчик напряжения дополнительно содержит сопротивление R5, которое одним выводом подключают к его первому выходу, а в качестве источника питания используют стабилизатор напряжения, один выход которого подключен к точке соединения сопротивлений R1, R3 моста, а второй выход «заземлен» вместе со вторым выходом задатчика напряжения и с неинвертирующими входами усилителя терморегулятора и операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с точкой соединения сопротивлений R1, R2 и с вторым выводом сопротивления R5, при этом операционный усилитель включен в схему программатора температуры с возможностью обеспечения в начальный момент измерений условия R1·R4=R2·R3, а при изменении напряжения на выходе задатчика на величину +U - условия R1·R4/R2·R3=U/U₀+1, где U₀ - напряжение на выходе источника питания.