программатор температуры

Формула изобретения

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 U ₀ - напряжение на выходе источника питания.

Описание изобретения к патенту

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/U ₀+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:

R=R₀( T+ T²), где R₀ - начальное сопротивление термометра, , - 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.