SU1183037A1

SU1183037A1 - УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ, содержащее резервуар

Info

Publication number: SU1183037A1
Application number: SU843745418A
Authority: SU
Inventors: Sergej I Tkachenko
Original assignee: Sp Kt B S O Proizv I Kriobiolo
Priority date: 1984-05-30
Filing date: 1984-05-30
Publication date: 1985-10-07

Description

Изобретение относится к криогенной технике, а также к устройствам дня замораживания биологических объектов при их низкотемпературной консервации..

Цель изобретения - расширение диапазона режимов замораживания и повышение выживаемости биообъектов.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для замораживания биологических объектов; на фиг. 2 - графики поясняющие работу устройства.

Устройство содержит резервуар 1 для жидкого хладагента, соединенный трубопроводом 2 с установленным на нем электромагнитным позиционным клапаном 3 с камерой 4 замораживания, установленный в резервуаре нагреватель 5 жидкого хладагента и регулятор, включающий сравнивающий блок 6, один вход которого общей обратной связью подключен к камере 4 замораживания, задатчик 7 программы, выход которого подсоединен к второму входу сравнивающего блока 6, генератор 8 пилообразного напряжения и широтно-импульсный модулятор 9, один вход которого подсоединен к выходу генератора 8 пилообразного напряжения, а выход к электромагнитному клапану 3. Регулятор содержит также формирователь 10 закона управления и последовательно соединенные источник 11 опорного напряжения и первый 12 и второй 13 компараторы.

Вход формирователя 10 подсоединен к выходу сравнивающего блока 6, а выход - к второму входу широтно-импульс„ 40

ного модулятора 9, второй вход первого компаратора 12 подсоединен к выходу генератора 8 пилообразного напряжения, а второй вход второго компаратора 13 подсоединен к выходу широтно-импульсного модулятора 9.

Выход второго компаратора подсоединен к нагревателю 5 жидкого хладагента.

Устройство для замораживания биологических объектов работает еледующим образом.

В начальный момент времени избыточное давление в воздушной полости резервуара 1 для жидкого хладаген- 55 та δΡ= 0. При поступлении на входы сравнивающего блока 6 (фиг. 1) за лающего сигнала от задатчика 7

83037 2

программы, пропорционального заданной температуре (или скорости изменения температуры), и сигнала общей обратной связи от камеры 4 5 замораживания, пропорционального текущему значению температуры (или скорости изменения температуры) в камере 4, на выходе сравнивающего блока 6 формируется раз10 ностный сигнал сГ . При работе устройства с задающим сигналом и сигналом общей обратной связи пропорциональными скорости изменения температуры, сигнал сГ поступает

15 на вход формирователя 10 закона управления, где обрабатывается согласно выбранному линейному (П, ПИ, ПД, ПИД) закону управления. При работе устройства ПИ законом управления

20 выходной сигнал Формирователя 10 закона управления сГф поступает на второй вход широтно-импульсного модулятора 9, где происходит его сравнение с пилообразным напряжением, поступающим на первый вход широтноимпульсного модулятора 9 с выхода генератора 8 пилообразного напряжения. При этом на выходе широтно-импульсного модулятора 9 формируется импульсы напряжения 1Ц , поступающие на управляющую обмотку электромагнитного позиционного клапана 3 и обеспечивающие его открытие от момента начала формирования пилообразного напряжения П_п до момента его равенства с напряжением сГф на выходе формирователя 10 закона управления.

Пилообразное напряжение поступает также на один вход первого компаратора 12, на другой вход которого подается опорное напряжение с выхода источника 11 опорного напряжения. Примем и_оп = 0,5 и_п(фиг. 2 а). Тогда на выходе первого компаратора 12 формируется симметричное импульсное напряжение (фиг. 2 Б). Это напряжение поступает на первый вход второго компаратора 13, на второй вход которого подается напряжение с выхода широтно-импульсного модулятора 9 (фиг. 26) . При этом на выходе второго компаратора 13 формируются импульсы напряжения, длительность которых равна разности длительностей импульса на выходе широтно-импульсного модулятора 9 Гц,, и длительности импуль3 1183037

са на выходе первого компаратора

=

2 г).

'(Д

2 Г _и _ , т. е.

= -0,5Г_п (фиг.

Б случае, если Гц₁ ⁷/0,5^_Г) ,

эти импульсы присутствуют на выходе второго компаратора 13, если

<0,5Г_п ~ отсутствуют. Эти

импульсы поступают на нагреватель 5

на котором выделяется мощность, пропорциональная Ту . При этом про- ю исходит испарение^¹ хладагента, например жидкого азота,, и в воздушной полости резервуара 1 для жидкого хладагента начинает повышаться избыточное давление др. Под 15

действием этого давления жидкий хладагент начинает поступать в моменты открытого состояния позиционного клапана 3 через трубопровод 2 забора хладагента в камеру 4 замораживания. 20 Температура в последней начинает изменяться, что сопровождается изменением (увеличением) сигнала общей обратной связи 13_ос·

Несмотря на изменение сигнала 25 рассогласования сГ, сигнал на выходе формирователя 10 закона управления продолжает возрастать, что приводит к увеличению времени открытия клапана 3 и времени , соот- ₃θ

ветствующего включенному состоянию нагревателя 5 испарителя. Это в свою очередь приводит к еще большему возрастанию скорости охлаждения в камере 4 замораживания и т.д. В конечном счете сигнал рассогласования сГ становится равным нулю, а на выходе формирователя 10 закона управления устанавливается значение соответствующее заданной скорости охлаждения. При этом возможны различные варианты (в зависимости от инерционности поднятия давления дР , постоянной времени интегрирования формирователя 10 закона управления, инерционности камеры 4 замораживания и сигнала общей обратной связи (Зоо и т.д.) выхода устройства на установившийся режим работы.

По первому варианту скорость из- 50 менения температуры в камере 4 замораживания достигает заданного значения, т.е. сГ= 0, а .^7, Г^.При этом нагреватель 5 продолжает работать аналогично описанному, давле- 55 ние дР продолжает возрастать и, следовательно, £" у уменьшается. При .Г сц < нагреватель 5 отключается и длительность _у стабилизируется в зоне 0,5 . Отклонение

скорости охлаждения от заданного значения вниз приводит к увеличению ΐμ и срабатыванию нагревателя 5, вверх - к уменьшению Ъу при отключенном нагревателе 5. Таким образом, клапан (исполнительный орган системы автоматического/'управления устройства) всегда работает на выбранном, наиболее линейном участке расходной характеристики, а избыточное давление устанавливается автоматически в соответствии с заданной скоростью охлаждения.

По второму варианту скорость изменения температуры в камере 4 замораживания не достигает заданного значения ( ίΡ 7 0) , а Г ц _и 4 ^"и₂· Избыточное давление дР при этом не обеспечивает заданной скорости охлаждения, а нагреватель 5 отключен.

В этом случае, поскольку сГ7 О, за счет 0 - соответствующей, сигнал на выходе формирователя 10 закона управления возрастает, что приводит к Ту £ Ги к включению нагревателя, а значит к повышению дР В результате устройство функционирует аналогично описанному.

По третьему варианту' давление Δ Р возрастает быстро (например) при поч ти полностью заправленном резервуаре 3 . В этом случае Гц уменьшается, нагреватель отключается. В процессе работы устройства по мере снижения уровня азота в резервуаре "Гц увеличивается, ΔΡ уменьшается и при

начинается функционирование, описанное в первом варианте.

Работа устройства с П, ПД, ПИД законами управления осуществляется аналогично с учетом особенностей, присущим этим законам.

При регулировании температуры ' устройство работает аналогично, В качестве сигнала общей отрицательной обратной связи при этом используется сигнал, пропорциональный текущему значению температуры в камере 4 замораживания, а в качестве задающего - сигнал от задатчика 7 программ, пропорциональный заданному значению температуры.

За счет управления нагревателем испарителя напряжением 0% в течение временного интервала Гц , являющегося функцией сигнала сГ ψ , в воздушной полости сосуда для

5

1 183037

6

криогенной жидкости создается избыточное давление ΔΡ , соответствующее заданной скорости охлаждения при коэффициенте заполнения выходного импульса широтно-импульсного модулятора Κ_3σΠ ~0,5 или любого другого, в зависимости от величины опорного напряжения Ц>_п . Это дает возможность осуществлять регулирование в широком диапазоне скоростей изменения температур (от сотых-десятых долей °С/мин до сотен °С/мин). Качество регулирования существенно улучшается за счет автоподстройки рабочей точки в середине линейной части расходной характеристики исполнительного органа электромагнитного позиционного клапана подачи хладагента. При этом малые отклонения от заданной программы отраба$ тываются в основном клапаном, значительные - клапаном и нагревателем. За счет относительной инерционности изменения л Р в резервуаре сглаживаются ВЧ-помехи, воздействующие на

,0 устройство.

За счет формирования -закона управления исключается статическая ошибка по регулируемому параметру (температуре или скорости изменения темпе15 ратуры) и достигается возможность при нулевой сГ обеспечить автоматическую подстройку положения рабочей точки исполнительного органа.

фиг. 1

, 18 303 7

Claims

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ, содержащее резервуар для жидкого хладагента, соединенный трубопроводом через электромагнитный позиционный клапан

с камерой замораживания, установленный в резервуаре нагреватель жидкого хладагента и регулятор, включающий сравнивающий блок, один вход которого подключен к камере замораживания, задатчик программы, выход которого подсоединен к второму входу сравнивающего блока, генератор пилообразного напряжения и широтно-импульсный модулятор, один вход которого подсоединен к выходу генератора пилообразного напряжения, а выход - к электромагнитному клапану, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона режимов замораживания и повышения выживаемости биообъектов, регулятор снабжен формирователем и последовательно соединенными источником опорного напряжения и двумя компараторами, . при этом вход формирователя подсоединен к выходу сравнивающего блока, а выход - к широтно-тимпульсному модулятору, один вход первого компаратора подсоединен к выходу генератора пилообразного напряжения, а другой вход второго компаратора подсоединен к выходу широтно-импульсного модулятора, причем выход второго компаратора подсоединен к нагревателю жидкого хладагента.

зи ,.,,1183037

1 1