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Controllori per basse temperature

da Lake Shore Cryotronics

I controllori di temperatura per le applicazioni criogeniche sono basati su circuiti di controllo PID.

I controllori di temperatura Lake Shore Cryotronics coprono intervalli di temperatura compresi tra i 100mK e i 1.500K. I circuiti di controllo dispongono di riscaldatori con potenza fino a 100W.

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Caratteristiche

Intervallo di lettura e controllo: 100mK - 1.500K
Fino a 4 circuiti PID con potenze d’uscita di 100W
Compatibilità con una enorme varietà di sensori di temperatura
Interfacce Ethernet, USB e IEEE-488

Maggiori informazioni

Maggior informazioni per ciascun modello:

Model 325 Temporaneamente non disponibile

Circuito di controllo PID

L’equazione di controllo PID contiene 3 termini: proporzionale (P), integrale (I) e derivativo (D):

Dove l’errore (e) è definito come: e = Set point – Feedback di lettura.

Il termine proporzionale, o guadagno, deve avere valore maggiore di zero perché il controllo funzioni. Il guadagno viene moltiplicato per l’errore così che abbia valore proporzionale all’uscita (P*e).

Se consideriamo il solo guadagno, vediamo che un’uscita non nulla implica un errore non nullo.

Il valore di guadagno viene impostato tipicamente per prove ed errori. Insieme alla potenza refrigerante e a quella del riscaldatore, il proporzionale entra a far parte del guadagno generale del sistema e va aggiustato ogni qual volta uno dei due altri parametri cambi.

Il termine integrale (I), detto anche reset, tiene conto dell’errore nel tempo:

Aggiungendolo al proporzionale, si ottiene la possibilità di lavorare anche a errore nullo: quando l’errore è nullo, cioè siamo al set point, l’uscita viene mantenuta costante.

Il termine integrale è maggiormente predicibile rispetto al proporzionale essendo legato alla costante di tempo del carico: misurando questa costante è possibile calcolare un valore ragionevole per I.

Il termine derivativo agisce sulla variazione temporale dell’errore secondo la seguente relazione:

Così, per esempio, il derivativo può spingere sull’uscita in reazione a variazioni veloci dell’errore sul set point, riducendo il tempo necessario a raggiungere la temperatura desiderata.

Al contrario, nel momento in cui avvicinandosi al set point l’errore diminuisce, il derivativo riduce la spinta per ridurre l’overshoot.

Il derivativo è dunque importante in particolare per sistemi ad alta velocità di variazione mentre per quelli con risposte lente o nel caso di avvicinamento al setpoint, il derivativo può essere azzerato per evitare reazioni brusche a disturbi o rumore.

Il termine derivativo è legato alla costante di tempo dominante del carico.

Uscita manuale

Il controllo manuale dell’uscita è utile per il controllo senza feedback, o open loop, ove il riscaldatore resta alla potenza impostata dall’utente, nel caso in cui il carico lo richieda.

Il termine uscita manuale può essere anche aggiunto a uno schema PID. In questo modo si imposta un valore di uscita vicino al set point e si lascia al controllore l’aggiustamento fine per il raggiungimento del set point.

NOTA: L’uscita manuale dovrebbe essere azzerata quando non in uso.

Specifiche

Ponte resistivo AC Model 372

Misurazione e controllo della temperatura per refrigeratori a diluizione
Controllo della temperatura sotto i 100mK
Tecnologia di reiezione del rumore brevettata*
Segnali di misurazione AC
Ripristino del segnale a basso rumore

*U.S. Patent #6, 501, 255, Dec., 2002, "Differential current source with active common mode reduction," Lake Shore Cryotronics, Inc.

Controllore di temperature criogeniche Model 350

Ideale per l’utilizzo con refrigeratori a temperature ultra basse
Controllo della temperatura fino a 100 mK
Prestazioni ottimizzate con sensori Cernox® RTDs
Minimo autoriscaldamento
Misurazioni ad alta risoluzione
4 circuiti di controllo indipendenti e numerose configurazioni I/O
4 uscite controllate PID: riscaldatore generale a 75W, riscaldatore per il campione a 1W sample, 2 canali ausiliari da 1W ±10V

Controllore di temperature criogeniche Model 336

Lettura fino a 300mK
2 circuiti di controllo PID: 100W e 50W con carichi da 50 Ω e 25Ω
Parametri PID raccolti automaticamente
Interfacce Ethernet, USB e IEEE-488
Compatibile con diodi, RTD e termocoppie
Inversione della corrente di eccitazione del sensore per eliminare gli errori EMF termici nei sensori resistivi