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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Kühlsysteme für eine elektronische Anlage und
betrifft insbesondere eine variable Gebläsegeschwindigkeitsregelung
für eine
elektronische Testanlage.
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Hintergrund
der Erfindung
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Gebläse werden üblicherweise
verwendet, um eine angemessene Zufuhr von Kühlluft in das Innere einer
elektronischen Einheit wie z.B. eines Tischcomputers bereitzustellen,
um zu verhindern, daß sich
die Einheit überhitzt.
Wie viel Luft angemessen ist, hängt
von verschiedenen Faktoren, einschließlich der von den internen
Komponenten erzeugten Wärme,
der Umgebungstemperatur an der Stelle, wo das Instrument zufällig arbeitet,
und der Höhe,
in der die Einheit zufällig
arbeitet, ab. Ein Hersteller kann natürlich im allgemeinen die Bedingungen
an der Stelle, an der die Einheit betrieben wird, nicht kontrollieren.
Wenn Gebläse
mit fester Geschwindigkeit für
diesen Zweck verwendet werden, dann muß man sie daher für die Bedingungen
des schlimmsten Falls konstruieren. Gebläse mit fester Geschwindigkeit,
die ausgewählt
sind, um Bedingungen des schlimmsten Falls zu handhaben, müssen leider
große
Mengen an Luft bewegen und sind daher gewöhnlich geräuschvoll. In einer Büroumgebung
ist ein geräuschvolles
Gebläse
in einem Computer oder einem anderen Instrument unerwünscht.
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Es
wurde erkannt, daß diejenigen
Benutzer, die eine Anlage unter Bedingungen des schlimmsten Falls
betreiben, nur ein kleiner Prozentsatz der Gesamtzahl an Benutzern
sind. In den meisten Fällen könnten Gebläse mit fester
Geschwindigkeit gegen Gebläse
mit variabler Geschwindigkeit ausgetauscht werden und die Gebläse mit variabler
Geschwindigkeit könnten
mit einer langsameren und ruhigeren Geschwindigkeit betrieben werden.
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Das
US-Patent 5 659 290 (Kundert), herausgegeben am 21. April 1987,
offenbart ein Gebläse
mit variabler Geschwindigkeit mit einem Fühler im Abluftstrom. Das Gebläse von Kundert
arbeitet mit einer festen Rate mit ungefähr der halben Geschwindigkeit,
bis eine gegebene Temperatur erreicht ist, und regelt den Luftstrom
durch das Gebläse
danach variabel. Obwohl diese Anordnung in einem gewissen Ausmaß auf die
Innentemperaturen reagiert, nimmt sie an, daß die halbe Geschwindigkeit
die minimale Gebläsebetriebsgeschwindigkeit
ist, die erforderlich ist, um das Instrument wirksam zu kühlen. Das
heißt, das
Gebläse
von Kundert läuft
zu schnell (und folglich zu geräuschvoll),
wenn die Gebläsegeschwindigkeit,
die tatsächlich
erforderlich ist, weniger als die halbe Geschwindigkeit ist. Überdies überwacht
Kundert die Umgebungslufttemperatur nicht direkt.
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Ein
weiteres Gebläsesystem
mit variabler Geschwindigkeit ist im US-Patent 5 287 244 (Hileman,
et al.), herausgegeben am 15. Februar 1994, offenbart. Hileman,
et al., stellen die Gebläsegeschwindigkeit
als Reaktion auf ein Eingangssignal von einem Umgebungsluft-Temperaturfühler ein.
Hileman, et al., beschreiben ein System, das in der Weise einer
offenen Schleife arbeitet. Das heißt, wenn die Umgebungslufttemperatur
außerhalb
des Instruments zunimmt, dann nimmt die Gebläsegeschwindigkeit zu, um mehr
Kühlluft über die
Komponenten zu bewegen. Obwohl dies auch eine Verbesserung gegenüber Gebläsesystemen
mit fester Geschwindigkeit bei der allgemeinen Geräuschverringerung
ist, weist die Vorrichtung gemäß diesem
Patent ein eigenes Problem auf, da sie nicht die inneren Gehäusetemperaturen
abfühlt.
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Da
die Vorrichtung von Hileman, et al., arbeitet, indem sie nur auf
die Änderung
der Umgebungstemperatur reagiert, würde ein Problem entstehen, wenn
ein Benutzer beispielsweise ein Buch neben das Instrument legt,
wodurch ein Lufteingangskanal versehentlich teilweise blockiert
wird. Diese Bedingung würde
den Luftstrom verringern, was verursacht, daß die Gehäuseinnentemperaturen ansteigen.
Die Gebläsegeschwindigkeit
würde nicht
zunehmen, da sich die Umgebungstemperatur nicht geändert hat,
was zur Überhitzung
der Einheit führt.
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Andererseits
würde eine
Verringerung der Innentemperatur (vielleicht aufgrund eines verringerten Leistungsverbrauchs
in einer speziellen Komponente) weniger Luftstrom (mit einer entsprechenden
Verringerung des Gebläsegeräuschs) erfordern.
Der Vorrichtung von Hileman, et al., würde es mißlingen, auf diese Bedingung
auch zu reagieren, und sie würde
mit einer größeren als
erforderlichen Gebläsegeschwindigkeit
und einem größeren als
erforderlichen Geräuschpegel
arbeiten.
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Im
Gegensatz zu einer Tischcomputeranlage besteht eine strengere Anforderung,
die Temperatur in Test- und Meßinstrumenten
konstant zu halten. Es sollte beachtet werden, daß ohne Regelung
die Temperatur einer Komponente ansteigen würde, wenn die Umgebungslufttemperatur
in einer im wesentlichen linearen Weise ansteigt. Unter Verwendung
einer Kühlluftstromregelung
kann die Komponententemperatur über
einen Bereich von Umgebungstemperaturen im wesentlichen konstant
gehalten werden (bis die Grenze der Gebläsegeschwindigkeit erreicht
ist). Es ist erwünscht,
daß die
Temperatur von bestimmten kritischen Komponenten konstant gehalten
wird, da Schwankungen der Temperatur dieser Komponenten Fehler im
Signalmeßprozeß auslösen können (d.h.
sich auf die Kalibrierung des Instruments nachteilig auswirken können). Keines der
vorstehend angegebenen Patente stellt die Lösung für das Problem des Konstanthaltens
der Temperatur in dem Ausmaß,
das für
Test- und Meßinstrumente
erforderlich ist, während
auch das Gebläsegeräusch verringert
wird, bereit.
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Es
besteht insofern noch eine weitere Anforderung, die durch eine moderne
Fertigungskonstruktion auferlegt wird, als es erwünscht ist,
dieselbe Instrumentenplattform (d.h. Gehäuse- und Gestellkomponenten)
in mehreren Produktlinien zu verwenden. Diese Anforderung wird hauptsächlich durch
den Bedarf getrieben, die Werkzeugausrüstungskosten für spritzgegossene
Kunststoffteile der Instrumentenplattform zu verringern. Ein Logikanalysator
kann folglich beispielsweise die meisten der Instrumentenplattformkomponenten
verwenden, die auch bei der Herstellung eines Oszilloskops verwendet
werden, einschließlich
des Kühlsystems.
Leider sind die Kühlanforderungen
eines Logikanalysators gewöhnlich
von den Kühlanforderungen
eines Oszilloskops sehr verschieden. Überdies variieren die Kühlanforderungen
von jedem, wenn verschiedene Optionen zum Basisinstrument hinzugefügt werden.
Was erforderlich ist, ist ein Kühlsystem,
das für
beide der vorstehend angegebenen Anwendungen verwendet werden kann.
Ein solches System müßte einen
angemessenen Luftstrom zum Kühlen
für jede
Anwendung bereitstellen, ohne einen übermäßigen Luftstrom in einem von
diesen vorzusehen, und müßte bei
jeder Anwendung mit verringerten Geräuschpegeln arbeiten.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Kühlsystem
für ein
Test- und Meßinstrument
mit einem Gebläse
mit variabler Geschwindigkeit, das bei verschiedenen Instrumenten
mit verschiedenen Konfigurationen nützlich ist, verwendet eine
Vielzahl von Fühlern,
die an vorbestimmten Stellen innerhalb eines Gehäuses des Instruments angeordnet
sind, und ist mit vorbestimmten Parametern jeder speziellen Konfiguration
jedes speziellen Instruments durch Software programmierbar. Mindestens
einer der Fühler
mißt die
Temperatur einer Komponente, die Leistung mit im wesentlichen konstanter Rate
verbraucht, und mindestens einer der Fühler mißt die Umgebungslufttemperatur
und umfaßt
keine Wärmequelle
zum Vorsehen von zu messender Wärme.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine vereinfachte Darstellung einer Draufsicht auf das Innere eines
Test- und Meßinstruments
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
ein vereinfachtes Diagramm eines Wärmeregelsystems gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist
ein Ablaufplan zur Verwendung beim Verstehen der Erfindung.
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4 ist
ein Ablaufplan zur Verwendung beim Verstehen der Erfindung.
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5 ist
ein Ablaufplan zur Verwendung beim Verstehen der Erfindung.
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6 ist
ein funktionales Blockdiagramm hoher Ebene des Wärmeregelsystems von 2.
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Ausführliche
Beschreibung der Zeichnung
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Wie
vorstehend angegeben, besteht das Problem beim Versuchen, die Kühlgebläsegeschwindigkeit
auf einer üblichen
Plattform, die für
mehrere Produktlinien entworfen ist, zu regeln, darin, daß jede Anwendung
ihre eigenen Wärmeerzeugungseigenschaften
aufweist. Wie auch vorstehend angegeben, sind nur das Messen der
Umgebungstemperatur oder das Messen der Ablufttemperatur keine optimalen
Lösungen.
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Mit
Bezug auf 1 umfaßt ein Kühlsystem für eine übliche Plattform 100,
die verschiedene Instrumente aufnehmen und mit diesen arbeiten soll, mindestens
ein regelbares Gebläse 110a mit
variabler Geschwindigkeit und kann weitere Gebläse 110b, 110c umfassen.
Die übliche
Plattform 100 umfaßt eine
Leiterplatte 130, die ein spezielles Instrument wie z.B.
einen Logikanalysator oder ein Oszilloskop definiert, eine Leistungsversorgungseinheit 120 und eine
Gebläseregeleinheit 150.
Eine Vielzahl von thermischen Knoten 140a, 140b, 140c und 140d sind
an vorbestimmten Stellen innerhalb des Gehäuses der Plattform 100 angeordnet.
Der thermische Knoten 140e fühlt die Umgebungslufttemperatur
ab. Man beachte, daß der
thermische Knoten 140e nahe dem Lufteingangskanal und im
Ansaugluftstrom angeordnet ist, so daß er die Umgebungslufttemperatur
so nahe wie möglich
abfühlen
kann. Die Gebläse 110a, 110b und 110c saugen
Luft durch Belüftungsöffnungen
im Gehäuse
der Plattform 100 und über
die Leiterplatte 130, wo die sich bewegende Luft überschüssige Wärme aufnimmt.
Die erwärmte
Luft wird dann durch die Gebläseausgangsöffnung ausgestoßen.
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Man
könnte
denken, daß das
Auswählen
einer speziellen Komponente eines gegebenen Instruments und Überwachen
der von dieser Komponente abgegebenen Wärme eine brauchbare Wärmemessung
bereitstellen würde.
Leider arbeiten viele Komponenten in vorübergehenden thermischen Betriebsarten
und werden dadurch inkonsistente Quellen für Rückführungssignale.
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Die
vorliegende Anmeldung beseitigt dieses Hindernis und stellt eine
konsistente Rückführungssignalquelle
durch Vorsehen von unabhängigen
thermischen Knoten 140a, 140b, 140c, 140d und 140e bereit.
Jede der Wärmefühlknotenschaltungen 140a, 140b, 140c und 140d umfaßt einen
Widerstand (d.h. eine Wärmequelle),
die von der Instrumentenschaltung isoliert ist, und einen Temperaturfühler. Es
ist wichtig zu beachten, daß der
Umgebungstemperaturfühlknoten 140e nicht
seine eigene Wärmequelle umfaßt. Wenn
der Umgebungstemperaturfühler 140e seine
eigene Wärmequelle
umfassen würde,
dann würde
er nur während
eines Kaltstarts (d.h. bevor sich die Wärmequelle aufgewärmt hat)
echte Umgebungstemperaturmeßwerte
liefern. Indem keine Wärmequelle
im Umgebungslufttemperaturfühler 140e enthalten
ist und indem der Umgebungslufttemperaturfühler 140e nahe einem
Lufteinlaß angeordnet wird,
ist es möglich,
während
eines warmen Neustarts des Instruments echte Umgebungsmeßwerte zu
erhalten, ohne darauf warten zu müssen, daß sich das Instrument abkühlt.
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Mit
Bezug auf 2 sind zwei Wärmefühlknoten
gezeigt, 200 und 200'. Der Unterschied zwischen dem
Fühlknoten 200 und
dem Fühlknoten 200' ist die Abwesenheit
eines Heizelements (Wärmequelle)
im Wärmeknoten 200'. In dieser
Hinsicht entspricht der Wärmefühlknoten 200' dem Umgebungstemperatur-Wärmefühlknoten 140e von 1 und ihm
fehlt eine Wärmequelle,
da er die Umgebungslufttemperatur abfühlen soll. Der Einfachheit
halber wird nur der Wärmefühlknoten 200 beschrieben.
Der Wärmefühlknoten 200 weist
eine Wärmegrenze 210 auf,
die den Knoten von anderen Komponenten thermisch isoliert, welche
sich auf der gleichen physikalischen Leiterplatte befinden können. Die
Wärmegrenze 210 kann
durch sorgfältige
Anordnung der Wärmefühlknoten
von Komponenten des Instruments entfernt, die relativ hohe Leistung verbrauchen,
und durch Leiten von Bussen (die Wärme entlang derselben leiten
können)
von den Fühlknoten entfernt
implementiert werden.
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Der
Wärmefühlknoten 200 umfaßt eine
Widerstandswärmequelle 220 und
einen Wärmefühler 230.
Der Wärmeknoten 200 kann
entweder auf seiner eigenen Leiterplatte montiert sein oder, wie
vorstehend angegeben, auf einer gemeinsamen Leiterplatte mit der
Instrumentenschaltung thermisch isoliert sein. In beiden Fällen muß er sich
in einem Bereich mit auftreffendem Luftstrom befinden.
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Vorzugsweise
ist der Widerstand 220 über eine
Konstantspannungsquelle gekoppelt, um eine konstante Wärme für gegebene
Bedingungen zu erzeugen. Das heißt, durch Anlegen einer stationären Spannung
an den Widerstand 220 wird eine konstante oder "stationäre" Leistungsausgabe
erzeugt. Dies bewirkt, daß sich
der Widerstand 220 aufheizt und eine konstante Temperatur
für eine
gegebene Umgebungslufttemperatur und -dichte beibehält. Der
Fühler 230 fühlt die
Temperatur am oder nahe dem Widerstand 220 ab. Der Fühler 230 kann
beispielsweise ein DS1621 sein, der von Dallas Semiconductor Corporation,
Dallas Texas, hergestellt wird. Der Fühler 230 ist mit einer
A/D-Wandlereinheit 240 zum Umwandeln des Fühlerausgangsignals
in digitale Daten und zum Koppeln der digitalen Daten mit dem Regler 250 des
Gebläsereglers 150 über einen
Datenübertragungsbus
wie z.B. einen I2C-Bus gekoppelt. Der Regler 250 (der
ein Mikroprozessor sein kann) wertet die Fühlerinformation aus und bestimmt
das zweckmäßige Signal,
das zum Regeln der Temperatur erforderlich ist. Das Regelsignal
wird an einen D/A-Wandler 260 angelegt, um eine analoge
Spannung oder einen analogen Strom zu erzeugen, die/der zum Ansteuern
eines Gebläseregelsignalverstärkers 270 geeignet
ist, der das Regelsignal verstärkt
und es an das (oder die) Gebläse 280 mit
variabler Geschwindigkeit anlegt.
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Die
Grundgleichung für
die stationäre
Energieübertragung
einer Komponente in einem geschlossenen System ist in Gleichung
1 gezeigt. Q = m·cp·(T – T∞) GL.1 Wobei
Q
= Leistungsausgabe (in diesem Fall vom Widerstand 220)
m
= Massenluftdurchflußrate
cp = spezifische Wärme
T = Komponententemperatur
T∞ =
Umgebungstemperatur
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Folglich
gilt T = T∞ +
Q/(m·cp) GL.2
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Hierin
wird erkannt, daß,
wenn die Umgebungslufttemperatur ansteigt, die Temperatur des Widerstandes 220 auch
ansteigt. Durch Auswählen
einer gegebenen Temperatur als "Sollwert" kann das Regelsystem
daher Schwankungen der Umgebungslufttemperatur durch Einstellen
der Gebläseluftgeschwindigkeit
(d.h. des Luftstroms) kompensieren, um die Sollwerttemperatur am
Wärmefühlknoten 200 aufrechtzuerhalten.
Wenn der Luftstromeinlaß des Instruments
während
des Betriebs beeinträchtigt
wird (z.B. wenn ein anderes Stück
der Anlage oder ein Buch zu nahe am Luftstromeinlaß angeordnet
werden würde,
was folglich eine teilweise Blockierung verursacht), wird ebenso
der Massenluftstrom für eine
gegebene Gebläsespannung
verringert. Diese Bedingung verursacht, daß die Temperatur am Wärmefühlknoten 200 ansteigt,
was wiederum verursacht, daß das
Regelsystem durch Erhöhen
der Gebläsegeschwindigkeit
kompensiert.
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Es
wird angemerkt, daß die
Massendurchflußrate
für Luft
zur Luftdichte proportional ist. Somit könnten Änderungen der Luftdichte wie
z.B. diejenigen, die während
Höhenänderungen
angetroffen werden, als Störung
behandelt werden und durch die Verwendung einer Rückführungs-Gebläseregelung kompensiert
werden.
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Es
ist wichtig zu beachten, daß die
Plattformebenen-Kühlstrategie
auf der Tatsache basiert, daß die
Wärmeregelungs-Rückführungssignalquelle von
jeglichem speziellen Instrument abgekoppelt ist. Die Komponenten
und Methodologie sind über
die Plattformanwendungen konsistent und sind dennoch für jedes
spezielle Produkt abstimmbar.
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Im
Betrieb arbeitet das System in drei unterschiedlichen Betriebsarten
oder Phasen. Die Phase 1 ist eine Systemanlaufphase. Mit
Bezug auf den Ablaufplan von 3 werden
in der Phase 1 die Gebläse 110a, 110b, 110c so
geregelt, daß sie
mit einer festen Gebläsegeschwindigkeit
arbeiten, um eine Überhitzung
während
der Initialisierung des Instruments zu verhindern. Die Phase 1 findet
statt, sobald das Instrument in Schritt 300 eingeschaltet
wird. In Schritt 310 wird eine festgelegte Spannung sofort zum
Gebläse
oder zu den Gebläsen
gesandt, um sicherzustellen, daß Kühlluft geliefert
wird, während das
Instrument seine Software "hochfährt". Die Spannung kann
ein beliebiger Wert innerhalb des Betriebsbereichs des Gebläses sein,
wird jedoch vorzugsweise gemäß der Kenntnis
der thermischen Eigenschaften des auf der üblichen Plattform verwirklichten
speziellen Instruments vorbestimmt. Die Priorität während des Betriebs der Phase 1 besteht
darin, eine Überhitzung
während
des Systemanlaufprozesses zu verhindern.
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Die
Phase 2 ist eine Initialisierungsphase des Kühlsystems
und ist im Ablaufplan von 4 dargestellt.
In der Phase 2 wird die Gebläsegeschwindigkeit festgelegt
und Messungen werden durchgeführt,
um einen stationären
Punkt zu finden. Dies ist eine Regelphase in offener Schleife, in
der die Umgebungsluftbedingungen abgetastet werden und die Gebläsegeschwindigkeit
entsprechend festgelegt wird. Während
dieser Phase wird die Umgebungstemperatur in Schritt 400 mittels
eines im Instrument montierten Fühlers
gemessen. Die Luftdichte kann entweder durch einen Sensor gemessen
werden oder als fester Wert angenommen werden. Eine Luftdichte des
schlimmsten Falls könnte
beispielsweise als jene der höchsten
Höhe angenommen
werden, in der das Instrument normalerweise betrieben werden würde. In
Schritt 410 wird die Gebläsegeschwindigkeit dann für ein gegebenes Instrument und
eine gegebene Konfiguration auf der Basis der Umgebungsbedingungen
ausgewählt.
Dies kann entweder durch Verwendung einer "Nachschlage"-Tabelle oder unter Verwendung einer
repräsentativen Gleichung
für die
Gebläseregelspannung
als Funktion der Umgebungsbedingungen durchgeführt werden. Vorzugsweise werden
die vorstehend gegebenen Gleichungen verwendet und die Ergebnisse
werden in einer Tabelle gespeichert. In Schritt 420 wird die
Komponententemperatur Tc gelesen. In Schritt 430 wird
eine Feststellung hinsichtlich dessen durchgeführt, ob ein stationärer Zustand
erreicht wurde oder nicht (innerhalb einer Toleranz). Das heißt, sobald
die Gebläsegeschwindigkeit
der Phase 2 festgelegt ist, wartet das System (wobei es
in einer Schleife entlang des NEIN-Weges vom Entscheidungsdiamanten 430 zurückkehrt),
bis stationäre
thermische Betriebsbedingungen erreicht sind, bevor es zur Phase 3 weitergeht.
Ein einer kritischen Komponente zugewiesener Fühler wird bei der Feststellung,
wann sich die kritische Komponente aufgewärmt und eine konstante Temperatur
erreicht hat, verwendet. Dies wird durch Überprüfen, ob die Steigung der Temperatur
(Tc) der kritischen Komponente mathematisch gleich
(oder sehr nahe gleich) Null ist, durchgeführt. In der Praxis würde eine
Steigung von Tc, die geringer ist als ein
spezieller Wert angeben, daß die
kritische Komponente einen stationären Zustand erreicht hat. Sobald
der stationäre
Zustand erreicht wurde, wird der JA-Weg zu Schritt 440 eingeschlagen,
wobei Tc als "Sollwert" (Tsp) gespeichert
wird, und das Regelsystem geht zur Phase 3 weiter. Es wird
angemerkt, daß die
Priorität
während
des Betriebs der Phase 2 darin besteht, das Gebläsegeräusch zu
verringern.
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Die
Phase 3 ist eine Periode einer Regelbetriebsart in geschlossener
Schleife. Während
der Phase 3 wird die Gebläsegeschwindigkeit kontinuierlich
als Reaktion auf eine Rückführung von
den Wärmeregelfühlern eingestellt,
um eine konstante Temperatur aufrechtzuerhalten. Mit Bezug auf 5 wird in
die Phase 3 in Schritt 500 eingetreten, in dem
ein Meßwert
von Tc aufgenommen wird. Die Routine geht
dann zu Schritt 510 vorwärts, in dem die Differenz zwischen
der Sollwerttemperatur und der Temperatur an einem Wärmefühlknoten
festgestellt wird. Die Routine geht dann zu Schritt 520 vorwärts, um festzustellen,
ob die Differenz "e" größer ist
als eine vorbestimmte Toleranz 520. Wenn nicht, dann geht die
Routine in einer Schleife entlang des NEIN-Weges zurück, um eine
weitere Messung durchzuführen.
Wenn die Temperaturdifferenz größer ist
als die Toleranz, dann wird die Gebläsegeschwindigkeit durch Einstellen
der Spannung für
das Gebläse
in Schritt 530 entsprechend eingestellt. Die Priorität während des
Betriebs der Phase 3 besteht darin, die Temperatur der
Komponenten ungeachtet von Änderungen
der Umgebungsbedingungen nahe der Temperatur der Komponenten zu
einem Zeitpunkt direkt nach dem Aufwärmen zu halten.
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Mit
Bezug auf 6 wird die Sollwerttemperatur
Tsp im Schaltungselement 600 mit
einem Rückführungssignal
verglichen, das die Komponententemperatur Tc darstellt.
Das Ergebnis dieses Vergleichs ist ein Regelsignal mit der zweckmäßigen Polarität, um Abweichungen
der Temperatur von der Sollwerttemperatur in beiden Richtungen zu
korrigieren. Das Regelsignal wird an eine Gebläsegeschwindigkeits-Regeleinheit 610 angelegt,
um die Spannung, die an das Gebläse
angelegt wird, einzustellen, wodurch die Geschwindigkeit des Gebläses eingestellt
wird und folglich der Luftstrom durch die Instrumentenplattform
geregelt wird. Das Instrument 620 unterliegt aufgrund von
Störungen
wie z.B. Schwankungen in der Umgebungstemperatur, Schwankungen in
der Luftdichte und Änderungen
in der von den Komponenten des Instruments verbrauchten Leistung
Temperaturschwankungen. Solche Störungen erscheinen in einem
Signal, das die am Ausgang des Systems von 6 (d.h.
an den Wärmefühlknoten) abgefühlte Komponententemperatur
darstellt und über
eine Rückführungseinheit 630 übermittelt
wird, damit es mit der Sollwerttemperatur am Eingang des Systems
verglichen wird. Somit arbeitet das System während des Betriebs der Phase 3 in
einer Weise in geschlossener Schleife.
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Das
vorstehend beschriebene System ist eine einfache Form einer Wärmeregelarchitektur,
die üblicherweise
als Ein-Eingang-Ein-Ausgang (SISO) bezeichnet wird. Hierin wird
erkannt, daß von
einem bis zu irgendeiner angemessenen Anzahl von Wärmefühlknoten
verwendet werden können,
um das System zu implementieren. Die Temperaturkompensation kann über eine
Anzahl von Reglerstrategien erzielt werden, wie z.B. Proportional-Integral-Differential (PID)
oder Proportional- und Differential-Regelung (PD), wie es auf dem
Fachgebiet gut bekannt ist, oder unter Verwendung von Regelwerten,
die in einer Nachschlagetabelle gespeichert werden, wie vorstehend
angemerkt.
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Es
ist wichtig zu beachten, daß die
Parameter, die die thermischen Eigenschaften jeder Instrumentenart
und -konfiguration definieren, durch Software programmierbar sind.
Außerdem
ist das jedem Fühlerknotensignal
gegebene Gewicht auch durch Software programmierbar. Die Programmierfähigkeit der
vorliegenden Erfindung stellt die Fähigkeit bereit, das Kühlsystem
in einer Vielzahl von Anwendungen zu verwenden, ohne das Kühlsystem
umkonstruieren zu müssen.
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Hierin
wird erkannt, daß der
Gebläseregler ein
zweckorientierter Hardwareregler oder ein zweckorientierter Mikroprozessor
sein kann. Alternativ kann die Gebläsereglerfunktion sogar vom
Hauptinstrumentmikroprozessor durchgeführt werden.
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Es
ist wichtig zu beachten, daß die
Wärmequelle
der Fühlerknoten
kein fester Widerstand sein muß,
sondern vielmehr eine normale Komponente des Instruments sein kann,
solange diese Instrumentenkomponente Wärme mit einer im wesentlichen konstanten
Temperatur erzeugt (d.h. Leistung mit einer im wesentlichen konstanten
Rate verbraucht). Es ist auch zu beachten, daß der Umgebungstemperatur-Fühlerknoten überhaupt
keine Wärmequellenkomponente
umfaßt.
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Im
Fall eines Systems mit mehreren Gebläsen könnten die Gebläse auf dasselbe
Regelsignal reagieren oder könnten
unabhängig
als Reaktion auf Ausgangssignale von verschiedenen Wärmefühlerknoten
(d.h. verschiedene Wärmefühlerschaltungen) arbeiten.