Пристрій для заморожування біоматеріалів

Устройство для замораживания биоматериалов, содержащее камеру замораживания с датчиком температуры, подключенным к первому входу первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом, линейного задатчика температуры, подключенного входом к выходу задатчика начальной температуры, а также дифференцирующий блок, вход которого соединен с датчиком температуры, а выход со вторым блоком сравнения, генератор пилообразного напряжения, подключенный ко входу цепи последовательно соединенных первого компаратора, первого блока совпадений, первого исполнительного механизма, подключенного выходом к камере замораживания, второй компаратор, второй вход которого соединен С нулевой шиной, а выход подключен ко второму входу первого блока совпадений и ко входу цепи последовательно соединенных первого инвертора, второго блока совпадений, первый вход которого соединен с выходом первого компаратора, второго исполнительного механизма, соединенного с камерой замораживания, блок формирования периода управления, второй вход которого соединен со вторым выходом генератора пилообразного напряжения, а выход соединен со входами первого и второго блоков совпадений, задатчик скорости, выход которого соединен со вторым блоком сравнения, а также входами линейного задатчика температуры и блока формирования периода управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено блоком задания, блоком формирования длительности импульсов, вторым инвертором, третьим блоком совпадений, третьим и четвертым компараторами, при этом первый и второй входы блока задания подключены соответственно к выходам второго и первого блоков сравнения, третий вход соединен с выходом задатчика скорости, а выход подключен к первому входу второго компаратора, вход блока формирования длительности импульсов подключен к выходу задатчика скорости, а его первый и второй аыходы подсоединены соответственно к первым входам первого и третьего компараторов, второй вход третьего компаратора подключен к первому выходу генератора пилообразного напряжения, а его выход к первому входу третьего блока совпадений, второй вход которого подсоединен к выходу четвертого компаратора, третий вход подключен к выходу блока формирования периода управления, четвертый вход подсоединен к выходу первого инвертора а выход третьего блока совпадений подключен к первому входу первого исполнительного механизма, вход четвертого компаратора подсоединен к выходу задатчика скорости, а его выход через второй инвертор подключен также к четвертому входу второго блока совпадений С > ON Ю о 6462 Изобретение относится к области криогенной техники, используемой для биологических и медицинских исследований, а точнее, к устройствам для программного замораживаний биологических материалов, например, бактериальных и клеточных культур, гамет и зигот млекопитающих, микроорганизмов и т.д. Известно устройство аналогичного назначения, содержащее камеру замораживания с к о н т е й н е р а м и для размещения биоматериала, систему снабжения хладагентом и систему автоматического управления процессом замораживания биоматериалов [1]. В этом устройстве стабилизация процессов программного замораживания осуществляется по температуре при постоянном значении коэффициента усиленим тракта управления. 5 10 15 20 Недостатком известного устройства является длительный переходный процесс и значительные ошибки в установившемся режиме. 25 В качестве прототипа выбрано устройство для замораживания биоматериалов, как наиболее близкого по технической сущности, достигаемому техническому результату [2] 30 Известное устройство содержит камеру замораживания с датчиком температуры, подключенным к последовательно соединенным первому блоку сравнения, линейному задэтчику температуры, задатчику 35 начальной температуры, а также дифференцирующий блок, вход которого соединен с датчиком температуры, а выход с вторым ° блоком сравнения, генератор пилообразного напряжения, подключенный к последова- 40 тельно соединенным первому компаратору, первому блоку совпадений, первому исполнительному механизму, выход которого соединен с камерой замораживания, второй компаратор, второй вход которого соединен 45 с нулевой шиной, а выход подключен к второму входу первого блока совпадений и к последовательно соединенным первому инвертору, второму блоку совпадений, первый вход которого соединен с выходом первого 50 компаратора, второму исполнительному механизму, выход которого соединен с камерой замораживания, блок формирования периода управления, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора пи- 55 лообразного напряжения, а выход соединен с входами первого и второго блоков совпадений, задатчик скорости, выход которого соединен с вторым блоком сравнения, а также входами линейного задэтчикэ температу ры, блока формирования периода управления Недостатками известного устройства (прототипа) являются сложный характер нахождения оптимальных параметров настройки этих устройств. Это обусловлено нелинейными характеристиками замкнутой системы управления. Задачей изобретения яэляется такое усовершенствование устройства для замораживания, которое путем формирования управляющих импульсов постоянной длительности обеспечило бы точность регулирования процесса замораживания и благодаря этому повысило бы сохранность биоматериалов. Для выполнения задачи в устройство для замораживания биоматериалов, содержащее камеру замораживания с датчиком температуры, подключенным к первому входу первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом линейного задатчика температуры, подключенного входом к выходу задатчика начальной температуры, а также дифференцирующий блок, вход которого соединен с датчиком температуры, а выход со вторым блоком сравнения, генератор пилообразного напряжения, подключенный ко входу цепи последовательно соединенных первого компаратора, первого блока совпадений, первого исполнительного механизма, подключенного выходом к камере замораживания, второй компаратор, второй вход которого соединен с нулевой шиной, а выход подключен ко второму входу первого блока совпадений и к входу цепи последовательно соединенных первого инвертора, второго блока совпадений, первый вход которого соединен с выходом первого компаратора, второго исполнительного механизма, соединенного выходом с камерой замораживания, блок формирования периода управления, второй вход которого соединен со вторым выходом г е н е р а т о р а пилообразного напряжения, а выход соединен со входами первого и второго блоков совпадений, задатчик скорости, выход которого соединен со вторым блоком сравнения, а также входами линейного задатчикэ температуры и блока формирования периода управления согласно изобретению, оно снабжено блоком задания, блоком формирования длительности импульсов, вторым инвертором, третьим блоком совпадений, третьим и четвертым компараторами, при этом первый и второй входы блока задания подключены соответственно к выходам второго и первого блоков сравнения, третий вход соединен с выходом задатчика скорости, а выход подключен к первому входу второго компаратора, вход блока формирования длительности импульсов подключен к выходу задатчика скорости, а его первый и второй выходы присоединены соответственно к первым входам первого и третьего компараторов, второй оход третьего компаратора подключен к первому выходу генератора пилообразного напряжения, а его выход к первому входу третьего блока совладений, второй вход которого подсоединен к выходу четвертого компаратора, третий вход подключен к выходу блока формирования периода управления, четвертый вход подсоединен к выходу первого инвертора, а выход третьего блока совпадений подключен к первому входу первого исполнительного механизма, вход четвертого компаратора подсоединен к выходу задатчика скорости, а его выход через второй инвертор подключен также к четвертому входу второго блока совпадений. Устройство обеспечивает формирование управляющих импульсов постоянной длительности, использование на участках стабилизации скорости для сглаживания процесса стабилизации по скорости и температуре вместо нагревателя - холодового воздействия меньшей интенсивности, а также использование на участках стабилизации малых скоростей( < 1°/мин) закона стабилизации не по ошибке скорости, а по ошибке температуры, что вызвано значительными ошибками дифференцирующего блока из-за соизмеримости амплитуд его сигналов с уровнем помех, и наводок, что все в целом в свою очередь обеспечивает качество и стабильность регулируемых параметров процесса стабилизации и повышение сохранности биоматериалоэ при замораживании. Блок-схема предложенного устройства для замораживания биоматериалов представлена на фиг. 1. На фиг,2,3и4 приведены графики, иллюстрирующие работу этого устройства. Предложенное устройство содержит (фиг.1) камеру 1 замораживания с размещенными в ней контейнерами с биоматериалом (на чертеже не показаны), в одном из которых установлен датчик 2 температуры, выход которого через дифференцирующий блокЗ и второй блок 4 сравнения подключен к первому входу блока 5 задания, выход датчика 2 температуры также подключен к первому входу первого блока 6 сравнения, выход которого подсоединен ко второму входу блока 5 задания, а второй вход через линейный задатчик 7 температуры подключен к выходу задатчика 8 начальной температуры. Выход задатчика 9 скорости подключен к первым входам блока 10 формирований 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 длигелк їсти импульсов, блока 11 формирооэния периода управления и четвертого компаратора 12, к вторым входам блока 4 сравнения и линейного задатчика 7 температурі 1 и к третьему входу блока 5 задания, выход которого подсоединен к первому входу второго компаратора 13, другой вход которого подключен к нулевой шине. Первый выход блока 10 формирования длительности импульсов подсоединен к первому входу первого компаратора 14, а второй выход подключен к первому входу третьего компаратора 15. Первый выход генератора 16 пилообразного напряжения подсоединен к вторым входам первого и третьего компараторов 14 и 15, а второй выход подключен к второму входу блока 11 формирования периода управления. Выход третьего компаратора 15 подсоединен к первому входу третьего блока 17 совпадений. Выход первого компаратора 14 подсоединен к первым входам первого и второго блока 18 и 19 совпадений, вторые входы которых подключены соответственно к выходу второго компаратора 13 и к выходу первого инвертора 20, вход которого подсоединен к выходу второго компаратора 13. Выход блока 11 формирования периода управлений подключен к третьим входам первого, второго и третьего блоков 18, 19 и 17 совпадений. Выход четвертого компаратора 12 подсоединен к второму входу третьего блока 17 совпадений и через второй инвертор 21 к четвертому входу второго блока 19 совпадений. Четвертый вход третьего блока 17 совпадений подключен к выходу первого инвертора 20, а его выход к первому входу первого исполнительного устройства 22. Выходы блоков 18 и 19 совпадений подсоединены соответственно к входам исполните льных устройств 22 и 23, причем регулирующим органом в первом исполнительном устройстве 22 может быть, например, электромагнитный клапан, обеспечивающий подачу хладагента (жидкого азота) в камеру 1 замораживания. Регулирующим органом второго исполнительного устройства 23 может служить нагреватель, размещенный в камере 1 замораживания. Предложенное устройство работает следующим образом (фиг.1), Сигнал Т с выхода датчика 2 температуры, пропорциональный текущему значению температуры в контейнере, поступает на вход дифференцирующего блока 3, выходной сигнал которого, пропорциональней 6462 скорости изменения температуры, поступает на первый вход блока 4 сравнения, на другой вход которого подается с выхода задатчика 9 скорости сигнал Узэд- пропорциональный заданному значению скорости 5 охлаждения или отогрева. На выходе блока 4 сравнения формируется сигнал 6V, определяемый выражением = 10 V - V зад. где V - текущая скорость замораживания биоматериала. Этот сигнал поступает на первый вход блока 5 задания закона стабилизации. 15 Одновременно, сигнал Т с выхода датчика 2 температуры, пропорциональный текущему значению температуры в контейнере, поступает на вход блока 6 сравнения, на другой вход которого подается сигнал Т з а д с 20 выхода линейного задатчика 7 температуры в виде линейно-изменяющегося напряжения, угол наклона которого пропорционален заданной скорости У3ад охлаждения контейнеров с биоматериалом, поступающей в виде 25 заданного напряжения с выхода задатчика 9 скорости на второй вход линейного задатчика 7 температуры. На первый вход линейного задатчика 7 температуры с выхода задатчика 8 начальной температуры посту- 30 пает сигнал установки начального значения линейно-изменяющегося напряжения на выходе линейного задатчика 7 температуры. Сигнал рассогласования Уо т-т зад, ПрИ 0, т.к. V ы 0 и \/3ад < 0. 8 Этот сигнал поступает на первый вход второго компаратора 13, на выходе которого образуется единичный сигнал, чем обеспечивается появление положительного единичного сигнала на втором входе блока 1& совпадений и отрицательного единичного сигнала на втором входе блока 18 совпадений и отрицательного единичного сигнала на втором входе блока 19 совпадений и в конечном счете выбор нужного исполнительного органа, т.е. электромагнитного клапана (исполнительное устройство 22). На первые входы блока 18, 19 и 17 совпадений поступают управляющие импульсы постоянной длительности с выхода первого компаратора 14 и третьего компаратора 15 соответственно, при этом длительность импульсов на выходе первого компаратора 14 пропорциональная БЄЛИЧИНЄ заданной скорости Уэад, формируемой на выходе задатчика 9 скорости. Рассмотрим формирование управляющих импульсов постоянной длительности на выходах первого компаратора 14 и третьего компаратора 15. Сигнал \/3ад. пропорциональный заданному значению скорости охлаждения или отогрева, формируемый на выходе задатчика 9 скорости, поступает на вход блока 10 формирования длительности импульсов, на первом и втором выходах которого формируются нормированные сигналы д Uі и 0, что в соответствии с вышеизложенным при- 55 ведет к срабатыванию только исполнительного органа 22, осуществляющего подачу жидкого азота в камеру 1 замораживания (фиг.4). В момент достижения текущей ско 10 рости з -юрлживания V пелмчины :І--І;\'ІНН