Пристрій для заморожування біоматеріалів

Пристрій для заморожування біоматеріалів, який містить камеру заморожування з датчиком температури, підключеним до послідовно з'єднаних блока порівняння, лінійного задатчика температури, задатчика початкової температури, диференціюючий блок, вхід якого з'єднаний з датчиком температури, генератор пилкоподібної напруги, підключений до послідовно з'єднаних першого компаратора, першого блоку збігів, першого виконавчого пристрою, вихід якого з'єднаний з камерою заморожування, другий компаратор, перший вхід якого з'єднаний з виходом блоку порівняння, другий вхід з'єднаний з нульовою шиною, а вихід 38921 вання, перший вхід якого з'єднаний з виходом другого блоку порівняння, а другий вхід з'єднаний з виходом першого блоку порівняння, а вихід з'єднаний з першим входом другого компаратора, демодулятор, вхід якого з'єднаний з виходом блоку підсумовування, а вихід з першим входом першого компаратора. Введення у пристрій контуру корекції швидкості зміни температури дозволяє спростити алгоритм настройки параметрів закону управління та розширити діапазон стабілізації швидкостей з однієї установки коефіцієнтів настройки синтезованого закону управління до ±10°С/хв. Пристрій забезпечує форсуючий регулюючий вплив на об'єкт управління на ділянках перехідного процесу та плавний регулюючий вплив по мірі наближення до ділянки процесу, що встановився. Це підвищує якість перехідних процесів (перерегулювання по швидкості не більш 1,6%) і точність в режимі, що встановився (відхилення поточної швидкості від заданої не більш 1,5%; відхилення поточної температури від заданої на ділянці стабілізації температури не більш 6%). На фіг. 1 представлена блок-схема пристрою для заморожування біоматеріалів. На фіг. 2 і 3 наведені графіки, які ілюструють його роботу. Пристрій містить камеру 1 заморожування з розміщеними в ній контейнерами з біоматеріалом (на блок-схемі не показані), в одному з яких встановлений датчик 2 температури, вихід якого підключений до входу диференціюючого блоку 3 і першого входу блоку 4 порівняння, другий вхід якого через лінійний задатчик 5 температури з'єднаний з виходом задатчика 6 початкової температури. Вихід диференціюючого блоку 3 через другий блок 7 порівняння підключений до першого входу блока 8 підсумовування, другий вхід якого підключений до виходу першого блоку 4 порівняння. Вихід задатчика 9 швидкості підключений до других входів лінійного задатчика 5 температури та другого блоку 7 порівняння і до першого входу блоку 10 формування періоду управління. Вихід блоку 8 підсумовування підключений до входу демодулятора 11, вихід якого підключений до першого входу першого компаратора 12 і до першого входу другого компаратора 13, другий вхід якого підключений до нульової шини. Перший і другий виходи генератора 14 пилкоподібної напруги підключені відповідно до других входів першого компаратора 12 і блоку 10 формування періоду управління. Вихід першого компаратора 12 з'єднаний з першими входами першого 15 і другого 16 блоків збігів, другі входи яких підключені, відповідно, до виходу другого компаратора 13 і до виходу інвертора 17, вхід якого підключений до виходу другого компаратора 13. Вихід блоку 10 формування періоду управління підключений до третіх входів першого 15 і другого 16 блоків збігів. Виходи блоків 15 і 16 збігів з'єднані, відповідно, з входами виконавчих органів 18 і 19, причому, регулюючим органом у першому виконавчому пристрої 18 може бути, наприклад, електромагнітний клапан, що забезпечує подачу холодоагента (рідкого азоту) в камеру 1 заморожування. Регулюю чим органом другого виконавчого пристрою 19 може бути нагрівач, розміщений в камері 1 заморожування. Пристрій працює таким чином. Після включення режиму заморожування, наприклад, стабілізації швидкості процесу заморожування, на виході блоку 9 задатчика швидкості формується сигнал VЗ, пропорційний заданій програмній швидкості заморожування (фіг. 2, *2 - пунктирна лінія), а на виході лінійного задатчика 5 температури формується сигнал ТЗ у вигляді напруги, що лінійно змінюється (фіг. 2, *1 - пунктирна лінія), кут нахилу якої пропорційний заданій швидкості VЗ охолодження контейнера з біоматеріалом, яка подається у вигляді заданої напруги з виходу задатчика 9 швидкості на другий вхід лінійного задатчика 5 температури. Сигнал установки початкового значення напруги, що лінійно змінюється на виході лінійного задатчика 5 температури, подається з виходу задатчика 6 початкової температури на перший вхід лінійного задатчика 5 температури. Сигнал Т, пропорційний поточному значенню температури в контейнері, з виходу датчика 2 температури надходить на вхід диференціюючого блоку 3, на виході якого формується сигнал V, пропорційний швидкості зміни температури, і на перший вхід блоку 4 порівняння, на другий вхід якого подається сигнал ТЗ з виходу лінійного задатчика 5 температури. Сигнал розузгодження U1, пропорційний різниці між поточним Т і заданим Тз значеннями температури, визначуваний рівнянням: U1 = К1(Т-Тз), де K1 - коефіцієнт підсилення блоку 4 порівняння, з виходу блоку 4 порівння надходить на другий вхід блоку 8 підсумовування. Водночас сигнал V, пропорційний швидкості зміни температури біоматеріалу, з виходу диференціюючого блоку 3 надходить на перший вхід другого блоку 7 порівняння, на другий вхід якого надходить сигнал VЗ з виходу задатчика 9 швидкості. Сигнал розузгодження U2, пропорційний різниці між поточним V і заданим VЗ значеннями швидкості зміни температури біоматеріалу, визначуваний виразом: U2 - К2 (V - VЗ), де К2- коефіцієнт підсилення блоку 7 порівняння, з виходу блоку 7 порівняння надходить на перший вхід блоку 8 підсумовування. Сигнал управління V, пропорційний сумі розузгоджень за температурою та швидкістю замороження, визначуваний рівнянням: U = К1 (Т - ТЗ) + К2(V - VЗ), з виходу блоку 8 підсумовування надходить на демодулятор 11, на виході якого формується додатний сигнал UЗ, величина якого пропорційна модулю: UЗ = ½U½. 2 38921 ня починає охолоджуватись, при цьому швидкість охолодження біоматеріалів збільшується (фіг. 2, *2). Сигнал управління U на виході блоку 8 підсумовування зменшується, при цьому, його полярність зберігається одного знаку, тобто U > 0, до виходу перехідного процесу на задану швидкість VЗ, що, відповідно до вище викладеного, приводить до спрацьовування тільки виконавчого органу 18, який здійснює подачу рідкого азоту в камеру 1 заморожування. Тривалість управляючих імпульсів на виході компаратора 12 і на вході виконавчого органу 18 поступово зменшується. На момент досягнення поточної швидкості V заморожування (фіг. 2, *2) величини заданої швидкості заморожування VЗ встановлюється заданий режим стабілізації по швидкості, при якому забезпечується пропорційна залежність тривалості управляючих імпульсів на виході компаратора 12 від величини заданої швидкості VЗ. При цьому, забезпечується висока стабільність і точність швидкості заморожування біоматеріалів на всій ділянці стабілізації по швидкості ( 0, що зрештою, викличе вибір першого виконавчого органу 18, тобто електромагнітного клапана, який здійснює подачу рідкого азоту в камеру 1 заморожування. Камера 1 заморожування з контейнерами почне охолоджуватися до зміни знака сигналу U на виході блоку 8 підсу-мовування на протилежний, тобто Ut2). Далі процес стабілізації заданої температури здійснюється якісно і стабільно (фіг. 2, t>t2). Джерела інформації. 1. А. с. СРСР № 1593358, F25D3/10,1990. 2. А. c. СРСР № 1709158, F25D3/10,1992. 3. А. с. СРСР № 1714309, F25D3/10,1992. 4. Пат. України № 6462, F25D3/10, 1994. 5. Пат. України № 19526, F25D3/10, 1997. Сигнал управління U з виходу блоку 8 підсумовування надходить на перший вхід компаратора 13, де, порівнюючись із нульовим сигналом, забезпечує вибір потрібного виконавчого органа. У початковий момент часу сигнал управління U > 0, так як сигнал U1 = 0 (Т=Т З), а сигнал U2 > 0 (V = 0, VЗ < 0), і має максимальне значення (U = K2 VЗ). Додатна полярність сигналу управління U забезпечує появу додатного одиничного сигналу на другому блоці 15 збігів та від'ємного одиничного сигналу на другому вході блоку 16 збігів і, зрештою, вибір потрібного виконавчого органу, тобто електромагнітного клапана (виконавчий орган 18). У подальшому, через інерційність камери 1 заморожування та інерційного запізнювання, пов’язаного з часом проходження по трубопроводах рідкого азоту до контейнерів з біоматеріалом, поточна температура Т буде превалювати над заданою температурою ТЗ (фіг. 2, *1 - пунктирна лінія програмне значення, суцільна - перехідний процес), чим забезпечується додатна полярність сигналу розузгодження U1. Додатна полярність сигналу U2 буде зберігатися до виходу перехідного процесу на задану програмну швидкість, тобто V=VЗ. Формування управляючих імпульсів, спочатку великої, а потім меншої тривалості на виході першого компаратора 12 відбувається таким чином. З виходу демодулятора 11 додатний сигнал VЗ надходить на перший вхід першого компаратора 12, на другий вхід якого з першого виходу генератора 14 пилкоподібної напруги надходить пилкоподібна напруга UГПН. На виході першого компаратора 12 на початковій ділянці перехідного процесу спочатку формуються імпульсивеликої тривалості. Сформовані на виході першого компаратора 12 управляючі імпульси надходять на перші входи блоків 15 і 16 збігів. Імпульси синхронізації з другого виходу генератора 14 пилкоподібної напруги надходять на другий вхід блоку 10 формування періоду управління, на перший вхід якого надходить сигнал VЗ, пропорційний заданій швидкості, з виходу задатчика 9 швидкості. Сформований на виході блоку 10 формування періоду управління сигнал Nпер (фіг. 3), надходить на треті входи блоків 15 і 16 збігів, забезпечуючи підключення обраного виконавчого органу 18 у певні моменти часу Nпер, задані блоком 10 формування періоду управління і кратні періоду генератора 14 пилкоподібної напруги. Таким чином, поява управляючих імпульсів на вході виконавчого органу 18 забезпечує спрацьовування електромагнітного клапана, що здійснює подачу в камеру 1 заморожування, холодоагента, наприклад, рідкого азоту. Камера 1 заморожуван 3 38921 Фіг. 1 4 38921 Фіг. 2 5 38921 Фіг. 3 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6