Термокриостат

 

1. ТЕРМОКРИОСТАТ, содержащий теплоизоляционный корпус с расположенной в нем с зазором рабочей камерой, на которой размещены оснойной нагреватель и кольцевой распылитель хладагента, связанный с устройства для хранения и подачи хладагента, и пропорционально- . позиционный регулятор температуры, состоящий из последовательно соединенных программного задатчика температуры , цифро-аналогового преобразователя и схемы сравнения, ко второму входу которой подключен датчик температур ), выход сравнения через первый и второй формирователи управляющего сигнала подключен соответственно ко входам первого и второго усилителя мощности, выход первого из которых связан со входом устройства для хранения и выдачи хладагента, а выход второго свяВСЕСОЮЗМЯ Ц ЦДТЕНПШ-. , |Э .„. .,.,,; I И зан с основным нагревателем, ,о тличающийся тем, что, с целью уменьшения градиента температуры в камере и повышения точности термокриостата, он снабжен отражателем, выполненным из теплопроводного материала в виде усеченного конуса, закрепленного меньшим основанием на теплоизолированном корпусе, дополнительным нагревателем , третьим формирователем управляющего сигнала, задатчиком коэффициентов преобразования и третьим усилителем мощности, связанным с дополнительным нагревателем, дешифратором и инвертором, выход которого подключен к управляющему входу первого форкадрователя управг W ляющего сигнала, вход инвертора подключен к управляющему входу второс го формирователя управляющего сигнала и выходу дешифратора, вход которого связан с информационным входом третьего формирователя управляющего сигнала, с входом цифро-аналогового преобразователя н с выходом программного задатчика температутмл. 2. Термокриостат по п. }., ота личающийся тем, что третий 1 формирователь управляющего сигнала : , содержит последовательно соединен- f 4 . ые коммутатор, цифро-аналоговый пре СО образователь и формирователь импульсов управления./

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(5D

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, н авторском свидктЙльствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3490719/18-24 (22)03.09.82 (23) 09.02.82 (46)15.01.84. Бюл. )) 2 (72)В.С. Барабаш, IO.В. Подгорный, В.В. Бабич и Г.A. Лущейкин (53)621.555(088.8) (56)1. Термокриостат I) 3-В фирма

НААКЕ. Проспект М 200.9054.5.77, ФРГ.

2. Термокриостат ВТК-400 ТУ6-79

5К1.331.001 Ту (Госреестр Р 3230-73) (прототип). (54)(57) 1. ТЕРИОКРИОСТАТ, содержащий теплоизоляционный корпус с расположенной в нем с зазором рабочей камерой, на которой размещены основной нагреватель и кольцевой распылитель-хладагента, связанный с выхо,дом устройства для хранения и подачи хладагента, и пропорциональнопозиционный регулятор температуры, состоящий из последовательно соединенных программного эадатчика температуры, цифро-аналогового преобразователя и схемы сравнения, ко второму входу которой подключен датчик температуры, выход схемы сравнения через первый и второй формирователи управляющего сигнала подключен соответственно ко входам первого и вто рого усилителя мощности, выход пер вого из которых связан со входом устройства для хранения и выдачи хладагента, а выход второго свяэан с основным нагревателем,,о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения градиента температуры в рабочей камере и повышения точности термокриостата, он снабжен отражателем, выполненным . иэ теплопроводного матери.ла в виде усеченного конуса, закрепленного меньшим основанием на теплоизолированном корпусе, дополнительным нагревателем, третьим формирователем управляющего сигнала, эадатчиком коэффициентов преобразования и третьим усилителем мощности, связанным с дополнительным нагревателем, дешифратором и инвертором, выход которого подключен к управлякщему э

Ф входу первого формирователя управляющего сигнала, вход инвертора подключен к управляющему входу второго формирователя управлягщего сигнала и выходу дешифратора, вход которого связан с информационным входом третьего формирователя угравляющего сигнала, с входом цифро-аналогового преобразователя и с выходом программного задатчика температуры.

2. Термокриостат по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что третий формирователь управляющего сигнала содержит последовательно соединен,ные коммутатор,- цифро-аналоговый преобразователь и формирователь импульсов управления ° (I

1067483

Изобретение относится к экспери ментальной физике и химии, в частности к устройствам стабилизации и широкодиапазонного регулирования температуры образцов диэлектрических материалов, исследуемых в приборах для определения диэлектрических характеристик.

Известен термокриостат, содержащий систему нагрева, систему охлаж-. дения, устройство перемешивания теплоносителя и цифровой терморегулятор t1) .

Однако этот термокриостат характеризуется недостаточно широким диапазоном температуры, Кроме того, теплоносителем служит жидкость, что создает неудобства в эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является термокриостат, содержащий теплоизолированный корпус с расположенной в нем с зазором рабочей камерой, на которой размещены нагреватель и кольцевой распылитель хладагента, связанный с выходом устройства дпя ,хранения и подачи хладагента, и пропорционально-позиционный регулятор температуры, состоящий иэ последовательно соединенных программного задатчика температуры, цифроаналогового преобразователя и схемы сравнения, ко второму входу которой подключен датчик температуры, выход схемы сравнения через первый и второй формирователи управляющего

"BãHàëà подключен оответственно ко входам первого и второго усилителя мощности,. выход первого из кот 1рых связан со входом устройства для хранения и выдачи хладагента, а выход второго связан с нагрева.телем (23 .

Недостатками термокриостата являются наличие градиента температуры в рабочей камере и большая погрешность стабилизации температур, близких к окружающей.

Цель изобретения — уменьшение градиента температуры в рабочей камере и повьааение точности термостатирования.!

Поставленная цель достигается тем, что термокриостат снабжен отражателем, выполненным из теплопроводного материала в виде усеченного конуса, закрепленного меньшим основанием на теплоизолированном корпусе, дополнительным нагревателем, третьим формирователем управляющего сигнала, задатчиком коэффициентов преобразования и третьим / усилителем мощности, связанным с дополнительным нагревателем, де аифратором и инвертором, выход которого подключен к управляющему вхо20

65 ду первого формирователя управляющего сигнала, вход инвертора подклю1 чен к управляющему входу второго формирователя управляющего сигнала и выходу дешифратора, вход которого связан с информационным входом третьего формирователя управляющего сигнала, с входом цифро-аналогового преобразователя и с выходом программного задатчика температуры.

Третий формирователь управляющего сигнала содержит последовательно соединенные коммутатор, цифро-аналоговый преобразователь и формирователь импульсов управления.

На чертеже изображена функциональная схема термокриостата.

Термокриостат содержит теплоизолированный корпус 1, в котором расположены центробежный вентилятор 2, рабочая камера 3, состоящая из полого цилиндра и усеченного конуса, датчик 4 температуры, кольцевой распылитель 5 хладагента, основной 6 и дополнительчый 7 нагреватели. В термостатируемую рабочую камеру 1 помещается термостатируемый объект

8 (измерительные ячейки диэлькометров с образцами диэлектриков), укрепленный на отражателе 9, .который в свою очередь прикреплен к корпусу 1 через теплоизолирующие прокладки 10.

Термокриостат содержит также устройство 11 для хранения и выдачи хладагента, представляющее собой трубоПровод, герметично закрепленный на горловине сосуда Дьюара, с располо-. женными на нем электромагнитным клапаном и нагревателем, погруженным в жидкий хладагент. Выход трубопровода подключен к кольцевому распылителю 5 хладагента. Кроме того,. термокриостат содержит пропорционально-позиционный регулятор температуры, состоящий из последовательно соединенных программного задатчика 12 температуры, цифро-аналогового преобразователя 13 и схемы 14 сравнения, ко второму входу которой подключен датчик 4 температуры, формирователей 15-17 управляюще го сигнала с усилителями 18-20 мощ-, ности, дешифратора 21, инвертора 22 и задатчика 23 коэффициентов преобразования. Формирователь 17 управляющего сигнала состоит из последовательно соединенных коммутатора 24, цифро-аналогового преобразователя

25 и формирователя 26 импульсов управления, через усилитель 20 мощности связанного с дополнительным нагревателем 7; Задатчик 23 коэффициентов преобразования состоит из четырех переключателей 27-30, выхощы которых подключены к управляющим входам коммутатора 24 . Информационный вход коммутатора 24 Формирователя 17

1067483

Необходимая температура (или закон ее изменения ) задается программным 45

; задатчиком 12, выходной сигнал которого (стандартный четырехразрядный двоично-десятичный код ) через цифро-аналоговый преобразователь 13 подается на схему 14 сРавнения, где сравнивается с сигналом датчика 4 температуры. Раэностный сигнал подается иа информационные входы формирователей 15 и 16 управляющего сигнала.

В случае, когда температура в рабочей камере 1-выше заданной и на управлякщем входе формирователя 15 присутствует сигнал, соответствующий логической "1", форьярователь 15 вырабатывает релейный сигнал, который, усиливаясь усилителем 18 мощности, включает электромагнитный клапан и нагреватель устройства 11 для хранения и выдачи хладагента. Хладагент начинает испаряться и под давлением поступает в распылитель 5 и из него .65

В диапазоне заданных задатчиком

12 .температур от -180 до -49,9 С на выходе дешифратора 21 и на управляющем входе формирователя 16 присутствует логический "0", запрещающий работу терморегулятора по 1 каналу нагрева. На управляющем входе формирователя 15 при этом присутствует логическая "1" и работа канала охлаждения производится, как.описано выше. управляющего сигнала связан с выходом программного задатчика 12 и выходами цифро-аналогового преобравателя 13 и дешифратора 21, выход которого связан с управляющим входом формирователя 16 управляющего 5 сигнала и через инвертор 22 с управляющим входом формирователя 15 управляющего сигнала. Информационные входы формирователей 15 и 16 управляю-

i его сигнала связаны с выходом схемы 10

14 сравнения, а их выходы через усилители 18 и 19 мощности связаны с устройством 11 для хранения и вы- дачи хладагента и основным нагревателем 6 соответственно . 15

Жермокриостат работает следующиМ образом.

При включении термокриостата подается напряжение на электродвигатель центробежного вентилятора 2, 2О который нагнетает теплоноситель (пары хладагента в диапазоне темпера1тур от -180 до -50 С .или воздух в диапазоне температур от 50 до 500 С) .в зазор между стенками теплонэолированного корпуса.1 и рабочей каме-. рой 3. При этом теплоноситель проходит сквозь спирали нагревателей

6 и 7, огибает распылитель 5 хладагента и,отражаясь отражателем 9,посту- 3 пает в термостатируемый объем, обтекая термостатируемый объект Ь. При этом отражатель 9 формирует ноток теплоносителя, повышая интенсивность перемешивания, служит хорошим проводником тепловой энергии между теплопроводящими стенками теплоизолироваииого корпуса 1, рабочей камерой

3 и термостатируеьим объектом 8, со- здавая замкнутую тепловую поверхность, а также допопнительно "экрани-41 рует" термостатируеьий объем от окружающей среды. в рабочую камеру 3, понижая в последней температуру. При достижении равен ства температуры в рабочей камере 3 и заданной эадатчиком 12 раэностный сигнал на выходе схемы 14 сравнения становится равным нулю, в результате чего релейный сигнал на выходе формирователя 15 также становится равным нулю и устройство 11 для хранения и выдачи хладагента выключается, прекращая поступление хладагента в рабочую камеру 3. В результате температура в последней повышается и процесс периодически повторяется, осуществляя регулирование температуры в рабочей камере 3 по каналу охлаждения. При наличии логического "0" на управляющем входе формирователя 15 релейный сигнал на его выходе равен нулю при любом значении разностного сигнала на выходе схемы 14. Следовательно, в этом случае хладагент в рабочую камеру 3 не поступает и регулирования по канулу охлаждения не происходит. В случае, когда температура в рабочей камере ниже заданной и на управляющем входе формирователя 16 присутствует логическая "1", последний вырабатывает аналоговый сигнал, пропорциональный разностному сигналу с выхода схемы 14. Этот сигнал, усиливаясь усилителем 19 мощности, подается на нагреватель 6. В результате температура в рабочей камере 3 начинает повышаться, разностный сигнал с выхода схеьы 14 уменьшается, уменьшая сигнал формирователя 16 и, как следствие, мощность, выделяемую на нагревателе 6. В результате на нагревателе 6 выделяется мощность, достаточная для компенсации .тепловых потерь термокриостата. В данном случае осу" ществляется пропорциональное регулирование температуры в рабочей камере 3 по 1 каналу нагрева. При наличии логического "0" на управляющем входе формирователя 16 сигнал на его выходе отсутствует при любом значении разностного сигнала с выхода схем 14 и регулирования по 1 каналу нагрева не происходит.

Логические сигналы, подаваемае на управляющие входы формирователей 15 и 16, вырабатываются дешнфратором

21 и инвертором 22.

1067483

В диапазоне заданных задатчикбм

12 температур от 50 до 500 С на выходе дешифратора 21 и на управляющем входе формирователя 16 присутствует логическая "1" и работа терморегулятора по 1 каналу нагрева производится, как описано выше. На управляющем входе формирователя 15

-при этом присутствует логический "0" запрещающаий работу терморегулчтора по каналу охлаждения.

Двоично-десятичный код, соответствующий заданному значению температуры (t 4д) поступает также на информационный вход коммутатора 24 формирователя 17 управляющего сигнала.

На управляющие входы коммутатора 24 подаются сигналы в двоично-десятичном коде с переключателей 27-30 задатчика 23 коэффициентов преобразования. Переключателями 27-30 перед 20 включением термокриостата задаются коэффициенты преобразования, исходя из заранее определенной статической характеристики термокриостата с каждым конкретным объектом термостати- 25 рования.

С выхода коммутатора 24 на вход цифро-аналогового преобразователя

25 поступает двоично-десятичный код, численное значение которого равно 3р произведению к, t „ä, где к, — соответствукший коэффициент преобразования, ,„д- значение температуры, заданной задатцлком 12. 35

При этом в диагазоне температур от

0 до 49,9 С выходной сигнал коммута тора 24 равен K tq где К - число, установленное переключателем 27. В диапазоне температур от 50 до.199,9 С выхогной.сигнал коммутатора 24 равен

К2 " t,Aä, где Kz - число, установленное переключателем 28. В диапазоне температур от 200 до 349,9 С выходной сигнал коммутатора 24 равен К, tj„, где K3 — число, установленное

45 переключателем 29. В диапазоне температур от 350 до 500 С выходной сигнал коммутатора 24 равен К K „д где К вЂ” число, установленное переключателем 30. В диапазоне температур от -180 до -0,1" C выходной сигнал коммутатора равен нулю.

С выхода цифро-аналогового преобразователя 25 аналоговый сигнал, пропорциональный К; t, A, через формирователь импульсов управления и усилитель 20 мощности поступает на нагреватель 7, благодаря чему на r.оследнем выделяется мощность, пропорциональная К t.,дд. Таким образом, в диапазоне. температур от -180 до

-0,1 С. работает только канал охлаждения. В диапазоне температур от О. о до +49,9 С работает канал охлаждения и П канал нагрева (нагреватель 7).

В диапазоне температур от 50 до

500 С работают оба канала нагрева, При этом для эффективной работы термокриостата коэффициент К выбирается таким, чтобы температура в рабочей камере была бы на 15-20 С выше заданной. если бы канал охлаждения был выключен. Коэффициенты К - К вы- бираются такими, чтобы мощность, выделяемая на нагревателе 7, всегда составляла 70-80% полной мошности, потребляемой термокриостатом при данной температуре.

Предл;ат аемый термокриостат обеспечивает стабилизацию и программное изменение температуры во всем диапазоне от -180 до 500 С с погрешностью не более + 00,3 С (у прототипа — базового объекта ВТК-400 + 0,5 С)

Градиент температуры не превьпаает

0,1 С/см при 500 С. что в 3 раза меньше, чем у базового объекта. Термокриостат обеспечивает "сквозное" программное изменение температуры как в сторону уменьшения, так и в сторону повышения и, что особенно важно при исследовании температурных зависимостей диэлектрических характеристик материалов, "безударный" переход через диапазон температур, близких к окружающей(10 С от окружающей) .

106748З

Составитель. В. Барабаш

Редактор Н. Киштулинец . ТехредЛ.Микеш Кор ектор

Заказ 11209/51 Тирах; 847 Под ;исное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 4