Устройство для термостатирования

 

Изобретение относится к технике термостатирования, в частности к устройствам термостатирования небольших объектов. Целью изобретения является повышение точности поддержания температуры. Цель достигается тем, что в устройстве для термостатнрования, содержащем контур прецизионного поддержания температуры (блок 10 регулирования), теплоизоляционный кожух 4, внутри которого расположена тепловая камера 1 из пьезокерамического материала с точкой Кюри вблизи рабочей температуры, электроды возбуждения 2 и 3 которой, расположенные на внешней и внутренней поверхностях , подключены к выходу усилителя 7 мощности, соединенного с генератором 8 переменного тока, температурный коэффициент частоты которого противоположен по знаку температурному коэффициенту частоты пьезоI (Л оэ Сл -U J со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

yy)g G 05 D 23/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4629056/24 (22) 30.12.88 (46) О? .06.91. Бюл. N 21 (71) Одесский политехнический институт (72) P.Ã. Джагупов, И.Г. Белокур, Л.И. Курило и А.И. Фоменко (53) 621.555 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 455332, кл. G 05 D 23/30, 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ (57) Изобретение относится к технике термостатирования, в частности K устройствам термостатирования небольших объектов. Цепью изобретения является повышение точности поддержания

„„SU„„1654797 A 1

2 температуры. Цель достигается тем, что в устройстве для термостатирования, содержащем контур прецизионного поддержания температуры (блок 10 регулирования), теплоиэоляционный кожух 4, внутри которого расположена тепловая камера 1 из пьезокерамического материапа с точкой Кюри вбли" зи рабочей температуры, электроды возбуждения 2 и З.которой, расположенные на внешней и внутренней поверхностях, подключены к выходу усилителя 7 мощности, соединенного с генератором 8 переменного тока, температурный коэффициент частоты которого противоположен по знаку температурному коэффициенту частоты пьезо1654 79 7 керамического материала, в качестве дополнительного нагревателя использован электрод 3 возбуждения, размещенный на внутренней поверхности тепло5

Изобретение относится к технике 10

Гермостатирования, в частности к

Устройствам термостатирования небольп их объектов, и может быть использовано в различных областях науки и техники, где необходимо поддерживание 15

1 остоянной температуры отдельных эле1

Ментов или схем.

Цель изобретения — повышение точности поддержания температуры.

На чертеже представлена схема 20

Устройства для термостатирования.

Устройство содержит два контура.

Цервый контур используется для грубого вывода температуры на режим и включает нагреватель, образующий 25 тепловую камеру 1 из пьезокерамики, с точкой Кюри вблизи температур термостатирования. На внешней и внутренней поверхностях тепловой камеры 1 нанесены любым из известных способов электроды 2 и 3 возбуждения соответственно. Тепловая камера 1 помеще( н н толлоняоляцнонный кожух О. дно

5 и крышка б тепловой камеры 1 изгот влены из материала с большим значе35 н ем коэффициента теплопроводности, и пример,алюминия или меди, и имеют толщину, в 2-3 раза превышающУю толщину стенок. Электроды 2 и 3 возбуждения на внешней и внутренней поверхностях тепловой камеры 1 подключены к выходу усилителя 7 мощности, выполненного по двухтактной схеме с трансформаторным выходом. Вход уси лйтеля 7 мощности соединен с выходом генератора 8 переменного тока, содержащего в частной (задающей) цепи термочувствительный элемент 9, например пьезоэлектрический элемент или сегнетОэлектрический конденсатор с отрицательным знаком ТКЧ (частота генератора 8 уменьшается с ростом температуры) .

Для предотвращения распапяризации пьезокерамическог о нагревателя — р езОнатора, при работе вблизи точки

Кюри, на его электроды подается пос-. тоянное смещающее напряжение от блока питания (не показано) через развой камеры 1 и подключенный к выходу источника 13 тока, соединенного с контуром прецизионного поддержания температуры. 1 з.п. ф-лы., 1 ил. вязывающий дроссель, препятствующий закорачиванию по переменному току выхода усилителя 7 мощности. Второй контур включает блок 10 регулирования, используется для прецизионного поддержания температуры в тепловой камере 1 и включает пропорциональный регулятор температуры, содержащий термодатчик 11 в виде термочувствительного моста, состоящий из двух резисторов, выполненных из материала с малым температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), например конс-, тантана, и двух резисторов из материала с большим ТКС, например полупроводниковых резисторов. Между тер-.. мочувствительным мостом 11 и внутренней поверхностью тепловой камеры.

1 обеспечено минимальное тепловое сопротивление. Одна диагональ моста запитана .стабильным напряжением, а другая подключена к входу операционного усилителя 12, совмещающего в себе функции предварительного усилителя и регулирующего устройства. Коэффициент передачи регулирующего устройства определяется глубиной обратной с вя зи и об еспечива ет необходимое качество процесса регулирования.

Источник 13 тока выполнен на составном транзисторе, в коллекторную цепь которого включен электрод 3 возбуждения, и соединен с операционным усилителем 12 через коммутирующий элемент 14, управляемый компаратором 15 напряжения. Компаратор. 15 напряжения одним входом подключен к выходу операционного усилителя 12, а другим входом — к источнику 1б опорного напряжения, величина которого определяет момент срабатывания компаратора. В процессе настройки устройства для термостатирования уровень опорного напряжения подбирается таким образом, чтобы компаратор 15 срабатывал после грубого вывода температуры на режим.

Работа контура для грубого вывода температуры на режим основана на явлении резонансной автотермостабитуры в тепловой камере 1. Срабатывает компаратор 15 и подключает источник 13 тока к выходу операционного усилителя 12.

Настройка работы блока 10 прецизионного регулирования температуры осуществляется следующим образом.

Вначале на режим выводят контур для грубого вывода температуры. Регулировкой частоты генератора 8 рабочая точка на характеристике температурной зависимости мощности потерь выбирается так, чтобы максимальное отклонение температуры Т в тепповой кае мере от номинальной при работе устройства для термостатирования в заданном интервале окружающих температур перекрывалось блоком 10. Достижение температуры, соответствующей этой точке, контролируется термочувствительным мостом 11 и определяет момент включения в работу контура блока 10 регулирования. Срабатывает компаратор 15, так как выходное напряжение операционного усилителя 12, поступающее на один из его входов, становится меньше опорного напряжения источника 16 поступающего на

его другой вход. При этом на источник i3 тока поступает сигнал, соответствующий максимальной величине тока, протекающего через электрод 3.

По мере повышения температуры электрода 3 величина тока уменьшается и наоборот, т. е. его.температура поддерживается постоянной. Поскольку электрод 3 нанесен равномерно по вс ей внутр енн ей поверхности т епловой камеры 1, то последняя будет изотермической. Например, при уменьшении температуры окружающей среды (в пределах работы второго контура) напряжение на выходе операционного усилителя 12 увеличивается.и, следовательно, увеличивается ток источника тока

13, протекающий через электрод 3, увеличивая тем самым теплоотдачу.

Формула изобр ет ения

1. Устройство для термостатирования, содержащее теплоизоляционный кожух с расположенным в нем нагреьателем, образующим тепловую камеру и выполненным из пьезокерамики с точкой Кюри вблизи температур термостатир ования, электроды возбуждения, расположенные на внешней и внутренней поверхностях нагревателя, подключен5

1654797 лизации, при этом термочувствительные источники тепла распределены по объему тепловой камеры 1, а регулир овани е мощности нагр ева пр оисходит автоматически при изменении условий 5 теплового баланса между тепловой энергией, выделяемой в тепловой камере, и энергией, отдаваемой во внешнюю среду, Вследствие непрерывного изменения мощности нагрева в зависимости от внешних условий принцип действия этого устройства близок к системе с пропорЦиональным регулированием °

Частота генератора 8 переменного тока выбирается равной частоте рабочей точки, расположенной на склоне резонансной характеристики тепловой камеры 1, причем частота собственного резонанса должна быть немного выше частоты возбуждения.

Температура тепловой камеры 1 повышается до установления теплового равновесия, когда подводимая мощность переменного тока сравняется с теплом, рассеиваемым в окружающую среду. Прй понижении температуры окружающей среды резонансная частота тепловой камеры 1 приближается к частоте возбуждающего напряжения вследствие положительного знака

ТКЧ, т.е, рабочая точка смещается вверх по резонансной характеристике.

Так как рассеиваемая в тепловой камере 1 электрическая мощность зависит от частоты возбуждения упругих колебаний резонансно, то она возрастает, повышая при этом температуру тепловой камеры 1. Аналогичное повышение темцературы окружающей среды приводит к уменьшению рассеиваемой в теп- 40 ловой камере 1 электрической мощности и понижению ее температуры. Во внутренней изотермической камере температура изменяется во много раз меньше изменения температуры окружаю- 45 щей среды. При этом коэффициент стабилизации определяется крутизной резонансной характеристики тепловой камеры 1. При включении в частотнозадающей цепи генератора 8 термо- 50 чувствительног о эл емента 9 пр оисхо- дит дополнительная стабилизация температуры в изотермической камере, что объясняется знаком ТКЧ генератора 8, противоположным температурному возмущению.

После грубого вывода температуры на режим в работу включается контур для прецизионного поддержания темпера1654797.

Составитель А. Белокур

Редактор В. Данко Техред А.Кравчук Корректор Н. Ревская

Заказ 1951 Тираж.475 Подписное

BHHHGH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 ные к выходу усилителя мощности, соединенного с генератором переменного . тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности устройства, электрод возбуждения, расположенный на внутренней поверхности нагревателя, подключен к выходу источника питания, вход которого соединен с выходом блока регулирования, входы которого с вязаны с термодатчиком, установленным в тепловой камере.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок регулирования содержит источник опорного напряжения, соединенный с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с первым выходом операционного усилителя, входы которого являются входами блока регулирования, второй выход операционного усилителя и выход компаратора соединены с информационным и управляющим входами коммутирующего элемента, выход которого является выходом блока регулирования.