Устройство стабилизации температуры
Владельцы патента RU 2519282:
Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" (RU)
Изобретение относится к средствам контроля и управления полем температуры пространственно распределенных объектов и может быть использовано в автоматизированных системах управления тепловыми режимами в ракетно-космической технике. Устройство стабилизации температуры термостатируемого объекта содержит нагреватель, расположенный на подложке, с датчиком температуры и систему управления. Нагреватель дополнен резервным нагревательным элементом, снабженным датчиком температуры. Система управления предназначена для регулирования температуры термостатируемого объекта посредством включения/отключения питания нагревательных элементов. Подложка может представлять собой корпус термостатируемого объекта, выполненный из высокотеплопроводного материала, или тонкостенную высокотеплопроводную металлическую оболочку. Оболочка ограничивает объект термостатирования. Основной и резервный нагревательные элементы имеют идентичные тепловые и геометрические характеристики и расположены на диэлектрическом основании со сдвигом, равным шагу печатного рисунка. На подложке могут быть расположены дополнительные нагреватели с датчиками температуры. Технический результат - расширение функциональных возможностей, повышение надежности функционирования, качества стабилизации температуры, в частности пространственно распределенных объектов в широком диапазоне изменения температуры. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к средствам контроля и управления полем температуры пространственно распределенных объектов и может быть использовано в автоматизированных системах управления тепловыми режимами в ракетно-космической технике.
Известен нагреватель (РФ, патент на полезную модель №86372, МПК H05B 3/56, опубликован 27.08.2009 г.) повышенной надежности, выполненный из двух греющих кабелей, которые дублируют друг друга. При этом каждый кабель сложен пополам и скручен в спираль таким образом, что идет чередование витков основного и резервного кабелей, но данный нагреватель не предназначен для нагрева протяженных поверхностей.
Наиболее близким является устройство для стабилизации температуры элементов микросхем и микросборок (РФ, патент на изобретение №2348962, МПК G05D 23/19, опубликован 10.03.2009 г.). Устройство содержит подложку, схему регулирования температуры и электрически соединенные с ней датчик температуры и нагреватель, расположенные на рабочей поверхности подложки. Датчик температуры расположен у края подложки. В данном устройстве используется только один нагревательный элемент и при резервировании нагревателей для повышения надежности, невозможно получить идентичность процессов термостатирования, усложняется монтаж нагревателей. Кроме того, высокая точность термостатирования достигается лишь вблизи расположения датчика температуры, а участки подложки, удаленные от датчика температуры имеют низкую точность термостатирования из-за конечной величины нагревателя. При этом, использование в устройстве только одного нагревателя и одного датчика температуры не позволяет устранять возникающие на подложке перепады температуры.
Задачей изобретения является создание устройства с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, повышении надежности и качества стабилизации температуры, в частности пространственно распределенных объектов в широком диапазоне изменения температуры.
Это достигается тем, что устройство стабилизации температуры термостатируемого объекта, содержит, по крайней мере, один нагреватель, расположенный на подложке, с датчиком температуры и систему управления. В отличие от известного нагреватель дополнен резервным нагревательным элементом, который вместе с основным нагревательным элементом, расположены на тонком диэлектрическом основании, в гибкой печатной плате, под защитным изоляционным покрытием. Резервный нагревательный элемент так же снабжен датчиком температуры, нагреватель жестко закреплен на наружной поверхности подложки, а датчики температуры для основного и резервного нагревательных элементов расположены на внутренней поверхности подложки в области геометрического центра нагревателя. Причем система управления предназначена для регулирования температуры термостатируемого объекта посредством включения/отключения питания нагревательных элементов.
Подложка может представлять собой корпус термостатируемого объекта, выполненный из высокотеплопроводного материала, или тонкостенную высокотеплопроводную металлическую оболочку. Оболочка ограничивает объект термостатирования. Основной и резервный нагревательные элементы имеют идентичные тепловые и геометрические характеристики и расположены на диэлектрическом основании со сдвигом равным шагу печатного рисунка. На подложке могут быть расположены дополнительные нагреватели, с датчиками температуры.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен нагреватель, а на фиг.2 система управления.
Устройство стабилизации температуры содержит нагреватель 1 (фиг.1), представляющий собой гибкую печатную плату на тонком диэлектрическом основании 2, на котором расположены основной 3 и резервный 4 независимые нагревательные элементы в виде проводящего печатного рисунка из манганиновой фольги толщиной 0,3 мм, закрытые защитным изоляционным покрытием 5. Проводящий печатный рисунок в виде линий шириной 1,1 мм и расстоянием между ними не менее 0,1 мм заканчивается контактными площадками 6, которые не закрыты изоляционным покрытием. При пропускании электрического тока по печатным проводникам выделяется тепло. Нагреватель 1 жестко крепится на наружной поверхности подложки 7 диэлектрическим основанием 2 при помощи клея К-300-61. Подложка 7 выполнена в виде корпуса из высокотеплопроводного материала или тонкостенной высокотеплопроводной металлической оболочки, которая ограничивает объект термостатирования. Размеры, мощность и количество нагревателей 1 выбирают исходя из весогабаритных характеристик и конструктивных особенностей объекта термостатирования. С внутренней стороны подложки 7 в области геометрического центра нагревателя 1 установлены датчики температуры 8 и 9 соответственно для основного нагревательного элемента 3 и резервного нагревательного элемента 4. Такое расположение датчиков температуры позволяет получать точную информацию о температуре внутри термостатируемого объекта. Площадь контакта датчика температуры не превышает 0,5 см2, что обеспечивает идентичность показаний основного и резервного датчика температуры. Идентичность основного нагревательного элемента 3 и резервного нагревательного элемента 4 и их близкое расположение позволяют при выходе из строя основного нагревательного элемента 3 или датчика температуры 8 без перенастройки подключить резервный нагревательный элемент 4 и датчик температуры 9, что повышает надежность устройства. В качестве датчиков температуры используются цифровые термодатчики, производства компании «DALLAS SEMICONDUCTOR» серии DS1820 или DS1624.
Система управления (фиг.2) содержит блок питания 10, подающий напряжение на блок управления 11 и устройство обработки информации 12. В системе управления выводы питания нагревательных элементов 3 и 4 нагревателя 1 и датчиков температуры 8 и 9 подключены к выходам блока управления 11, двунаправленная шина данных датчиков температуры 8 и 9 подключена через блок управления 11 к входам устройства обработки информации 12, а выход устройства обработки информации 12 к входу блока управления 11.
Устройство стабилизации температуры работает в двух режимах.
В режиме измерения после подачи напряжения с блока питания 10 блок управления 11 проводит периодический (с периодом П≈1 мин) опрос датчиков температуры 8 (при использовании основных нагревательных элементов 3) или датчиков температуры 9 (при использовании резервных нагревательных элементов 4). Результаты измерений по двунаправленной шине данных поступают в блок управления и далее в устройство обработки информации 12, где происходит накопление, обработка и хранение результатов измерения в запоминающем устройстве.
В режиме регулирования после опроса датчиков температуры 8 или 9 результаты измерений по двунаправленной шине данных поступают в блок управления 11 и далее в устройство обработки информации 12, которое проводит анализ измеренных температур и выработку по специальному алгоритму обработки температурных измерений управляющих воздействий на нагреватели 1, которые передаются в блок управления 11, где формируются команды на включение/отключение нагревателей. Принцип регулирования основан на подогреве более холодных участков аппаратуры. Критериями температурного режима является допустимый рабочий диапазон температур от Tmin до Tmax, при допустимом перепаде температур между заданными точками измерения ΔТдоп.
Таким образом, создано надежное устройство стабилизации температуры пространственно распределенных объектов с высокой точностью термостатирования и качеством стабилизации температуры в широком диапазоне изменения температуры.
1. Устройство стабилизации температуры термостатируемого объекта, содержащее, по крайней мере, один нагреватель, расположенный на подложке, с датчиком температуры и систему управления, отличающееся тем, что нагреватель дополнен резервным нагревательным элементом, который вместе с основным нагревательным элементом расположен на тонком диэлектрическом основании, в гибкой печатной плате, под защитным изоляционным покрытием, кроме того, резервный нагревательный элемент также снабжен датчиком температуры, нагреватель жестко закреплен на наружной поверхности подложки, а датчики температуры для основного и резервного нагревательных элементов расположены на внутренней поверхности подложки в области геометрического центра нагревателя, причем система управления предназначена для регулирования температуры термостатируемого объекта посредством включения/отключения питания нагревательных элементов.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подложка выполнена в виде корпуса термостатируемого объекта из высокотеплопроводного материала.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подложка выполнена в виде тонкостенной высокотеплопроводной металлической оболочки.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что высокотеплопроводная металлическая оболочка ограничивает объект термостатирования.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основной и резервный нагревательные элементы выполнены с идентичными тепловыми и геометрическими характеристиками и расположены на одном диэлектрическом основании со сдвигом равным шагу печатного рисунка
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на подложке расположены дополнительные нагреватели с датчиками температуры.
