Устройство стабилизации температуры



Устройство стабилизации температуры
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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, а именно к производству монолитных металлокерамических нагревательных элементов электрического, в частности резистивного, нагрева.

Изобретение относится к области использования радиационного нагрева конструкций летательных аппаратов (ЛА) при стендовых испытаниях на прочность. .

Изобретение относится к области электрического нагрева и может быть использовано при изготовлении толстопленочных резистивных нагревательных элементов для систем электрического обогрева жилых, общественных и промышленных помещений, а также для использования в бытовых, медицинских, сельскохозяйственных и других технических приборах.

Изобретение относится к технике регулирования температуры в прецизионных электронных устройствах и может быть использовано для поддержания постоянства параметров этих устройств в широком диапазоне температур окружающей среды (ТОС).

Изобретение относится к соединению компонентов посредством связующей массы. .

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам электронного нагрева жидких сред. .

Изобретение относится к области электротехники и медицины и может быть использовано при изготовлении резистивного электронагревателя для медицинских учреждений для активации гуморально-жидкостной среды, метаболизма и стимуляции иммунной системы человека с целью оздоровления организма или его защиты от воздействий различных факторов, неблагоприятно влияющих на процессы саморегуляции и самооздоровления.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении нагревателей резистивного типа, направлено на обеспечение возможности получения негорючего резистивного материала с равномерным тепловым полем и широким диапазоном удельного сопротивления от Rуд=10 Ом/м2 до R уд=10000 Ом/м2.

Изобретение относится к термостату для калибровки и поверки океанографических приборов. Технический результат заключается в повышении точности термостатирования до 0,001°C и в сокращении времени выхода термостата в заданную точку температуры в 3 раза за счет оптимизации алгоритма регулирования.

Изобретение относится к области арматуростроения, в частости к регулирующей насадке для управления радиаторным клапаном, и предназначено для регулирования потока жидкости.

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может использоваться в регуляторах температуры. .

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может использоваться в регуляторах температуры с автоматическим резервированием каналов управления.

Изобретение относится к терморегулятору, осуществляющему функции фазового регулирования и контроля перехода фазы через ноль. .

Изобретение относится к испытательной технике, преимущественно к технике проведения тепловых испытаний керамических обтекателей ракет при радиационном нагреве. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам систем безопасности. .

Изобретение относится к области стабилизации и регулирования температуры и может быть использовано при изготовлении и настройке работоспособности серийных терморегулирующих устройств, обеспечивающих управление исполнительными органами в заданном диапазоне температур.

Изобретение относится к термостатам. Техническим результатом является повышение однородности температурного поля. Для этого в известное термостатирующее устройство введены дополнительные нагревательный элемент, электронный ключ, соединенные в последовательную цепь и подключенные к зажимам сети, дополнительные датчик температуры и усилитель, а также источник опорного напряжения, три компаратора напряжения и два логических элемента, первый из которых подключен своим выходом к управляющему входу электронного ключа, а входами - соответственно к выходам первого, второго и третьего компараторов напряжения, второй из которых подключен своим выходом к управляющему входу дополнительного электронного ключа, а входами - соответственно к выходам первого, второго и третьего компараторов напряжения, причем усилитель основного датчика температуры подключен к суммирующим входам первого и третьего компараторов напряжения, а дополнительный - к суммирующему входу второго и вычитающему входу третьего компараторов напряжения, источник опорного напряжения входом соединен с сетью, а выходом - с вычитающими входами первого и второго компараторов напряжения, при этом первое логическое устройство выполняет функцию конъюнкции инвертированного сигнала первого компаратора и дизъюнкции инвертированного сигнала второго компаратора с конъюнкцией сигнала второго компаратора и инвертированного сигнала третьего компаратора, а второе - конъюнкцию инвертированного сигнала второго компаратора и дизъюнкции инвертированного сигнала первого компаратора с конъюнкцией сигнала первого компаратора и инвертированного сигнала третьего компаратора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх