Способ термоэлектрического термостатирования

 

О П И С А Н И Е 111, 531967

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Соыиалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 01,10.74 (21) 2063312/25 (51) М. Кл. Г 25В 21/02 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15.10,76. Бюллетень № 38

Дата опубликования описания 02.12.76 (53) УДК 621.362(088.8) (72) Авторы изобретения

Э. В. Осипов и И. И. Очковский (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЕРМОСТАТИ РОВАН ИЯ

Изобретение касается холодильной техники, в частности техники термоэлектрического охлаждения, и может быть использовано в термоэлектрических термостатирующих устройствах, применяемых для улучшения работы радиоэлектронных устройств, для улучшения технологических процессов, в метрологии, в биологии и медицине, в системах жизнеобеспечения подводных лодок и космических кораблей и т. п.

Известны способы термоэлектрического термостатирования различных объектов на задан.ном температурном уровне, основанные на пропускании тока через термоэлектрический охладитель термоэлектрического термостата и принудительном изменении теплового сопротивления последнего (1).

Однако известные способы обладают сравнительно низкой надежностью и точностью, а температурный диапазон эксплуатации устройств ограничен по верхнему, и особенно по нижнему пределу (на 5 — 10 градусов выше заданного температурного уровня термостатиро.вания) .

Так, в устройствах, осуществляющих известные способы, при изменении теплового сопротивления термоэлектрического термостата (тепловое сопротивление между холодным спаем термоэлектрического охладителя тсрмостата и окружающей средой с учетом теплопритоков как через 1 Орпус термостата, таl II через устройство теплосъема (радиатор, тепловая трубка и т. д.) и с горячих спаев термоэлектричесl»ОГО охладителя) пропускаемыи

5 через его термоэлектрический охладитель ток не изменяют ни по величине, ни по направлению. Это приводит и неоптимальному рабочсму режиму термоэлектрического охладителя и, соответственно, повышенным тепловыделсIp ниям на его горячем спае, которые, в свою очередь, обусловливают повышенную температуру горячего сная, а последнее уменьшает»адежность и технический ресурс работы термоэлектрического охладителя.

15 Сравнительно низкая точность поддержания заданного температурного уровня обусловлена тем, что регулирование температуры производится за счет изменения теплового со.противления термоэлектрического тсрмостата

20 при постоянном по величине и направленно токе термоэлектрического охладитсля, а это обусловливает ппзкуlо чувствитсльпост!> 11, соответственно, точность, а также ограничивает температурный диапазон эксплуатации осуществляющего способ устройства.

Известен способ тсрмоэлск-. рпчсского тсрмостатпрогания путем принудпгсльного изменения вслпчпшя и направления пропускаемого чсрез термоэлектрические =.ë ñìñíòû тока состЗ1 встственно величине и знаку разности темпе531967 ратуры окружающей среды и температуры, отвечающей заданному уровню термостатирования 12).

Однако такой способ обладает сравнительно низкой точностью и надежностью термостатирования на заданном температурном уровне.

Целью изобретения является:повышение точности и надежности термостатирования на заданном температурном уровне.

Зто достигается тем, что величину и направление тока изменяют таким образом, чтобы уровень термостатирования был равен или меньше заданного, если температура окружающей среды больше заданного уровня термостатирования, и равен или больше заданного, если температура окружающей среды меньше заданного уровня термостатирования и, при этом дополнительно принудительно изменяют величину теплового сопротивления термостата соответственно величине отклонения температуры в термостате от заданного уровня термостатирования.

На чертеже приведена функциональная схема тсрмоэлектрического термостатирующего устройства, осуществляющего предлагаемый способ.

Устройство содержит два контура термостатирования: по возмущению (отклонению окружающей температуры от заданного температурного уровня термостатирования) и по отклонению температуры термостатируемого объекта от заданного температурного уровня.

Первый контур включает в себя задатчик 1 температуры и датчик 2 температуры окружающей среды, выходы которых подключены к измерительному элементу 3, выход последнего — к входу усилительно-преобразовательного элемента 4, выход которого подключен к входу термоэлектрического исполнительного элемента (охладителя-нагревателя) 5, который термически соединен (холодо-теплопроизводительность q) с термостатируемым объектом 6.

Второй контур также включает в себя задатчик 7 температуры и датчик 8 температуры термостатируемого обьекта 6, выходы которых подключены к измерительному элементу 9, выход последнего — к входу усилительно-преобразовательного элемента 10, выход, которого подключен через схему несовпадения 11 по знаку входных сигналов к входу исполнительного элемента 12, принудительно изменяющего (в данном случае уменьшающего) тепловое сопротивление R, термоэлектрического термостата соответственно величине отклонения температурного уровня (температуры термостатируемого объекта) от заданного.

Управляющие входы схем несовпадения 11 подключены соответственно к выходу усилительно-преобразовательного элемента 4 первого контура и выходу усилительно-,преобразователыиэго элемента 10 второго контура, а последняя подключает сигнал с выхода усилительно-преобразовательного элемента 10 на

15 0

50 ,55

65 вход исполнительного элемента 12, если полярность сигналов UI u Uq соответственно усилительно-преобразовательных элементов 4 и 10 не совпадает, т. е. если сигнал UI положительный (температура окружающей среды

Я„больше заданно го температурного уровня звд), а сигнал Ug отрицательный (температура термостатируемого об ьекта Я„„меньше

Язад) и наоборот (QII(Q3Qp> а Явн)азад).

Если же полярность сигналов UI и U2 одина,кова (обе положительны или оое отрицательны), то исполнительный элемент 12 не включен и тепловое сопротивление термоэлектрического термостата не изменяется.

Вывод па режим и автоматическое поддержание режима термостатирования объекта 6 на заданном температурном уровне в широком диапазоне изменения наружной температуры и, соответственно, условий теплосьема со спаев охладителя производят следующим образом.

Измеряют при помощи датчика 2 температуру окружающей среды Q„, сравнивают се с заданным температурным уровнем термостатирования Q,,,, установленным в задатчике 1, и, при наличии отклонения (Л(/1 на выходе измерительного элемента 3, усиленного и преобразованного до величины UI на выходе элемента 4), пропускают ток через термоэлектрический охладитель 5, причем принудительно изменяют величину и направление пропускаемого через термоэлектрический охладитель 5 тока соответственно величине и знаку отклонения температуры окружающей среды QÄ oI заданного температурного уровня термостатирования Q,, таким образом, чтобы при максимальном значении теплового сопротивления термоэлектрического термостата R, температурный уровень термостатирования (температураа тер мостатируем ого объекта) Яв„был р а- вен или меньше заданного Q,,,, если температура окружающей среды Q„, áîëüøå заданного температурного уровня Q,, и равен или больше заданного Q;»-,, если температура окружающей среды Яв меньше заданного температурного уровня Язвд.

При этом, до момента выхода на заданный температурный режим термостатирования, тепловое сопротивление R, термоэлектрического термостата пе изменяют (сохраняют максимальную величину), так как при Q„)

) Q ; 3H3HeIIHe- ЛЯв= Q Язвд) 0 пие ЛЯ„,=Язв — Язз-,)0, а при Яв(Язвд значение AQ„= Q„ — Q„,,(0 и значение ЛЯ„,=

= Яви — Яззд(0, T. е. исполнительный элемент

12 пе включен.

При незначительном переохлаждении термостатируемого объекта AQ»,(0 при ЛЯв)0 или перегреве ЛЯ„,)0 при AQ„(0, принудительно изменяют (уменьшают) тепловое сопротивление Л, (элемент 12 включен) термоэлектрического термостата соответственно величине этого отклонения (увеличивают тепло (холодо) притоки на холодный спай термоэлектрического охладителя) .

531967

15

Формула изобретения

Составитель В. Орлов

Техред Е. Подурушина

Редактор Н. Каменская

Корректор Л, Котова

Заказ 2682/3 Изд. № 1832 Тираж 690 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская иаб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Таким образом, цри широком диапазоне изменения температуры окружающей среды

Я надежно поддерживается заданный температурный уровень термостатирования с высокой точностью.

Повышение надежности термостатирования и, соответственно, технического ресурса работы устройства обусловлено тем, что, при изменении температуры окружающей среды, изменяют величину и направление пропускаемого через термоэлектрические элементы тока, а последнее обусловливает оптимальный раоочий режим термоэлектрического охладителя и, соответственно, уменьшает тепловыделение на его горячем спае, т. е. температуру горячего спая охладителя, при этом точность термостатирования не зависит от изменения в процессе эксплуатации параметров элементов осуществляющих способ устройств.

Способ термоэлектрического термостатирования путем принудительного изменения величины и направления пропускаемого через термоэлектрические элементы тока соответственно величине и знаку разности температуры окружающей среды и температуры, отвечающей заданному уровню термостатирования, о тл ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и надежности термостатирования, величину и направление тока изменяют таким образом, чтобы уровень термостатирования был равен или меньше заданного, если температура окружающей среды больше заданного уровня термостатирования, и равен или больше заданного, если температура окружающей среды меньше заданного уровня термостатирования, и при этом дополнительно принудительно изменяют величину теплового сопротивления термостата соответственно величине отклонения температуры в термостате от заданного уровня термостатирования.

20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Зорин И. В., Зорина Э. Я. Термоэлектрические холодильники и генераторы изд. «Энергия», Л., 1973, с. 45 — 80.

25 2. Патент США № 3111008, кл. б2 — 3, 19.11.б3.