Термостатирующее устройство

 

О П И С А Н И Е пп 56О214

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Сьветеких

Сьциалкстических

Респубпик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.10.74 (21) 2064190j24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30.05.77. Бюллетень М 20

Дата опубликования описания 29.06.77 (51) М. Кл."- G 05D 23/19

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и откр.:тий (53) УДК 621-555.6 (088 8) (72) Авторы изобретения

Э. В. Осипов и И. И. Очковский (71) Заявитель (54) ТЕРМОСТАТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к технике термоэлектрического охлаждения, и может быть применено для термостатирования на заданном уровне узлов и панелей электронной аппаратуре и других подобных объектов.

Известны устройства, осуществляющие термостатирование различных объектов на заданном температурном уровне следующим способом (1).

Измеряют температуру термостатируемого объекта, сравнивают температуру термостатируемого объекта с заданным уровнем термостатирования, принудительно изменяют величину и направление пропускаемого через термоэлектрический исполнительный элемент тока соответственно величине и знаку отклонения температуры объекта от заданного уровня термостатирования (контур термостатирования по отклонению температуры объекта от заданного уровня). Таким образом, температура объекта автоматически поддерживается на заданном уровне.

Однако известные устройства обладают сравнительно низкой надежностью и точностью термостатирования на заданном уровне.

Это обусловлено тем, что при изменении температуры окружающей среды и соответственно условий теплосъема с горячего и холодного спаев термоэлектрического элемента существенно изменяется его выходная (тепловая) характеристика, а также наличием неизбежной и сравнительно большой статической ошибки.

5 Известные устройства также не предусматривают защиту от перегрева и выхода из строя термоэлектрического исполнительного элемента при непредвиденном значительном увеличении теплового сопротивления иа его

10 горячем спае (увеличение теплового сопротивления между горячим спаем и устройством теплосъема, выход из строя вентилятора или прекращение подачи воды соответствсиио при воздушном или водяном охлаждении горячего

15 спая, нарушение параметров теловой трубки и т. д.).

Наиболее близким техническим решением и изобретению является термостатирующее устройство, содержащее датчик и задатчик тем20 пературы объекта, подкчючениые к Олоку сравнения, соединенному через блок управления с термоэлектрическим исполнительным элементом (2).

25 Данное устройство также имеет сравнительно низкие надежность и точность термостатироваиия па заданном температурном уровне.

Цель изобретения — повышение иадежиоЗЭ сти и точности термостатироваиия.

560214

Это достигается тем, что устройство содержит дополнительный термоэлектрический исполнительный элемент, датчик температуры холодных спаев допол!!ительпого термоэлектричсского исполнительного элемента, запомипающий, дифференцирующий и релейпые элементы и дополнительный блок управления, выход которого подключен к дополнительному термоэлектрическому исполнительному элементу, а входы — к выходам первого и второго релсйиых элементов, соединенных с дифференцпрующим элементом. Вход последнего подсоединен к датчику температуры холодных спаев дополнительного термоэлектрического испол!!ителы!ого элемента, сосдицсппому с третьим рслс!!пым элсме!!Том !! через замыкающий контакт первого релейного элемента с запоминающим элеме!гто.!, выход ко торого подключен к третьему релейному элс менту, а выход третьего релейного элсмента— к дополнительному блоку управлеш!я. Повышенная падежность предложен!!ого устройства обусловлена тем, что в широком диапазоне изменеш!я окружающей температуры и условий теплосъема со спаев термоэлектрических исполнительных элементов опо предусматривает автоматическое изменение тока, пропускаемого через дополнигельпый термоэлектрический исполпительпьш элемент, послсдшш работает в оптимальном режиме (рс>к!!м максимальной холодопропзводптельпости или на заданном смещсшш от него — зависит от степени загрублсция устройства). Все это, помимо оптпмальпых условий работы, служит надежпой автоматической защитой от перегрева и выхода из строя термоэлектрических элементов при непредвиденном значительном увеличении теплового сопротивления ца их горячем .спае (выход пз строя вентилятора или прекращение подачи воды соответственно при воздушном или водяном охлаждении спая, увеличение теплового сопротивления между спаем и устройством теплосъема, парушецие параметров тепловой трубки и т. и.).

В этом случае автоматически уменьшается ток, протекающий через дополнительный элемент, а первый элемент из режима нагрева может перейти в режим охлаждения. Если же увеличепие теплового сопротивления горячего спая большое, то первый термоэлектрический элемент вообще может отключаться и объект термостатируется в режиме максимальной холодопроизводительпости дополнительного тсрмоэлектрического исполпительпого элемента для существующего теплового сопротивления его горячего спая, т. е. работоспособность объекта не нарушается.

Высокая надежность предлагаемого устройства достигается такжv и тем, что оио предусматривает двухкоптурцое тсрмостатирование, каждый контур которого практически может работать самостоятельно, т. с. при выхо де одного контура из строя второй самостоятельно термостатируст объект на зада!!!!!.м уровне при некотором уменьшепии точности.

l3

2д

3 зз

6 !

Таким образом повышается надежность и технический ресурс работы термоэлектрических элементов и соответственно термостатируемого объекта.

Точность термостатировапия на задаш-.ом температурном уровне повышается также, что основную холодопроизводительность получают за счет дополнительного термоэлектрического элемента, работающего в экстремальном режиме, а незначительпые отклоиеиия от заданного температурного уровня «выбира!отся» благодаря первому термоэлектрическому элементу, осуществляющему термостатирование по отклонению. При этом оба элемента работают в улучшенных условиях теплосъема, так как дополнитсльпыи работает в рсжиме охлаждения, первый — режиме подогрева, а их спап соединены между собой терм!шески параллельно. Это повышает чувствительность первого термоэлектрического элемента и соответственно точность термостатирования и позволяет умепьшить его вес и габариты за счет возможного увеличения крутизны выходной (тепловой) характеристики.

На чертеже приведепа фупкциоцальпая схс»а термостатирующего устройства.

Первый контур термостатирова!шя го отклоисни!о содержит подкл!о !с!!!!ые друг к другу согласно exes!e тсрмоэлсктричсский исполнительный элемент 1, который может работать как В режиме Охлажде!!!!5!, Так и режиме нагрева, датчик 2 температуры термостатирусмого объекта (датчик 0„,), задатчик 3 re:!пературы (задатчик O» ), блок 4 сравнения, осуществляюший сравнение измеренного и заданпого зпачепий температуры и вырабат ваюший сигнал, п1:опорциональный ошибке термостатирования, и блок 5 управления.

Элемснт 1 и датчик 2 термически соединены с объектом 6, к которому приложепо внешнее возмущепие в виде температуры О„окружающей среды.

Второй контур термостатировация в режиме максимальной холодопроизводительности (минимально возможной для конкретного термоэлектрического элемента и условий его работы температуры холодпого спая) содер кит термически соединенный с объектом 6 дополиительный термоэлектрический исполнительный элемент 7, датчик 8 температуры холод-!!ого спая элемента 7 (датчик Т,.) и дополнительный блок 9 управления. Он также снаб>кеп запомипающим 10, дифференцирующим ! 1 и тремя рслсйными 12, 13 и 14 элементами.

Датчик 8 температуры термически соединен с холодным спаем термоэлектрического элемента 7 и годключен к входу 15 релейного элемспта 12 и к входу дифферепцирующего элемента ll непосредствепно, а к входу запоминающего элемента 10 через замыкающие контакты релейного элемента 13. Выход запоминающего элемепта 10 подсоединен к второму входу 16 релейпого элемента 12, выход диффсренцирующего элемента 11 — к входам релейных элемептов 14 и 13 через разделитель

560214

65 ные диоды 17 и 18 соответственно с прямым и обратным включением, а выходы релейных элементов 12, 13 и 14 — к входу блока 9 управления, выход которого подключен к термоэлектрическому элементу 7, Работает второй контур термостатирования следующим образом.

Перед включением устройства запоминающий элемент 10 устанавливают на нуль (установиа мо кет проводиться автоматически при включении термостатирующего устройства). При включении устройства на входы 15 и

16 релейного элемента 12 прикладывается разность потенциалов, соответствующая температура холодного спая элемента 7, так как на выходе запоминающего элемента 10 нуль.

Релейный элсмснт 12, включаясь, воздействует на вход блока 9 управления, после чего последний начинает увеличивать величину тока, пропускаемого через термоэлектрический элемент 7. По достижении заданной скорости изменения величины этого тока и соответственно температуры холодного спая элемента

7 (в данном случае она уменьшается, т. е. производная отрицательная), дифферепцирующий элемент 11 включает релейный элемент 13.

Последний блокирует вход дополнительного блока управления и своими замыкающими контактами подключает датчик 8 температуры к входу запоминающего элемента 10, после чего входы 15 и 1б релейного элемента

12 имеют равные потенциалы и оп, обесточиваясь, отключается от входа блока 9 управления.

При достижении значения температуры холодного спая элемента 7, близкого к экстремальному (скорость изменения теAtïåðàòóðы стремится к нулю), диффереицирующей элемент 11 обесточивает релейный элемент 13, а последний отключается от входа блока 9 управления и отключаст вход запоминающего элемента 10 от датчика 8 температуры. Блок

9 у правления прекращает изменять величину тока, пропускаемого через термоэлектрический элемент 7, температура холодного спая которого перестает изменяться, а напряжение, соответствующее значению этой температуры, устанавливается в запоминающем элементе 10.

Если в процессе работы термостатирующего устройства произойдет изменение температуры окружающей среды и условия теплосъема со спаев элемента 7 или просто изменятся условия теплосъема с его спаев (нарушится контакт горячего сная с устройством теплосъема, например радиатором, выйдет из строя вентилятор, изменится температура или прекратится подача воды, снимающей тепло с горячего спая и т. п.), то начнет изменяться (увеличиваться или уменьшаться) температура холодного спая элемента 7 вследствие изменения ее экстремальной зависимости от тока. 13 этом случае включается релейный элемент 12 аналогично указанному и блок 9 управления начинает изменять величину тока, пропускаемого через элемент 7 (увеличивать или уменьшать — безразлично). Если температура холодного спая элемента 7 вследствие изменения величины его тока уменьшается, то устройство работает аналогично описанному, вследствие чего достигается новое значение температуры холодного спая элемента 7, близкое к экстремальному для данных условий теплосъема.

Когда из-за изменения величины тока элемента 7 температура его холодного сная увеличивается (производная положитсльная), то дифференцирующий элемент 11 включает релейный элемент 14, который, самоблокируясь, воздействует на вход блока 9 управления и производит реверс изменения величины тока (с увеличения на уменьшение li наоборот), после чего температура холодного спая начинает уменьшаться (производная отрицательная) . Дифференцирующий элемент 11 включает релейный элемент 13, и устройство работает аналогично. Достигается новое, близкое к минимальному экстремальному, значению температуры холодного сная элемента 7, и схема устанавливается в исходное состояние.

В процессе выхода на заданный температурный уровень первый контур термостатпрования работает в режиме охлаждения или подогрева (зависит от температуры О„ и О,щ, а после выхода в режиме подогрева.

Термостатирующее устройство в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды (от — 30 до 40 С) позволяет получить точность термостатпрования примерно на 30% выше, чем при использовании контура термостатировапия только по отклонению

Формула изобретения

Термостатирующее устройство, содержащее датчик и задатчик температуры объекта, подключенные к блоку сравнения, соединенному через блок управления с термоэлектрическим исполнительным элементом, о т л и ч а ю щ е еся тем, что, с целью повышения надежности и точности термостатирования, устройство содержит дополнительный термоэлектрический исполнительный элемент, датчик температуры холодных спаев дополнительного термоэлектрического исполнительного элемента, запоминающий, дифференцирующий и релейные элементы и дополпптель ый блок управления, выход которого подключен к дополнительному термоэлектрическому исполнительному элементу, а входы подключсны к выходам первого и второго релейных элементов, соединенных с дифференцирующим элементом, вход которого подключен к датчику температуры холодных спаев дополнительного термоэлектрического исполнительного элемента, соединенному с третьим релейным элементом и через замыкающий контакт первого релейного элемента с запоминающим элементом, выход которого соединен с третьим релейным

560214

Составитель Л. Птенцова

Техред Е. Хмелева

Редактор И. Грузова

1(орпектор Л Орлова

Заказ 1451/13 Изд. ¹ 492 Тираж 1109 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2 элементом, выход которого подключен к дополнительному блоку управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Зорин И. В. и Зорина 3. Я. Термоэлектрические холодильники и генераторы, М., «Энергия», 1973, с. 45.

2. Ильярский О. И., Удалов Н. П. Термоэлектрические элементы. М., «Энергия», 1970, 5 с. 43.