Термоэлектрический термостат

 

(! 1) 682885

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 15.04.77 (21) 2475755/18-24 (51) Ч. Кл. - б 05В 23, 30 с присоединением заявки №вЂ” (53) УДК 621,555.6 (088.8) (43) Опубликовано 30.08.79. Бюллетень № 32 (45) Дата опубликования описания 30.08.79 по делан изобоетеиий и откйытий (72) Авторы изобретения

А. Л. Вайнер и В. П. Чайкин (71) Заявитель (54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТЕРМОСТАТ

Госудадстоеииый комитет

Приоритет

Изобретение относится к области регулирования температуры и может быть использовано для стабилизации температуры различных объектов, в частности для стабилизации температуры кварцевых резонаторов.

Известны устройства для термостатирования в радио- н электронной технике, в качестве исполнительного органа широко используются реверсивные термоэлектрические батареи. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является термоэлектрический термостат, содержащий последовательно соединенные первый резистор, термоэлектрическую батарею и терморегулятор с подключенным ко входу датчиком температуры.

Недостатком указанного устройства является зависимость точности поддержания температуры в нем от диапазона окружающих температур, что является следствием наличия теплового сопротивления между камерой термостата и объектом термостатпрования и локальных тепловых связей объекта с окружаюшей средой.

Целью настоящего изобретения является повышение точности термостата.

Поставленная цель достигается тем, что в термоэлектрический термостат введены блок коррекции и последовательно соедипенные н подключенные к выходу терморегулятора второй резистор, компенсационная термобатарея, на холодном спае которой размещены датчик температуры н регулирующий элемент, причем к точкам соединения термобатарей и резисторов подключены входы блока коррекции, выход которого подключен к входу регулирующего элемента, а также тем, что блок коррекции содер10 жит лнчейные масштабные элементы, масштабные квадраторы, сумматоры, источник

olloDHoI напряжения и нуль-орган, причем входы первого линейного масштабного элемента и первого масштабного квадратора

15 соединены с первым входом блока коррекции, а выходы — с входами первого сумматора, соединенного с источником опорного напряжения, входы второго линейного масштабного элемента и второго масштаб20 ного квадратора соединены со вторым входом блока коррекции, а выходы — с входом второго сумматора, выход этого сумматора связан с первым входом нуль-орга,а, вто"îé,вход которого подключен и вы25 ходу первого сумматора, à выход — к выходу блока коррекции.

При этом сигнал, пропорцпональньш току основной термобатареи (1с) подается на

30 первый вход блока коррекции и преобразу682885

3 ется в сигнал вида ар1р+ Ьр1р + ср, где ар, бр и cp — постолнные коэффицис ITbl, Ip — ток термобатареи.

Аналогично сигнал, пропорциональный току компенсационной термобатареп (I„) подается на второй вход блока коррекции и преобразуется в сигнал вида а>,11,-!-1>1,/,", Где III(и I)l; — посто)1н11ыс коэффипиеttTht, а

lt; — ток компенсационной термобатареп. I0

С выходов сумматоров сигналы с тсрмобатарей, преобразованные в квадратичную формулу, поступают на вход нуль-органа, управляющего работой регулиру>ощего элемента, который через компенсационную ).> термобатарею изменяет ток таким образом, что обеспечивается равенство

aoIo + bolp+ с, — а/„— (),.1, = 0 (1) во всем диапазоне изменения температуры окружающей среды, при этом обеспечивается независимость температуры объекта термостатирования от температуры окружающей среды.

На чертеже представлена блок-схема прсдлагаемого устройства.

Устройство содержит терморегулятор 1, к выходу которого подключена последовательная цепь из термоэлектрической батареи (термобатареи) 2 и первого резистора 30

3, параллельно которой подключена цепь последовательно соединенных регулирующего элемента 4, компенсационной термобатареи 5 и второго резистора 6; на холодном спае термобатареи 5 размещен дат- Ç:"> чик температуры 7, подключенный ко входу терморегулятора 1. К точке соединения термобатареи 2 и первого резистора 3 подключен первый вход блока коррекции 8, к последнему подключены входы первого ли- 40 нейного масштабного элемента 9 и первого масштабного квадратора 10, выходы которых подключены ко входам первого сумматора 11, а на его третий вход подано заданное постоянное напряжение от источника опорного напряжения 12.

К точке соединения компенсационной термобатареи 5 и второго резистора 6 подключен второй вход блока коррекции 8, к нему подключены входы второго линейно-:>О го масштабного элемента 13 и второго масштабного квадратора 14, а их выходы подключены ко входам второго сумматора 15.

Выходы сумматоров 11 и 15 подключены к входам нуль-органа 16, выход которого ) > соединен с выходом блока коррекции 8, подключенным к входу регулирующего элемента 4.

Питание устройства осуществляется от источника 17. 00

Устройство работает следующим образом.

При помощи датчика температуры 7 и терморегулятора 1 осуществляется автоматическая стабилизация температуры хо- 0., 4 лодпого спая компенсационной тсрмобата рси 5 с заданной точностшо, при этом температура холодного спая тсрмобатареи 2 поддерживается с меньшей точностью, так как термобатарея 2 не входит в замкнутый контур рсгулироваш(я. Изменения температур>.1 чермойатар(и 2, зависгицие от измене1IIl>I T(AI IIC р ать р1 1 о>(1> > ;к:11(>1пplt среды, Реда 1Отси Ic)>(ë T(ll 1()!los . сопРО 1 1!влси 11( между тсрмобатареей 2 и объектом тсрмоclатирования на объект.

Однако величина и знак изменения температуры термобатареи 2 при изменении температуры окружающей среды зависят от режима компенсационной термобатареи 5.

При заданном режиме термобатарси 2 путем настройки регулирующего элемента

4 возможно установить такой режим термобатареи 5, при котором величина и знак холодопроизводительности термобатарси 2, переданной па объект термостатированвя, соответственно равны и противоположны величине и знаку тсплопритоков, поступающих к объекту термостатпрования от окружающей среды по локальным связям объекта с окружающей средой, причем происходит тепловая компенсация возмущений, переданных на объект со стороны окружающей среды.

Применительно к нагревным термостатам компенсация осуществляется путем выбора отношений

Q>(= Б, где Q„„— мощР. ность основного нагревателя; Q„, — мощность дополнительного нагревателя; Б— коэффициент тепловой компенсации.

Для термоэлектрических термостатов, в силу идентичности тепловых процессов в термостатах, компенсация осуществляется путем выбора отношения

Qo где Qp—

Q. холодильная мощность ocHQBHQH термобатареи; Qg — холодильная мощность компенсационной термобатареи.

В силу квадратичной зависимости холодильной мощности термобатареи от тока через нее равенство

Qo

= Б можно OcyQg ществить только в каком-то одном режиме термобатареи, соответствующем определенным значениям токов 1р и lg

При изменении этих токов в процессе регулирования (при изменении тепловой нагрузки — температуры окружающей среды) отношение также изменяется, кроме (> того, нарушается эффект компенсации.

Если ввести в термостат устройство, производящее подрегулировку тока через компенсационную термобатарею, то отношение

= Б можно поддер>кивать постоянным

Qg во всех режимах работы термостата, т. е. тепловая компенсация не нарушается.

Анализ уравнений, описыва>ощих работу (1g2gg5 термобатареи, показывает, что отношение

Qo всегда равно Б при выполнении раИ венства (1)

aolo+ bolo+ co — а,1 — b„lg = — О

Поэтому в предлагаемом устройстве сигнал, пропорциональный току термобатареи

2, подастся на вход линейного масштабного элемента 9 и на вход масштабного квадратора 10, с выходов которых сигналы вида

aoIo u bolo поступает на входы сумматора

11, а третий вход которого подается заданное постоянное напряжение от источника

12 в определенном масштабе, представляющее собой постоянный коэффициент со.

Аналогично сигнал, пропорциональный току компенсационной термобатареи 5, подастся на вход линейного масштабного элемента 13 и на вход масштабного квадратора 14, с выходов которых сигналы вида

aglg u bglg поступают на входы сумматора 15.

С выходов сумматоров 10 и 15 сигналы

2 г вида aplp+b

При этом отношение приводится к

Qg величине Б.

Этот процесс в дальнейшем повторяется автоматически при каждом изменении токов в термобатареях 2 и 5, вызванном работой терморегулятора при изменении температуры окружающей среды.

Таким образом, режим компенсации со«р,:няе ся, чсм обеспечивается высокая точность термостатпровапия во всем диапазоне изменения температуры окружающей среды.

Формула изобретения

1. Термоэлектрический термастат, содержащий последовательно соединенный первый резистор, термоэлектрическую батарею и терморегулятор с подключенным к входу датчиком температуры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности термостата, в него введены блок коррекции и последовательно соединенные и подключенные к вы«оду терморегулятора второй резистор, компенсационная термобатарея, на холодном спае которой размещен датчик температуры, и регулирующий элемент, 20 причем к точкам соединения батарей и резисторов подключены входы блока коррекции, выход которого подключен к входу регулир ющего элемента.

2. Термостат по п. 1, отл и ч а ющи и с я

2 тем, что блок коррекции содержит линейные масштабныс элементы, масштабные квадраторы, сумматоры, источник опорного напряжения и нуль-орган, причем входы первого линейного масштабного элемента и

30 первого масштабного квадратора соединены с первым входом блока коррекции, а выходы — со входами первого сумматора, соединенного с источником опорного напряжения, входы второго линейного масштаб35 ного элемента и второго масштабного квадратора соединены со вторым входом блока коррекции, а выходы — со входами второго сумматора, выход которого связан с первым входом нуль-органа, второй вход

40 которого подключен к вы«оду первого сумматора, а выход — к вы«оду блока коррекции.