Способ термостатирования и устройство для его осуществления

 

i ц 769510

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистичесних

Реслублин (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.01.79 (21) 2720354/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень № 37 (45) Дата опубликования описания 07.10.80 (51) М. К .

О 05D 23/00

Государственный комитет

СССР но делам иэобретений н открытий (53) УДК 621.646 (088.8) (72) Авторы изобретения Ю. П. Хорунжин, Г. С. Петров, А. Н. Смирнов и А. Г. Петровичев (71) Заявитель

Государственное специальное конструкторское бюро теплофизического приборостроения

P4 COOCOS 4rVMOCXAmPOSA44Og H VC PO44C4aO

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ,!6 л, е., т..;

Изобретение относится к области термостатирования и может быть использовано при создании термостатов, например, для статирования опорных термопар.

Известен способ автоматического регулирования температуры, заключающийся в управлении источником питания термоэлектробатареи с помощью термосопротивления, изменяющего свое сопротивление в зависимости от температуры в месте его установки (1). Недостатком способа является нестабильность точки статирования из-за изменения номинального сопротивления применяемых термосопротивлений при их старении.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ термостатирования (2), включающий регулирование подводим ой к термостатируемому объекту тепловой мощности в зависимости от изменения агрегатного состояния теплоаккумулярующего вещества.

При охлаждении рабочего вещества, например воды, последняя, замерзая, увеличивается в объеме, что приводит к перемещению подвижного дна сильфона, неподвижное дно которого закреплено на камере.

Перемещение подвижного дна сильфона с установленным на нем штоком и источником тепла относительно тепломеров вызывает появление сигнала рассогласования, который изменяет проходящий через термоэлектробатарею ток.

Недостатками способа термостатирования являются его невысокие надежность и точность. Кроме того, возникают трудности с заполнением рубашки рабочим веществом, требующим вакуумирования термостатируемого объема. щ Целью изобретения является повышение надежности и точности способа тремостатирования и устройства для его осуществления.

Эта цель достигается тем, что по предла15 гаемому способу термостатирования регулируется подводимая к термостатируемому объему тепловая мощность в зависимости от начала и окончания изменений агрегатного состояния теплоаккумулирующего вещества. Моменты начала и окончания изменения агрегатного состояния теплоаккумулирующего вещества определяют путем измерения сигнала о нарастании скорости изменения теплового потока между термостатируемым объектом и окружающей средой, в зависимости от полярности которого изменяют величину подводимой тепловой мощности.

Такой способ реализуется устройством

30 для термостатирования, содержащим теп769510

З0

3 лоизолирова иную камеру с рубашкой, заполненной теплоаккумулирующим веществом в двухфазном состоянии и последовательно соединенные триггер, реле управления и источник тепла.

Отличие устройства, позволяющее осуществить новый способ состоит в том, что оно содержит последовательно соединенные датчик теплового потока, первый и второй дифференцирующие элементы и пороговый элемент, выход которого подключен ко входу триггера. Датчик теплового потока и источник тепла связаны с рубашкой теплоизолированной камеры.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображены временные зависимости температуры термостатируемого объекта, теплового потока между термостатируемым объектом и окружающей средой, а также первой и второй производных по времени указанного потока. На фиг. 2 изображена функциональная схема устройства для осуществления способа.

Устройство содержит теплоизолированную камеру 1 с рубашкой 2, заполненной теплоаккумулирующим веществом в двухфазном состоянии и последовательно соединенные триггер 4, реле 5 управления и источник 6 тепла, а также последовательно соединенные датчик 7 теплового потока, первый и второй дифференцирующие элементы 8 и 9 и пороговый элемент 10, выход которого подключен ко входу триггера 4.

Датчик 7 и источник 6 тепла связаны с рубашкой 2 камеры 1.

Способ осуществляется следующим образом.

При охлаждении теплоаккумулирующего вещества в двухфазном состоянии, например воды, его температура снижается до температуры кристаллизации. Во время кристаллизации (образование льда) происходит выделение свободной энергии в виде тепла. Поэтому температура рабочего теплоаккумулирующего вещества во время кристаллизации постоянна (см. фиг. 1, а).

После того как все теплоаккумулирующее вещество перейдет из жидкого в твердое состояние, при дальнейшем охлаждении температура его снижается. Тепловой поток между окружающей средой и термостатируемым объемом также изменяется, а в момент кристаллизации скорость изменения теплового потока равна нулю (см. фиг.

1, б). Выделяя первую производную изменения теплового потока (см. фиг. 1, в), а затем вторую производную (см. фиг. 1, г) и преобразуя ее в импульсы, осуществляют управление величиной подводимой тепловой мощности.

При подаче питания на источник 6 тепла полярности соответствующей работает в режиме охлаждения, охлаждается камера

1 и находящееся в рубашке 2 теплоаккумулирующее вещество в двухфазном состоянии, При этом тепловой поток между термостатируемым объектом и окружающей средой возрастает (см. фиг. 1, б). Связанный с камерой 1 датчик 7 вырабатывает сигнал, пропорциональный тепловому потоку, При достижении теплоаккумулирующей веществом температуры кристаллизации (что сопровождается выделением тепловой энергии) тепловой поток постоянен и, следовательно, сигнал датчика 7 не изменяется. При окончании кристаллизации теплоаккумулирющего вещества его температура снижается, Это вызывает изменение теплового потока, а следовательно, и изменение сигнала с датчика 7. Этот сигнал подается на первый дифференцирующий элемент 8, где выделяется первая производная по времени теплового. потока (см. фиг. 1, в), которач подается на второй дифференцирующий элемент 9, выделяющий вторую производную по времени теплового потока.

Выделение второй производной теплового потока (термостатируемый объект — окружающая среда) необходимо для определения моментов начала и окончания перехода двухфазного состояния вещества в однофазное, Выделенная вторая производная подается на пороговый элемент 10, который преобразует ее в импульс управления(см. фиг. 1, г). Далее импульс управления подается на триггер 4, обеспечивающий срабатывание реле 5 управления, которое изменяет режим питания источника 6 тепла.

В результате обесточивания источника 6 тепла охлаждение камеры 1, рубашки 2 с теплоаккумулирующим веществом и термостатируемого объекта прекратится. За счет теплопритоков из окружающей среды в термостатируемый объект 11 через теплоизоляцию температура теплоаккумулирующего вещества начнет повышаться, что вызовет его плавление, т. е. изменение агрегатного состояния. А так как плавление происходит с поглощением того же количества тепла что выделилось при кристаллизации, то температура теплоаккумулирующего вещества и термостатируемого объекта будет некоторое время постоянна.

Это время зависит от физических характеристик теплоаккумулирующего вещества, его массы, а также от величины теплопритоков, проходящих через теплоизоляцию.

После окончания плавления теплоаккумулирующего вещества его температура за счет теплопритока начнет повышаться, следовательно, изменится тепловой поток (окружающая среда — термостатируемый объект). В результате это изменение теплового потока в виде сигнала передается на триггер 4, обеспечивающий включение источника 6 тепла в режиме охлаждения.

Изобретение позволяет добиться повышения надежности и точности термостатирования.

769510

venue TD

Данный способ термостатирования был опробован на опытном производстве ГСКБ

ТФП при разработке термоэлектрических устройств для термостатирования рабочих спаев измерительных термопар.

Формул а изобретения

1. Способ термостатирования, включающий регулирование подводимой к термостатируемому объекту тепловой мощности в зависимости от начала и окончания изменения агрегатного состояния теплоаккумулирующего вещества, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности термостатирования, моменты начала и окончания изменения агрегатного состояния теплоаккумулирующего вещества определяют путем измерения сигнала об изменении скорости нарастания теплового потока между термостатируемым объектом и окружающей средой, в зависимости от полярности которого изменяют величину подводимой тепловой мощности.

2. Устройство для осуществления способа термостатирования по п. 1, содержащее теплоизолированную камеру с рубашкой, заполненной теплоаккумулирующим веществом в двухфазном состоянии, и последовательно соединенные триггер, реле управления и источник тепла, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и точности работы, оно содержит последовательно соединенные датчик теплового потока, первый и второй дифференцирующие элементы и пороговый элемент, выход которого подключен ко входу триггера, а датчик теплового потока и источник тепла связаны с рубашкой теплоизолированной камеры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Коленко Е. А. Термоэлектрические

1 охлаждающие приборы. Л., «Наука», 1967, с. 184 — 185.

2. Авторское свидетельство СССР № 504186, кл. G 05D 23/30, 1976 (прототип).

769510

Составитель Л. Птенцова

Техред О. Павлова

Корректор О. Гусева

Редактор Л. Утехина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 525118 Изд. № 514 Тираж 995 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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