Термостат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскнх

Соцналнстнческнх

Реслублнк

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлеио16. 03.81 (21) 3260328/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 1 -51 2 8 2- Бюллетень М 4 6

Дата опубликования описания 1 1282

Р М К з

G 05 0 23/30

Государственный «омнтет

СССР по делам изобретений и открытий (33) УДК 621,555 (088. 8) 4@ л: т ."т ;t .)

4 д

1 (-, чс (72) Авторы изобретения

Л.И.Жилина и Н.Н.Иванова !

Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (71) Заявитель (54) TEFMOCTAT

Изобретение относится к технике термостатирования прецизионных устройств и узлов радиоэлектронной аппаратуры, может быть Hc ïîëüçoâàíî в различных отраслях промышленности, где повышение качества функционирова— ния связано с сужением диапазона воздействующих температур.

Известен термостат, содержащий теплоиэолированный корпус, камеру, выполненные для обеспечения равномерного температурного поля из чистых металлов с высокой теплопроволностью, источник тепла (холода), термодатчик (17 .

Такой термостат обладает низким

КПД и большим временем выхода в стационарный тепловой режим за счет потерь тепла и времени на нагрев (охлажцение) корпуса, теплоизоляции, камеры и других конструктивных элементов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является термостат, содержащий теплоизолированный корпус, в котором размещена металлическая камера с нагревателем, а между нагревателем и теплоиэоляционным корпусом с зазором установлены закрепленные на торцовых стенках металлической камеры теплопроводные пластины (27 .

К недостаткам термостата относят5 ся потери тепла на нагрев теплоизоляции и корпуса, что объясняется наличиемм тепловой св я зи конструктивных элементов термостата с нагревателем, реализация эффекта повышения КПД эа сч е т в в еде н и я теп лоп ров одных пластин возможна только для подогревных термостатов, использование дополнительных пластин приводит к увеличению габаритов и веса термостата.

Целью изобретения является уменьшение времени выхода на режим термостатирования.

Поставленная цель .достигается тем, что в термостате, содержащем металлические корпус и камеру, источник тепла (холода) и термодатчик, полость между металлическим корпусом и металлической камерой заполнена поляризо" ванным нематическим лиотропным крис таллом.

25 нематические лиотропные кристаллы используются для изготовления поляроидов. B начальной стадии они представляют жидкий. кристалл, а после испарения растворителя и поляриэации—

30 твердый.

Э81962

В предлагаемой конструкции полость между камерой и корпусом сначала заполняют кристаллом, а затем проводится электротермическая или магнитотермическая поляризация. Сущность электротермической (магнитотермической) поляризации. заключается в одновремен,ном направленном воздействии на кри сталл электрического (магнитного) и температурного полей.

Критическая напряженность магнит- 10 ного поля

Н = (,Т)/,h) )/ где h — толщина кристалла; коэффициент упругости1 х — магнитная восприимчивость.

Критическая напряженность электрического поля е = (т/h) чх j ае, где — диэлек трическа я носприимч ивость.

После испарения растворителя н результате проведенной магнитотермической или электротермической поляризации, дипольные молекулы кристалла за->5 крепляются в своей ориентации параллельно вектору напряженности поля, а индуцированные поверхностные заряды создают внутреннее поле, которое воздействует на электронную составляю- З0 щую теплопроводности. Поскольку после поляризации кристалл представляет твердое вещество, то при рассмотрении теплопередачи системы камера-корпус передача тепла конвекцией (про-35 исходит лишь в газах и жидкостях) и излучением отсутствуют.

Конструкция термостата представлена на чертеже.

Термостат содержит металлический 40 корпус 1, металлическую камеру 2, полость между камерой и корпусом заполнена электротермически (магнитотермически) поляризованным нематическимлиотропным кристаллом 3. Источник тепла (холода) 4 расположен внутри статируемого объема. Контроль температуры осуществляется термодатчиком

5, имеющим тепловой контакт с объектом статирования б.

Эффект увеличения КПД для нагренных и охлаждаемых термостатон достигается за счет направленной электротермической поляризации кристалла 3.

Устройство работает следующим обра зом. 55

В выключенном состоянии температура всех элементов термостата ран на температуре окружающей среды, при включении схемы регулирования термочувствительный мост, н плечо которо- о0 го включен термодатчик 5, разбалансирован и на исполнительный элемент 4 подается управляющий сигнал. При приближении температуры статируемого объекта 6 к заданной температуре ста- 65 тирования, благодаря тесному тепловому контакку термодатчика 5 и термостатируемого объекта 6, устанавливается баланс моста, регулятор отключается. Тепловой баланс мощности, выделяемой исполнительным элементом, и мощности, рассеиваемой термостатом зависит от температуры статиронания, температуры среды и сопротивления теплопередачи во внешнюю среду.

В предлагаемой конструкции уменьшение времени выхода на режим термостатирования, увеличение КПД достигаются за счет уменьшения мощности потерь. Объем между камерой и корпусом заполняется нематическим лиотропным кристаллом, который подвергается направленной электротермической или магнитотермической поляризации: для подогревных термостатов отрицательной стороной диполей — к камере, положительной — к корпусу; при охлаждаемых — отрицательной стороной диполе и — к корпусу, положитель ной - к камере.

Тепловой поток, рассеиваемый источ ником тепла, отражается от полированных стенок камеры, частично нагревает ее, то обеспечивая равномерность температурного поля статируемого объема. Процесс теплопередачи от камеры к корпусу определяется теплопроводностью камеры, изоляции и корпуса.

Механизм теплопередачи металлов (корпуса, камеры) обусловлен решеточной и электронной составляющими теплопроводности

) э е (1 дла чистых металлсн

Л р ч (1ф ф

Ф ч U

"- (И;, "- о; — о э „-2 эф„з ф ф

7э поэтому — „„10 100, т. е. электронная теплопроводность. на 1 — 2 порядка больше решеточной. Следовательно, активно воздействуя на электронную составляющую теплопронодности можно замедлять или ускорять процесс теплопередачи во внешнюю среду.

Для подогревных термостатов при ориентации кристалла отрицательной стороной диполей к камере, внутреннее поле поляризованного кристалла тормозит процесс теплопередачи за счет электронной составляющей и общая теплопроводность определяется решеточной составляющей, вследствие чего основная часть теплового потока сохраняется внутри статируемого объема, уменьшается мощность потерь, увеличивается КПД, уменьшается время выхода на режим.

Для охлаждаемых термостатов при ориентации кристалла отрицательной стороной диполей к корпусу внутреннее поле кристалла замедляет процесс

981962

Формула изобретения

Составитель Н. Мирная

Редактор А. долинич Техред Е.Еоштура Корректор Г. Решетник

Заказ 9710/67 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4 теплопередачи из среды. внутрь статируемого объема, следовательно, уменьшается мощность потерь, увеличивается

КПД.

Кроме того, нет необходимости обеспечивать тепловой контакт нагревателя с максимально возможной поверхностью камеры. Использование предложенной конструкции подогревного термостата с заполнением пространства между камерой и корпусом электротермически поляризованным кристаллом на основе водно-спиртового раствора ,олеата калия (напряженность электри ческого поля Е = 50000 В/см, лТ=100К, число термоциклов h=4) позволило повысить КПД на 30%, уменьшить время выхода на режим в 2,8 раза., Для охлаждаемых термостатов на основе термоэлектрических батарей

ТЭМО-3 получено увеличение КПД на

25%, время выхода на режим уменьшено в 2 раза.

Термостат, содержащий металлический корпус с размещенной в нем рабо5 чей металлической камерой с установленными в ней термодатчиком и источником тепла (холода), о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения времени выхода на режим термостатирования термостата,полость меж1О ду металлическим корпусом и металлической рабочей камерой заполнена поляризованным нематическим лиотропным кристаллом, 1

15 Источ ники информации, прин ятые по в нима ние при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 607135, кл. G 05 D 23/30, 1975.

29 2. Авторское свидетельство СССР

Р 537332, кл. G 05 D 23/30, 1973 (прототип) .