Термостат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ii 997006

Сеюэ Севетскнх

Социалистически@

Республик (63) Дололнительиое к asz. свид-ву(22) Заявлено 31,03,81 (21) 32б7732/18-24 (И) М. Ка.з а О5 О 23/ЗО сприсоединениемэаявки й8—

Государстаеииый комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий (23) Приоритет " (ЩУДК 62.1.555 (088.8) Опубликовано 15.0283. Бюллетень М б

Дата опубликования описания 15. 02. 83

Б. Н. Певзнер, В. Б. зубовской .т В. И -Леднтьев

Ф

Особое конструкторское бюро Ордена.ленина:института физики -Земли им. О. Ю. Шмидта .(72) Авторы изобретения

{71) Заявитель (54) ТЕРИОСТАТ

Изобретение относится к технике термоста*ирования, а именно к устрой- ствам для термостатирования различных элементов и приборов, например чувствительных систем гравиметров, и может быть использозано в различных областях техники, где необходимо поддержание постоянной температуры отдельных элементов или систем.

Известны термостаты, .содержащие. теплоизоляционный кожух, в котором размещена термостатируемая камера. с нагревателем на ее боковой поверхности (1 ).

В таких термостатах датчик температуры измеряет ее в какой-либо фиксированной точке или- среднюю по поверхности камеры. При этом температурное поле камеры существенно меняется при изменении внешней температуры, по длине камеры возможны большие градиенты -температуры, что не позволяет обеспечить- высокую точность термостатирования.; Известен также термостат, содержащий тенлоизоляционный кожух, внутри которого расположена термостатируемая камера с нагревателем и датчиком температур. Для повьыения точности термостатирования внутри камеры такого термостата установлен металлический стержень с дополнитель-. ным нагревателем L2).

Однако разнесенность нагревателя и датчика приводит к фазовому запаздыванию и самовозбуждению системы регулирования при больших коэффициентах передачи в цепи обратной связи

10 что снижает точность термостатирования.

Для уменьшения потерь тепла в качестве теплоизоляционного кожуха используют сосуд Дьюара, что позволяет уменьшить размеры термостата, а для повыаения точности работы систеьы регулирования уменьшают тепло-, вое сопротивление между нагревателем и камерой термостата, для чего провод нагревателя наматывают непосред" ственно на поверхность камеры в один слой. При этом наименьшую погрешность, как известно, имеют системы пропорционального терморегулирования с объединенным измерительным и нагревательным элементами, так,как в этом случае запаздывание в системе регулирования-минимально, что позволяет повысить точность стабилиза-

ЗО ции температуры.

997006

Наиболее близким по технической сущности, к предложенному является термастат, содержащий сосуд Дьюара с теплоиэоляционной пробкой и камерой тепла, на поверхности которой размещен основной нагреватель, подключенный к блоку управления, Для повышения точности работы термастат снабжен дополнительным нагревателем, размещенным на теплоизоляционной пробке 13)..

В таком термостате снижено влияние изменения температуры окружающей среды на распределение температурного поля, однако и здесь отсутствует выравнивание температурных градиентов. Датчик регистрирует интегральную температуру объекта, тогда как по длине объекта возможны большие градиенты температуры. Это не позволяет достичь высокой точности термостатирования, особенно необходимой в термостатах гравиметров.

Целью изобретения является повышение точности термостатирования путем обеспечения максимального теплового контакта термочувствительной части иэмерительно-нагревательной обмотки термостата с термостатируемым объектом.

Поставленная цель достигается тем, то в термоста-.е, содержащем сосуд Дьюара с расположенным в нем тепловыравнивающим корпусом, на котором размещена связанная с блоком управления измерительно-нагревательная обмотка, и теплоизоляционную пробку с первым нагревателем, на внутренней поверхности тепловыравнивающега корпуса в средней части выполнен связанный с термостатируемым объектом выступ, на котором размещена термочувствительная часть измерительно--нагревательной обмотки, причем в верхней части теплавыравнивающего корпуса установлен второй нагреватель, включенный параллельно с иэмерительно-нагревательной обмоткой, Таким образом, объект термостатирования имеет непосредственный контакт только с термочувствительным плечом моста, а часть корпуса, на которой размещена остальная обмотка, изолирована от объекта воздушным слоем (порядка 5 мм), создающим большое тепловое сопротивление между объектом и корпусом в зоне отсутствия прямого контакта с термочувствительным плечом.

Кроме того, для обеспечения минимальных градиентов температуры по длине термостатируемого объекта в верхней части тепловыравнивающего корпуса установлен второй дополнительный нагреватель, включенный параллельно с измерительно-нагреватель ной обмоткой и компенсирующий неод-, . народность теплового сопротивления корпуса с внешней средой.

За счет такого выполнения термостата повышается точность термостатирования, так как обеспечивается минимальный перепад ме кду термостатируемым объектом и термочувствительным плечом измерительной схемы, т.е. максимальная теплопередача между ними»

На фиг. 1 представлена конструктивная схема предложенного термостата, на фиг. 2 - схема терморегулирования.

Термастат содержит сосуд Дьюара 1

15 с теплоизоляционной пробкой 2 внут1 ри которой установлены первый нагреватель 3, выполненный в виде однослойной обмотки, и дифференциальный усилитель 4, связанные с термачувствительным мостом 5 и блоком управления (не показан).

Внутри сосуда Дьюара размещен тепловыравнивающий корпус 6, выполненный из материала с высокой теплопроводностью в форме закрытого ци25 линдрического стакана,. на боковой поверхности которого размещена измерительно-нагревательная обмотка в виде бифилярной намотки медных и манганиновых проводов (термочувстви3О»тельный мост) .

Внутри тепловыравнивающего корпуса 6 установлен термостатируемый обьект 7, к которому прилегает выступ 8 тепловыравнивающего корпуса, I

35 выполненный в средней части тепловыравнивающего корпуса 6. При этом термочувствительная часть 9 измерительно-нагревательной обмотки расположена на выступе тепловыравнивающе4g ro корпуса в зоне теплового контакта с терм статируемым объектом.

В верхней части корпуса размещен второй нагреватель 10 в виде однослойной обмотки, включенный параллель. но с измерительно-нагревательной обмоткой. Корпус окружен слоем 11 изоляции, например мипорой. . Терморегулирование предложенного термостата осуществляется по схеме с обьединенным измерительно-нагревательным мостом, Схема (см. фиг. 2) содержит термочувствительный мост, в котором сопротивления к1 »и R2 выполнены иэ медного. провода и являются термочувствительными элементами, а сопротив ления R3 и кч выполнены иэ манганинового провода, сопротивление которого не зависит от температуры. Такая мостовая схема является саморе6(3 гулирующейся, т.е. одновременна служит и датчиком температуры и нагревателем (исполнительным элементом), К входу моста параллельно подсоединены первый нагреватель R5 (фиг, 1, п, 3) и второй нагреватель йб

997006 (фиг. 1, п. 10). На выходе моста установлен дифференциальный усилитель 4 . (фиг, 1, п. 4), связанный с блоком управления 12 и источником постоян,.ного напряжения 12В, Термостат работает следующим образом.

Через блок управления на термочувствительный мост 5 и включенные параллельно ему обмотки 3 и 10 подают напряжение. питания. При измене.нии температуры термостатируемого объекта 7 сигнал разбаланса с моста поступает на входы дифференциального усилителя 4, а затем - на усилитель мощности блока управления, который в случае увеличения температуры уменьшает напряжение, подаваемое на мостовую схему, и наоборот.

Температура термостатирования Т определяется по формуле

Т. +bT (1 где Т вЂ” температура баланса моста, ЬТ - отклонение температуры от точки баланса моста.

При отклонении температуры объекта от точки баланса моста (см.фиг.2) в результате изменения сопротивлений термочувствительных элементов R1 и

«к2 на диагонали моста возникает сигнал разбаланса d О, который подается на вход дифференциального усилителя 4

/ о0 2 (ЬТ (2) где 0 — выходное напряжение диффе ренциального усилителя, о — температурный коэффициент сопротивления меди.

С выхода дифференциального усилителя 4 через блок управления 12, со-. держащий усилитель мощности, на термочувствительный мост и нагреватели

К5 и йб подается напряжение

U К.dÎ, (3) где К вЂ” коэффициент усиленИя дифференциального усилителя. Из формул. (2) и (3) получаем

АТ (4)

Затем из формул (1) и (4) определяем значение температуры термостатирования

Т = Т + —.

2 (5) .т О юа К

В термостатах известных конструкций полученное соотношение (5) определяет температуру датчика температуры (измерителя). Использование данной схемы терморегулирования в предложенной теплофизической конструкции термостата позволяет осуществлять регулирование температуры объ4 екта, находящегося в непосредственном. тепловом контакте только с термочувствительными элементами моста.

Технико-экономическая эффективность использования изобретения обус. ловлена снижением термических погрешностей, определяемых характером теп- лообмена в месте контакта с датчиком температуры. В предложенном термостате обеспечивается прямой контакт термочувствительного плеча моста с термостатируемым объектом, за счет чего температура датчика максимально приближается к температуре объекта термостатирования. Введен также второй регулируемый нагреватель, позволяющий свести к минимуму градиенты температуры по всему термостатируемому объекту, что особенно важно для гравиметров. В результате этого снижается инерционность термостата и повышается точность термостатирования.

Использование предлагаемого термостата обеспечивает по сравнению с известными увеличение коэффициента термостатирования до величины порядка 2 ° 104(лучшие термостаты известных гравиметров 1-го класса, например

ГАГ-2, имеют коэффициент термостатирования не более 500), уменьшение времени выхода в рабочий режим и улучшение выравнивания градиентов температуры о всему термостируемому объекту.

Формула изобретения

Термостат, содержащий сосуд Дьюара с расположенным в нем тепловыравни-вающим корпусом, на котором размеще40 на связанная с блоком управления измерительно-нагревательная обмотка, и теплоизоляционную пробку с первым нагревателем, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точ45 ности термостатирования, на внутренней поверхности тепловыравнивающего корпуса в средней части выполнен связанный с термостатируемым объектом выступ, на котором размещена термочувствительная часть измерительноиагревательной обмотки, причем в верхней части тепловыравнивающего корпуса установлен второй нагреватель, включенный параллельно с измерительно55 нагревательной обмоткой, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Кейн В. N. Конструирование терморегуляторов. М., "Советское радио", 1971, с. 55.

d0 . 2. Авторское свидетельство СССР

Р 414574, кл. 6 05 0 23/30, 1972 °

3. Авторское свидетельство СССР

Р 596924, кл. 6 05 0 23/30, 1976 (поототип).