Способ термоэлектрического термостатирования

О П И С А Н И Е пц 531967ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51) М,Г 25 В 21/О вкиГосударственный комкт Совета Министров ССС по делам изобретенийи открытий юллетень3 сания 02.12.76 3) УДК 621.362(088,8) 72) Авторы изобретен(71) Заявител ОБ ТЕРМОЭЛ ЕКТРИЧ ЕСКОГО ТЕРМОСТАТИ РОВ Изобретение касается холодильнои техники, в частности техники термоэлектрического охлаждения, и может быть использовано в термоэлектрических термостатирующих устройствах, применяемых для улучшения работы радиоэлектронных устройств, для улучшения технологических процессов, в метрологии, в биологии и медицине, в системах жизнеобеспечения подводных лодок и космических кораблей и т. п.Известны способы термоэлектрического термостатирования различных объектов на заданном температурном уровне, основанные на пропускании тока через термоэлектрический охладитель термоэлектрического термостата и принудительном изменении теплового сопротивления последнего 11.Однако известные способы обладают сравнительно низкой надежностью и точностью, а температурный диапазон эксплуатации устройств ограничен по верхнему, и особенно по нижнему пределу (на 5 - 10 градусов выше заданного температурного уровня термостатирования).Так, в устройствах, осуществляющих известные способы, при изменении теплового сопротивления термоэлектрического термостата (тепловое сопротивление между холодным спаем термоэлектрического охладнтеля термостата и окружающей средой с учетом теплориоов как через корпус термостата, так и через устройство теплосъема (радиатор, тепловая трубка и т. д.) и с горячих спаев термоэлектрического охладителя) пропускаемыи 5 через его термоэлектрический охладитель токне изменяют ни по величине, ни по направлению. Это приводит и неоптимальному рабочсму режиму термоэлектрического охладнтсля и, соответственно, повышенным тепловыделс ниям на его горячем спае, которые, в своюочередь, обусловливают повышенную температуру горячего сная, а последнее уменьшает надежность и технический ресурс работы термоэлектрического охладителя.15 Сравнительно низкая точность поддержания заданного температурного уровня обусловлена тем, что регулирование температуры производится за счет изменения теплового сопротивления термоэлектрического тсрмостата 20 при постоянном по величине и направленнотоке термоэлектрического охладитсля, а это обусловливает нпз 11 о чванствтсльпость и, соответственно, точность, а также ограшгчпваст температурный диапазон эксплуатации осугцс ствляющего способ устройства.Известен способ тсрмоэлск;рпчсского тсрмостатпрования путем принудительного пзмснсшш вслн пипл и на 11 равлсши пропускаемого чсрез термоэлектрические -лсмснты тока сост встственно величине и знаку разности темпе 531967ратуры окружающей среды и температуры, отвечающей заданному уровню термостатирования 21.Однако такой способ обладает сравнительно низкой точностью и надежностью термостатирования на заданном температурном уровне.Целью изобретения является повышение точности и надежности термостатирования на заданном температурном уровне.Зто достигается тем, что величину и направление тока изменяют таким образом, чтобы уровень термостатирования был равен или меньше заданного, если температура окружающей среды больше заданного уровня термостатирования, и равен или больше заданного, если температура окружающей среды меньше заданного уровня термостатирования и, при этом дополнительно принудительно изменяют величину теплового сопротивления термостата соответственно величине отклонения температуры в термостате от заданного уровня термостатирования.На чертеже приведена функциональная схема тсрмоэлсктрического термостатирующего устройства, осуществляюгцего предлагаемый способ.Устройство содержит два контура термостатирования: по возмущению (отклонению окружающей температуры от заданного температурного уровня термостатирования) и по отклонению температуры термостатируемого объекта от заданного температурного уровня.Первый контур включает в себя задатчик 1 температуры и датчик 2 температуры окружающей среды, выходы которых подключены к измерительному элементу 3, выход последнего - к входу усилительно-преобразовательного элемента 4, выход которого подключен к входу термоэлектрического исполнительного элемента (охладителя-нагревателя) 5, который термически соединен (холодо-теплопроизводительность д) с термостатируемым объектом 6,Второй контур также включает в себя задатчик 7 температуры и датчик 8 температуры тсрмостатируемого обьекта 6, выходы которых подключены к измерительному элементу 9, выход последнего - к входу усилительно-преобразовательного элемента 10, выход, которого подключен через схему несовпадения 11 по знаку входных сигналов к входу исполнительного элемента 12, принудительно изменяющего (в данном случае уменьшающего) тепловое сопротивление Л, термоэлектрического термо. стата соответственно величине отклонения температурного уровня (температуры термостатируемого объекта) от заданного.Управляющие входы схем несовпадения 11 подключены соответственно к выходу усилительно-преобразовательного элемента 4 первого контура и выходу усилительно-,преобразователыиэго элемента 10 второго контура, а последняя подключает, сигнал с выхода усилительно-преобразовательного элемента 10 на 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ,55 60 55 вход исполнительного элемента 12, если полярность сигналов У, и Ь соответственно усилительно-преобразовательных элементов 4 и 10 не совпадает, т. е. если сигнал (/, положительный (температура окружающей среды Яд больше заданного температурного уровня Мддд), а сигнал У отрицательный (температура термостатируемого об ьекта Я, меньше Язад) и наоборот (Яд(Язад а Явн)Язад) Если же полярность сигналов (7, и Ь одина,кова (обе положительны или обе отрицательны), то исполнительный элемент 12 не включен и тепловое сопротивление термоэлектрического термостата не изменяется.Вывод па режим и автоматическое поддержание режима термостатирования объекта 6 на заданном температурном уровне в широком диапазоне изменения наружной температуры и, соответственно, условий теплосьема со спаев охладителя производят следующим образом,Измеряют при помощи датчика 2 температуру окружающей среды Я, сравнивают се с заданным температурным уровнем термостатирования Яд, установленным в задатчике 1, и, при наличии отклонения (Л(/ на выходе измерительного элемента 3, усиленного и преобразованного до величины (7 на выходе элемента 4), пропускают ток через термоэлектрический охладитель 5, причем принудительно изменяют величину и направление пропускаемого через термоэлектрический охладитель 5 тока соответственно величине и знаку отклонения температуры окружающей среды Яд от заданного температурного уровня термостатирования фдад, таким образом, чтобы при максимальном значении теплового сопротивления термоэлектрического термостата Й, температурный уровень термостатирования (температураа тер мостатируем ого объекта) Ябыл р а- вен или меньше заданного Я,д, если температура окружающей среды Ябольше заданного температурного уровня фдад и равен или больше заданното Я,д, если температура окружающей среды Яменьше заданного температ 1 гно о У РовнЯ Яддд.При этом, до момента выхода на заданный температурный режим термостатирования, тепловое сопротивление А, термоэлектрического термостата пе изменяют (сохраняют максимальную величину), так как при Я) )Яд значение ЛЯ=Я - Яздд)0 и значепие ЛЯ,=Я - Я,дд)0, а при Я(Я, значение ЛЯд -- О - Яд,д(0 и значение ЛЯ,= =Я. - Яддд(0, т. е. исполнительный элемент12 пе включенПри незначительном переохлаждении термостатируемого объекта ЛЯ,(0 при ЛЯ) 0 или перегреве ЛЯ,)0 при ЛЯ(0, принудительно изменяют (уменьшают) тепловое сопротивление Л, (элемент 12 включен) термоэлектрического термостата соответственно величине этого отклонения (увеличивают тепло (холодо) притоки на холодный спай термоэлектрического охладителя),531967 10 15 Формула изобретения Составитель В. ОрловТехред Е. П одуруш ина Редактор Н. Каменская Корректор Л, Котова Заказ 2682/3 Изд.1832 Тираж 690 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская иабд. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 Таким образом, при широком диапазоне изменения температуры окружающей среды Ян надежно поддерживается заданный температурный уровень термостатирования с высокой точностью.Повышение надежности термостатирования и, соответственно, технического ресурса работы устройства обусловлено тем, что, при изменении температуры окружающей среды, изменяют величину и направление пропускаемого через термоэлектрические элементы тока, а последнее обусловливает оптимальный рабочий режим термоэлектрического охладителя и, соответственно, уменьшает тепловыделение на его горячем спае, т. е. температуру горячего спая охладителя, при этом точность термостатирования не зависит от изменения в процессе эксплуатации параметров элементов осуществляющих способ устройств,Способ термоэлектрического термостатирования путем принудительного изменения величины и направления пропускаемого через термоэлектрические элементы тока соответственно величине и знаку разности температуры окружающей среды и температуры, отвечающей заданному уровню термостатирования, о тл ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и надежности термостатирования, величину и направление тока изменяют таким образом, чтобы уровень термостатирования был равен или меньше заданного, если температура окружающей среды больше заданного уровня термостатирования, и равен или больше заданного, если температура окружающей среды меньше заданного уровня термостатирования, и при этом дополнительно принудительно изменяют величину теплового сопротивления термостата соответственно величине отклонения температуры в термостате от заданного уровня термостатирования,20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Зорин И. В., Зорина Э. Я. Термоэлектрические холодильники и генераторы изд. Энергия, Л., 1973, с. 45 - 80.25 2. Патент США3111008, кл. б 2 - 3,19,11.б 3,