Термостат

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнхСоцналнстнческнхРеслублнк в 1981962(23) ПриоритетОпубликовано 1 5 Й 2 8 2 Бюллетень М 4 6Дата опубликования описания 1 Ы 282 Р 11 М К з О 05 О 23/30 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытиИ(72) Авторы изобретения Л.И.Жилина и Н.Н.Иванова фд:ъТомский институт автоматизированных системф 4управления и радиоэлектроники(71) Заявитель Ь 4) ТКРМОСТДТ Изобретение относится к техникетермостатирования прецизионных устройств и узлов радиоэлектронной аппаратуры, может быть использовано вразличных отраслях промышленности,где повышение качества функционирования связано с сужением диапазона воздействующих температур,Известен термостат, содержащийтеплоиэолированный корпус, камеру,выполненные для обеспечения равномерного температурного поля из чистыхметаллов с высокой теплопроволностью,источник тепла (холода), термодатчик1) .Такой термостат обладает низкимКПД 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 техническойсущности 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 теплопроводныепластины 2.К недостаткам термостата относят 5ся потери тепла на нагрев теплоизоляции и корпуса, что объясняется наличием тепловой связи конструктивныхэлементов термостата с нагревателем,реализация эффекта повышения КПД эасчет введения теплопроводных пластинвозможна только для подогревных термостатов, использование дополнительных пластин приводит к увеличениюгабаритов и веса термостата,Целью изобретения является уменьшение времени выхода на режимтермостатирования.Поставленная цель, достигается тем,что в термостате, содержащем металлические корпус и камеру, источниктепла (холода) и термодатчик, полостьмежду металлическим корпусом и металлической камерой заполнена поляризо"ванным нематическим лиотропным кристаллом,25 нематические лиотропные кристаллыиспользуются для изготовления поляроидов. В начальной стадии они представляют жидкий. кристалл, а после испарения растворителя и поляриэации -ЗО твердый.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 кристалл электрического (магнитного) и температурного полей.Критическая напряженность магнит ного поляН = (.Т)/,Ь) д/ где Ь - толщина кристалла;коэффициент упругости 1х - магнитная восприимчивость.Критическая напряженность электрического поляе = (т/н( х 1 37 ае где- диэлек трическа я носприимч и- вость,После испарения растворителя н результате проведенной магнитотермической или электротермической поляризации, дипольные молекулы кристалла закрепляются в своей ориентации параллельно вектору напряженности поля, а индуцированные поверхностные заряды создают внутреннее поле, которое воздействует на электронную составляю щую теплопроводности. Поскольку после поляризации кристалл представляет твердое вещество, то при рассмотрении теплопередачи системы камера-корпус передача тепла конвекцией (происходит 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 объемаКонтроль температуры осуществляется термодатчиком 5, имеющим тепловой контакт с объектом статирования 6.Эффект увеличения КПД для нагренных и охлаждаемых термостатон достигается за счет направленной электро- термической поляризации кристалла 3.Устройство работает следующим образом. 55В выключенном состоянии температура всех элементов термостата равна температуре окружающей среды, при включении схемы регулирования термочувствительный мост, н плечо которо- о 0 го включен термодатчик 5, разбалансирован и на исполнительный элемент 4 подается управляющий сигнал. При приближении температуры статируемого объекта 6 к заданной температуре ста 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 корпусомзаполняется 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 диполей - к корпусу, положительной - к камере.Тепловой поток, рассеиваемый источником тепла, отражается от полированных стенок камеры, частично нагревает ее, то обеспечивая равномерностьтемпературного поля статируемого объема. Процесс теплопередачи от камеры к корпусу определяется теплопроводностью камеры, изоляции и корпуса.Механизм теплопередачи металлов (корпуса, камеры) обусловлен решеточнойи электронной составляющими теплопроводностиЛэ Сч Нф Еэдла чистых металлснЛкр сч иф Ефф(О- .о , - " 1 о.э -2 эф з эчр ф ф7 эпоэтому л- 100, т.е. электронная теплопроводность. на 1-2 порядка больше решеточной. Следовательно, активно воздействуя на электронную составляющую теплопронодности можно замедлять или ускорять процесс тепло- передачи во внешнюю среду.Для подогревных термостатов при ориентации кристалла отрицательнойстороной диполей к камере, внутреннее поле поляризованного кристалла тормозит процесс теплопередачи за счет электронной составляющей и общая теплопроводность определяется решеточнойсоставляющей, вследствие чего основная часть теплового потока сохраняется внутри статируемого объема,уменьшается мощность потерь, увеличивается КПД, уменьшается время выхода на режим,Для охлаждаемых термостатов приориентации кристалла отрицательнойстороной диполей к корпусу внутреннее поле кристалла замедпяет процесс981962 формула изобретения Составитель Н. Мирная едактор А, Долинич Техред М,Коштура Корректор Г. РешетниТираж 914 осударственного лам изобретений Москва, Ж, Р Покомитета СССи отк рытийушская наб.,исн д. 4/ Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 теплопередачи из среды. внутрь статируемого объема, следовательно, уменьшается мощность потерь,увеличиваетсяКПД.Кроме того, нет необходимости обеспечивать тепловой контакт нагревателя с максимально возможной поверхностью камеры. Использование предложенной конструкции подогревного термостата с заполнением пространствамежду камерой и корпусом электротермически поляризованным кристалломна основе водно-спиртового раствораолеата калия (напряженность электрического поля Е = 50000 В/см, лТ=100 К,число термоциклов п=4) позволило повысить КПД на 30, уменьшить времявыхода на режим в 2,8 раза,, Для охлаждаемых термостатов на основе термоэлектрических батарейТЭМОполучено увеличение КПД на25, время выхода на режим уменьшенов 2 раза. Термостат, содержащий металлический корпус с размещенной в нем рабочей металлической камерой с установленными в ней термодатчиком и источником тепла (холода), о т л и ч а ю "щ и й с я тем, что, с целью уменьшения времени выхода на режим термостатирования термостата,полость меж О ду металлическим корпусом и металлической рабочей камерой заполнена поляризованным нематическим лиотропнымкристаллом,1 15 Источники информации, принятые по внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР9 607135, кл. С 05 О 23/30, 1975.20 2. Авторское свидетельство СССР9 537332, кл, 6 05 Р 23/30, 1973 (прототип) .