Термостат его варианты

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 0 0 30 НЫЙ КОМИТЕТ СССР БРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ УДАРСТ ДЕЛАМ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСК СВИДЕТЕЛЬСТВ Р г гг(71) Специализированное конструкторскотехнологическое бюро твердотельной электроники с опытным производством Института прикладной физики АН. Молдавской ССР(57) 1. Термостат, содержащий два электрода, выполненные в .виде концентрических тел вращения, межэлектродный зазоркоторых частично заполнен электропроводным порошком, а электроды подключены кблоку питания, подключенному к блоку управления, соединенному с термодатчиком инагревателем, размещенными на внутреннем электроде, охватывающем термостатируемый объект, отличающийся тем, что, сцелью расширения диапазона термостатирования, в зазоре между электродами установлен промежуточный сферический электрод,образующий две несообщающиеся междусобой полости, причем промежуточный сферический электрод и электрически соединенные между собой внешний и внутреннийэлектроды подключены к противоположным ц,Я 01160384 А полюсам блока питания, а радиусы электродов связаны соотношением:Га Рй Оч, - 1 фг)Ъ (г - 1)где г, - радиус внутреннего электрода;г, - радиус промежуточного электрода;г - радиус внешнего электрода.2. Термостат, содержащий два электрода, выполненные в виде концентрических тел вращения, межэлектродный зазор которых частично заполнен электропроводным порошком, а электроды подключены к блоку питания, подключенному к блоку управления, соединенному с термодатчиком и нагревателем, размещенными на внутреннем электроде, охватывающем терм остатируемый а объект, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона термостатирования, в зазоре между электродами установлен пронежуточный дилиндрический электрод, об.разующий две несообщающиеся между собой полости, причем промежуточный ци- Я линдрический электрод и электрически соединенные между собой внутренний и внешний электроды подключены к противоположным полюсам блока питания, а радиусы электродов связаны соотношением 1 Ь где г, - радиус внутреннего электрода; г, - радиус промежуточного электрода; гк - радиус внешнего электрода.50 55 Изобретение относится к теплотехнике,точнее к устройствам для термостатирования различных объектов, и основано на воздействии электрического поля на дисперсную электропроводную среду.Целью изобретения является расширение диапазона термостатирования объекта.На фиг. 1 и 2 схематически изображеныварианты выполнения предлагаемого термостата.По первому варианту (фиг. 1) термостат состоит из внешнего сферического элек. трода 1, в котором на диэлектрических шайбах 2 установлен шаровой (внутренний)электрод 3. В шаровом электроде 3 установлен термостатируемый объект 4, напримеркристалл оптического преобразователя частоты. Торцы кристалла защищены оптическими окнами 5 и отделены от полости,.образованной электродами 1 и 3 диэлектрическими шайбами 2. При термостатированиидругих объектов, например электронныхблоков, через торцы осуществляются электрические соединения. На шаровом электроде 3 размещены нагреватель 6 и термодатчик 7, подключенные к последовательносоединенным блоку 8 управления и блоку 9питания. В зазоре между сферическим 1 ишаровым 3 электродами концентрически установлен промежуточный сферический электрод 10, разделяющий межэлектродный зазор на две несообщающиеся полости 11и 12, частично заполненные электропроводным порошком 13. Сферический 1 и шаровой 3 электроды соединены между собойэлектрически и соединены с одним из полюсов блока 9 питания, а промежуточный электрод 10 - с противоположным полюсомблока 9 питания. Один из полюсов блока 9питания может быть заземлен.По второму варианту выполнения (фиг. 2)термостат состоит из внешнего цилиндрического электрода 14, в котором на диэлектрических шайбах 2 установлен внутреннийцилиндрический электрод 15. Во внутреннем электроде 15 установлен термостатируемый объект 4, например кристалл оптического преобразователя частоты.От окружающей среды термостатируемый объект 4 отделен оптическими окнами 5.При термостатировании других объектов оптические окна 5 могут быть исключены.На внутреннем электроде размещен нагреватель 6 и термодатчик 7, подключенныек последовательно соединенным блоку 8 управления и блоку 9 пита 1 ия,В зазоре между электродами 14 и 15параллельно установлен промежуточныйцилиндрический электрод 16, разделяющийзазор на две несообщающиеся полости 17и 18, частично заполненные электропроводным порошком 1. Цилиндрические электроды 14 и 15 электрически соединены между 1 О 15 20 25 30 35 40 45 собой и одним из полюсов блока 9 питания, а промежуточный электрод 16 - с противоположным полюсом блока 9 питания. Один из полюсов блока 9 питания может быть заземлен.Несообщающиеся полости заполняются электропроводным порошком на 0,5 - 2/, от объема полости, так как указанная объемная концентрация электропроводного порошка является оптимальной с точки зрения получения максимального диапазона изменения термического сопротивления полостей.Термостат работает следующим образом.При подаче разности потенциалов на соединенные цилиндрические электроды 14, 15 и промежуточный цилиндрический элек-трод 16 от блока питания 9 в полости 17 между внутренним цилиндрическим электродом 15 и промежуточным цилиндрическим электродом 16, а также в полости 18 между промежуточным цилиндрическим электродом 16 и цилиндрическим внешним электродом 14 возникает электрическое поле, приводящее частицы электропроводного порошка 13 в автоколебательное движение. При столкновении с электродами 14 - 16, находящимися при различной температуре, частицы электропроводного порошка 13 осуществляют перенос тепла от более нагретой поверхности к менее нагретой. Термостат со сферическими электродами (по первому варианту) работает аналогично.Поскольку частота столкновений является функцией приложенного напряжения, переносимый частицами электропроводного порошка 13 тепловой поток функционально зависит от напряжения, вырабатываемого блоком 9 питания. Изменение величины этого напряжения, осуществляемое блоком 8 управления, соединенным с термодатчиком 7, позволяет поддержать неизменной температуру термостатируемого объекта 4. При наличии в термостатируемом объекте 4 достаточного собственного тепловыделения можно исключить нагреватель 6, или использовать его для ускорения достижения рабочего режима. В противоположном случае внутренний электрод снабжается нагреватслем 6, темловыделение в котором регулируется блоком 8 управления. Это позволяет дополнительно улучшить точность термостатирования.Расширение диапазона температуры термостатируемого объекта 4 в сторону верхней границы достигается уменьшением лучистого теплопереноса, обеспечиваемого установкой в межэ 1 ектродном зазоре промежуточного электрода 16.Сохранение нижней границы диапазона температуры требует согласованного управления автоколебательным движением частицэлектропроводного порошка 13 в обеих полостях при одинаковых разностях потенциалов между электродами 14.16 и 15.16, Согласованное управление, обеспечиваемое равенством пороговых напряженностей электрического поля в обеих полостях, позволяет осуществить как одновременное начало авто- колебательного движения (и, следовательно, теплопереноса), так и одновременное достижение максимального теплопереноса,Равенство пороговых напряженностей в обеих полостях достигается соответствующим выбором радиусов электродов 14 - 16,В сферической полости, ограниченной проводящими поверхностями радиусами г,(г,; напряженность электрического поля определяется выражением Е (г) = е,/г, где е - заряд сферической области радиусом г . Аналогично в сферической полости, ограниченной проводящими поверхностями радиусами ггз, Е(г) = е/г, где е - заряд сферической области радиусом г,. Величины зарядов е, еа могут быть найдены из соотношений е=сЮ, е=сБ, где Б - разность потенциалов между электродами.Величины емкостей, образованных поверхностями с радиусами г 1, г и г г соответственно равныс= г,г,/(г - г); с= гг,/(г - г,),откуда фЮ Вг 0, ,г, Ое =; еа= -----(г- г,)г, - г,)Поскольку начало автоколебательногодвижения частиц электропроводного порошка 13 начинается с внутренних поверхностей электродов 1 и 10 (радиусами г, гз),то равенство пороговых напряженностейэлектрического поля в обеих полостях можно записать в видеЕ 1(гр) = Е(у),откудае/гг = ег/гзили, 1",г(-)/г(г - г) - ггз(.)/гз(гз - г).Упрощение этого выражения приводит к приведенному отношению радиусов электро- дов г, г(г - г)гф )(г - Ъ)Аналогично для полостей, образованныхэлектропроводными цилиндрическими элек тродами г,г, г,гз, можно записатьЕ 1(г) = 22,/г; Е(г) = 2 х(р)где Х й - заряд на единицу длины внутренних (для каждой полостИ) электродов.Поскольку электрические емкости кон денсаторов в этом случае определяются выражениямис 1= 1/21 п (г г ); с -- 1/2;Ь(гз/г),то из условия равенства напряженности электрического поля на внутренних поверхностях электродов 14 и 16 Е(г) = Е,(гз) получают21.1/2 г, Ь(г/г,) = 2 И/2 г 1 п(г/г).Упрощение этого выражения приводит кследующему отношению цилиндрических электродов20В проведенных вычислениях предполагается, что толщина промежуточного электрода 16 мала, что обычно и требуется на практике во избежание увеличения перепада температуры на промежуточном электроде 16, что уменьшает диапазон температуры термостатируемого объекта 4.30Конкретный выбор варианта выполнениятермостата зависит от термостатируемого объекта и изменения его положения в пространстве. Для случая, когда термостатируемое тело занимает произвольное положение в пространстве (т.е. вращается вокруг всех трех осей), работоспособным будет первый вариант (сфера в сфере). Изготовление такого термостата для тел протяженных (типа цилиндра) связано с определенными неудобствами и повышенными затратами. Для таких тел подходит второй вариант выполнения термостата, однако в этом случае исключается возможность вращения вокруг оси, перпендикулярной образующей цилиндра.1160384 ю 4 1 г. Ф Я г Редактор А. ШандорЗаказ 3774/45 Максимишине Соста в ител ь Ю. ТетеляТехред И. ВерсТираж 863ВНИИПИ Государственного комитепо делам изобретений и отк113035, Москва, Ж - 35, Раушскаяилиал ППП Патент, г. Ужгород, ул Корректор МПодписноета СССРытийаб., д. 4/5Проектная,