Термоэлектрический термостат

) 111 51)5 6 05 О 23/ ЕНТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) о Института проецкого и Научнонение "Квант" елякво СССР 9, 1986.еского производБермина, М.: МаИИ ТЕРМОСТАТ к биологическо- рудованию коса именно к татам для И САН И Е И 3 С) Б РЕ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Опытное производствблем онкологии им.Р.Е. Кавпроизводственное объеди(57) Изобретение относитсяму исследовательскому обмических аппаратов,термоэлектрическим термо логических исследований преимущественно в условиях микрогравитации. Цель изобретения - повышение надежности термостата при отказе узла теплосброса, Термостат содержит термостатируемую камеру 1, полупроводниковую термобатарею 2, датчик 3 температуры, усилитель 4, ШИМ 5, ключевой элемент 6, фильтр 9, замыкающий контакт 12 включения, источник 14 питания, преобразователь 15, вентилятор 16, коммутатор 17, первый 19 и второй 24 коммутаторы, мультивибратор 20, триггер 25. Наличие схемы аварийного отключения, выполненной на двух компараторах, мультивибраторе, коммутаторе итриггере с их связями, исключает расплавление горячих спаев термобатареи. 1 ил,10 15 20 25 30 50 55 Изобретение относится к биологическому исследовательскому оборудованию космических аппаратов, а именно ктермоэлектрическим термостатам для биологических исследований преимущественно в условиях микрогравитации,Известен термостабилизатор, содержа/щий датчик и задатчик температуры, элемент сравнения, компаратор,термобатарею, запоминающий элемент,. ключ и генератор импульсов. В данном термостабилизаторе питание термобатареиосуществляется импульсами тока. В паузахмежду импульсами питания непосредственно на тех же клеммах термобатареи измеряется ЭДС Зеебека, которая сравнивается сразностным сигналом от датчика и задатчика температуры, Регулирование перепадатемпературы на термобатарее по результатам сравнения достигается изменением количества поданных на термобатареюимпульсов тока питания,Недостатками этого термостабилизатора являются невысокая точность поддержания заданной температуры при большихперепадах температуры окружающей среды. высокий уровень электромагнитных помех от импульсов тока питаниятермобатареи, наличие гармоник в спектретока питания термобатареи, не создающихтермоэлектрического эффекта. Кроме того,существенным недостатком конструкцииявляется отсутствие системы принудительного теплосброса от горячего спая термобатареи. Данная система теплосброса 3обязательна в условиях невесомости.Как известно, к термостатам для биологических исследований в космосе предъявляются требования высокой точности,экономичности и электромагнитной совместимости с другой бортовой аппаратурой,Указанные недостатки не позволяют использовать термостабилизатор в качестветермостата для биологических исследований в космосе. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому термостатуявляется выбранный в.качестве прототипатермостат, используемый для проведениябиологических экспериментов в условияхмикрогравитации, Этот термостат содержитполупроводниковую термобатарею, термостатируемую камеру с размещенным в нейдатчиком температуры, к выходу которогоподключены последовательно соединенныеусилитель, первые широтно-импульсныймодулятор, ключ и фильтр, при этом силовойвход первого ключа подсоединен через за-мыкающий контакт включения к источникупитания, а также последовательно соединенные вторые широтно-импульсный модулятор, ключ, фильтр, формирователь переменного напряжения и вентилятор принудительного охлаждения термобатареи, причем .силовой вход второго ключа связан с силовым входом первого ключа. Этот же термостат имеет ограничитель сигнала, входкоторого соединен с выходом усилителя, авыход - с входом второго широтно-импульсного модулятора.Существенным недостатком данноготермостата является то, что в случае отказаузла теплосброса отключение термостатаможет быть произведено лишь по командес Земли на основании телеметрических данных, поступающих с борта космического аппарата. Такая система аварийногоотключения инерционна и ненадежна, таккак зависит от внимания и субъективныхособенностей оператора. В случае несвоевременного отключения термостата возмо- .жен выход из строя термобатареи из-заперегрева и возникновения пожара на борту, что может привести к аварийной ситуации.Целью изобретения является повышение надежности термостата при отказузлатеплосброса,Цель. достигается тем, что в термостатвведены последовательно соединенныепервый компаратор, мультивибратор и коммутатор, а также последовательно соединенные второй компаратор и триггер,выходом подключенный к управляющемувходу ключевого элемента, а выход фильтраи второго компаратора соединены через перекидной контакт коммутатора с термобатареей.На чертеже представлена схема термостата.Термастат содержит термостатируемуюкамеру 1 с размещенными в ней полупроводниковой термобатареей 2 (холодныйспай ее смонтирован внутри камеры, а горячий - снаружи) и датчиком 3 температуры, ккоторому подключены последовательно соединенные усилитель 4, широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 5, ключевой элемент6, имеющий информационный вход 7 и управляющий вход 8, фильтр 9, при этом силовой вход 10 ключевого элемента 6 соединенс первой клеммой 11 замыкающего контакта12 включения, вторая клемма 13 которогосоединена с источником 14 питания. Упомянутые выше элементы представляют собойконтур, регулирующий температуру внутритермостата,Термостат содержит также узел принудительного теплосброса с термобатареи, сее горячего спая. Этот узел состоит из последовательно соединенных преобразователей 15 и вентилятора 16. Вход преобразо- батареи 2. Выход 23 коммутатора 17 оказывателя 15 соединен с клеммой 11 замыкаю- вается отключенным от второго компаратощего контакта 12. ра 24. Сигнал на триггер 25 не поступат.Для автоматического аварийного от- Поэтомунауправляющемвходе 8 нетзапреключения термостата в случае отказа узла 5 щающегосигналанавыключениеключевого теплосброса в нем имеется схема, состоя- элемента 6,щая из коммутатора 17 с первым входом 18, При большой разности температур с первого компаратора 19 и мультивибратора усилителя 4 на ШИМ 5 поступает большой 20. Причем эти элементы включены в схему сигнал, ШИМ 5 вырабатывает импульсы с последовательно друг с другом, при этом 10 минимальной скважностью, которые посту- коммутатор 17 имеет также второй управля- пают на фильтр 9, Далее постоянный сигнал ющий вход 21 и два выхода 22 и 23. поступает на первыйвход 18 коммутатораКроме того, в схему введены последова и на вход первого компаратора 19. С тельно соединенные второй компаратор 24 выхода компаратора 19 на вход мультивиби триггер 25. Коммутатор 17 выполнен на 15 ратора 20 поступает разрешающий сигнал. электромагнитном реле, имеющем перекид- Мультивибратор вырабатывает импульсы ной контакт, соединяющий термобатарею 2 большой скважности. С приходом импульса или с фильтром 9, или с вторым компарато- с мультивибратора на управляющий вход 21 ром 24. коммутатора 17 он отключает вход 18 от выТермостат работает следующим обра хода 22 и соединяет между собой выходы 22 зом. и 23, При этом на вход второго компаратораВключением контакта 12 замыкаются 24 оттермобатареи поступает ЭДС Зеебека. его клеммы 13 и 11 и напряжение питания Если ее величина меньше заранее установот источника 14 подается на электронную ленного значения, соответствующего пресхему термостата, в том числе на вход 10 25 дельному перегреву горячего спая ключа 6 и на вход преобразователя 15, По- термобатареи, то второй компаратор 24 не следний преобразует постоянное напряже- включает триггер 25 и термостат продолжание в переменное, которое необходимо для ет работать в режиме периодической пропитания двигателя переменного тока венти- верки ЭДС Зеебека. Период измерения лятора 16. Данный тип двигателя выбран из 30 выбирается в зависимости от тепловой соображений более высокой надежности по инерционности и может составлять 20 - 60 сравнению с двигателями постоянного тока, мин,Усилитель 4 вырабатывает разностный В случае отказа узла принудительного сигнал между сигналом от датчика 3 и сиг- теплосброса, что может иметь место при налом, соответствующим требуемой темпе выходе из строя вентилятора, преобразоваратуретермостатирования, Сигналсвыхода теля или уменьшения плотности воздуха усилителя 4 поступает на вход ШИМ 5. В (разгерметизация космического аппарата). зависимости от величины разностного сиг- температура горячего спая существенно нала ШИМ 5 подает на информационный увеличивается; а следовательно, возрастает вход 7 ключевого элемента 6 импульсы раз и ЭДС Зеебека. Последняя поступает от терличной скважности, С выхода ключа 6 мощ-мобатареи 2 через коммутатор 17 на вход ные импульсы поступают на фильтр 9 и компаратора 24. При этом срабатывает преобразуются в постоянное напряжение, триггер 25, который подает запрещающий которое через коммутатор 17 питает термо сигнал на вход 8 ключевого элемента 6, По- батарею 2. Величина постоянного напряже- следний закрывается и отключает питание ния питания термобатареи обратно от термобатареи, что предотвращает распропорциональна скважности импульсов плавление горячих спаев термобатареи. В ключевого элемента 6. дальнейшем включение термостата можетПри малой разности между заданной 50 быть произведено только на Земле. после температурой и температурой в камере 1 устранения причин неисправности, термостата с усилителя 4 на ШИМ 5 посту- Введение в термастат схемы аварийнопает малый сигнал и, следовательно, термо- го отключения, которая выполнена из двух батарея 2 питается малым напряжением, компараторов,мультивибратора, коммутаПри этом первый компаратор 19 подает на 55 тора и триггера с их связями, позволяет по- вход мультивибратора 20 запрещающий высить надежность биологических сигнал. С мультивибратора на управляю- экспериментов, так как биообъекты при отщий вход 21 коммутатора 17 управляющие ключении термостата могут быть сохранены импульсы не поступают и коммутатор пере- при температуре окружающей среды, обесдает постоянноенапряжение, поступающее печивается пожаробезопасность и сохранот фильтра 9, на выход 22 и на вход термо- ность окружающей среды, обеспечивается1793432 пожаробезопасность и сохранность аппаратуры. Повышается общая надежность а п паратур ы обеспечения медико-биологических экспериментов, что снижает затраты на проведение этих экспериментов вкосмосе. Составитель Ю. СамошинТехред М;Моргентал Корректор С. Лисина Редактор С. Кулакова Заказ 505 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Формула изобретения Термоэлектрический термостат, содер. жащий датчик температуры, установленный в термостатируемой камере, выходом подключенный к последовательно соединенным усилителю, широтно-импульсному модулятору, ключевому элементу и фильтру, а также узел принудительного теплосброса с термобатареи, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности термостата при отказе узла теплосброса, введены последовательно соединенные первый компаратор, мультивибратор и коммутатор, а также последовательно соединенные второй компаратор и триггер, выходом подключенный к управляющему входу ключевого элемента, а выход фильтра и вход второго компаратора соединены через перекидной контакт коммутатора с термобатареей,