Термостатирующее устройство

и 560214 Союз Советских Социапистицеских Респубпик(23) ПриоритетОпубликовано 30.05.77. Бюллетень МДата опубликования описания 29.06.7 6 05 Р 23/19 сударственныи комитетоввта Министров СССРпо депаи изобретенийи откр.;тий 53) УДК 621-555.6. Осипов и И. И. Очковский 1) Заявитель УСТРОИСТ МОСТАТИ РУЮ устройство кие надежно шя па зад акже имеет сравнисть и точность термонцом температурном Данноетельно цизстатировауровне.Цель изобретениясти и точности термос повышение цадежцотцровация. Изобретение относится к холодильной технике, в частности к технике термоэлектрического охлаждения, и может быть применено для термостатирования на заданном уровне узлов и панелей электронной аппаратуре и других подобных объектов.Известны устройства, осуществляющие термостатирование различных объектов на заданном температурном уровне следующим способом 1.Измеряют температуру термостатируемого объекта, сравнивают температуру термостатируемого объекта с заданным уровнем термостатирования, принудительно изменяют величину и направление пропускаемого через термоэлектрический исполнительный элемент тока соответственно величине и знаку отклонения температуры объекта от заданного уровня термостатирования (контур термостатирования по отклонению температуры объекта от заданного уровня). Таким образом, температура объекта автоматически поддерживается на заданном уровне.Однако известные устройства обладают сравнительно низкой надежностью и точностью термостатировация на заданном уровне. Это обусловлено тем, что при изменении температуры окружающей среды и соответственно условий теплосъема с горячего и холодного спаев термоэлектрического элемента существецно изменяется его выходная (тепловая) характеристика, а также наличием цеизбежной ц сравнительно большой статической ошибки.5 Известные устройства также не предусматривают защиту от перегрева и выхода из строя термоэлектрического исполнительного элемента прц непредвиденном значительном увеличении теплового сопротивления ца его 0 горячем спае (увелцчеше теплового сопротивления между горячим спаем ц устройством теплосъема, выход из строя вентилятора цлц прекращение подачи воды соответственно прц воздушном илц водяном охлаждении горячего 5 спая, нарушение параметров теловой трубкии т. д.).Наиболее близким техническим решением иизобретению является термостатирующее устройство, содержащее датчик и задатчик тем пературы объекта, подлючеццые к олосусравнения, соединенному через блок управлсция с термоэлектрическим исполнительным элементом 21, 560214Это достигается тем, что устройство содержит дополнительный термоэлектрический исполнительный элемент, датчик температуры холодных спаев дополнител 1 ного термоэлек.трнчсского исполнительного элемента, запо мипающий, дифференцирующий и релейпые элементы и дополнительный блок управления, выход которого подключен к дополнительно.му термоэлектрическому исполнительному элементу, а входы - к выходам первого и второго релсйных элементов, соединенных с дифференцнрующим элементом. Вход последнего подсоединен к датчику температуры хо лодных снаев дополнительного термоэлектрического исполнительного элемента, соединенному с третьим релейным элементом н через замыкающий контакт первого релейного элемента с запоминающим элемецпо.1, выход ко торого подключен к третьему релейному элс менту, а выход третьего релейного элсмента - к дополнительному блоку управления. Повышенная надежность предложенного устройства обусловлена тем, что в широком диапазоне изменения окружающей температуры и условий теплосъема со спаев термоэлектрических исполнительных элементов оно предусматривает автоматическое изменение тока, пропускаемого через дополннгельный термоэлсктри ческий исполпнтельныи элемент, послсдшш работает в оптимальном режиме (режим максимальной холодопроцзводнтельностн или на заданном смещсшш от него - згинснт от степени загруолсния устройства). Все это, помимо оптимальных условий работы, служит на. дежпой автоматической защитой от перегрева и выхода из строя термоэлектрических элементов при непредвиденном значительном увеличении теплового сопротивления на их горячем спае (выход нз строя вентилятора или прекращение подачи воды соответственно при воздушном или водяном охлаждении спая, увеличение теплового сопротивления мсжду спаем и устройством теплосъема, нарушение параметров тепловой трубки и т. и.).В этом случае автоматически уменьшается ток, протекающий через дополнительный элемент, а первый элемент из режима нагрева может перейти в режим охла 5 кдения. Если же увеличение теплового сопротивления горячего спая большое, то первый термоэлектрический элемент вообще может отключаться и объект термостатцруется в режиме максимальной хо. лодопроизводительности дополнительного тсрмоэлектрического испол нительпого элемента для существующего теплового сопротивления его горячего спая, т. е. работоспособность объекта не нарушается,Высокая надежность предлагаемого устройства достигается также и тем, что оно предусматривает двухконтурцое тсрмостатирование, каждый контур которого практически может работать самостоятельно, т. с. при выхо де одного контура нз строя второй самостоятельно термостатируст объект ня задан 51.м уровне при некотором уменьшении точности. д 1 О 15 юд З. 35 40 45 50 55 6 ч Таким образом повышается надежность и технический ресурс работы термоэлектрических элементов и соответственно термостатнруемого объекта.Точность термостатирования на задаш-.ом температурном уровне повышается также, что основную холодопронзводительность получают за счет дополнительного термоэлектрического элемента, работающего в экстремальном режиме, а незначительные отклонения от заданного температурного уровня выбираотея благодаря первому термоэлектрическому элементу, осуществляющему термостатирование по отклонению. При этом оба элемента работают в улучшенных условиях теплосъема, так как дополнитсльныи работает в рсжиме ох лаждения, первый - режиме подогрева, а их спан соединены между собой терлн ески параллельно. Это повышает чувствительность первого термоэлектрического элемента н соответственно точность термостатирования и позволяет уменьшить его вес н габариты за счет возможного увеличения крутизны выходной (тепловой) характеристики.На чертеже приведена функццоняльцая схема термостатирующего устройства.Первый контур термостатировашя го отклонению содержит поклО 1 снные друг к другу согласно схеме тсрмоэлсктрнчсский исполнительный элемент 1, который может работать как В режиме Охла 5 кденц 51, так и режиме нагрева, датчик 2 температуры термостатирусмого Объекта (датчик Овн), задатчик 3 теъ 1- пературы (задатчик О 1 д), блок 4 сравнения, осуществляюшнй сравнение измеренного н заданного значений температуры н вырабат ваюший сипал, п 1:опорциональный ошибке термостатирования, и блок 5 управления. Элемснт 1 и датчик 2 термически соединены с объектом 6, к которому приложено внешнее возмущение в виде температуры Оокружающей среды,Второй контур термостатирования в режиме максимальной холодопроизводительцости (минимально возможной для кон:(ретного термоэлектрического элемента н условий его работы температуры холодного спая) содержит термически соединенный с объектом 6 дополнительный термоэлектрический исполнительный элемент 7, датчик 8 температуры холодого спая элемента 7 (датчик Т,.) и дополнительный блок 9 управления. Он также снабжен запоминающим 10, дифференцирующим1 и тремя рслсйцыми 12, 13 и 14 элементами. Датчик 8 температуры термически соединен с холодным спаем термоэлектрического элемента 7 и годключен к входу 15 релейного элемента 12 и к входу днфференцирующего элемента 11 непосредственно, а к входу запоминающего элемента 10 через замыкающие контакты релейного элемента 13. Выход запоминающего элемента 10 подсоединен к второму входу 16 релейного элемента 12, выход диффсреццирующего элемента 11 - к входам релейных элементов 14 и 13 через разделитель5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ные диоды 17 и 18 соответственно с прямым и обратным включением, а выходы релейных элементов 12, 13 и 14 - к входу блока 9 управления, выход которого подключен к термоэлектрическому элементу 7,Работает второй контур термостатирования следующим образом.Перед включением устройства запоминающий элемент 10 устанавливают на нуль (установиа мокет проводиться автоматически при включении термостатирующего устройства). При включении устройства на входы 15 и 16 релейного элемента 12 прикладывается разность потенциалов, соответствующая температура холодного спая элемента 7, так как на выходе запоминающего элемента 10 нуль,Релейцый элсмсцт 12, включаясь, воздействует ца вход блока 9 управления, после чего последний начинает увеличивать величину тока, пропускаемого через термоэлектрический элемент 7. По достижении заданной скорости изменения величины этого тока и соответственно температуры холодного спая элемента 7 (в данном случае она уменьшается, т, е. производная отрицательная), диффереццирующий элемент 11 включает релейный элемент 13. Последний блокирует вход дополнительного блока управления и своими замыкающими контактами подключает датчик 8 температуры к входу запоминающего элемента 10, после чего входы 15 и 1 б релейного элемента 12 имеют равные потенциалы и оц, обесточиваясь, отключается от входа блока 9 управления.При достижении значения температуры холодного спая элемента 7, близкого к экстремальному (скорость изменения температуры стремится к нулю), диффереццирующей элемент 11 обесточцвает релейцый элемент 13, а последний отключается от входа блока 9 управления и отключаст вход запоминающего элемента 10 от датчика 8 температуры. Блок 9 управления прекращает изменять величину тока, пропускаемого через термоэлектрический элемент 7, температура холодного спая которого перестает изменяться, а напряжение, соответствующее значению этой температуры, устанавливается в запоминающем элементе 10.Если в процессе работы термостатирующего устройства произойдет изменение температуры окружающей среды и условия теплосъема со спаев элемента 7 или просто изменятся условия теплосъема с его спаев (нарушится контакт горячего сная с устройством теплосъема, например радиатором, выйдет из строя вентилятор, изменится температура или прекратится подача воды, снимающей тепло с горячего спая и т. п.), то начнет изменяться (увеличиваться или уменьшаться) температура холодного спая элемента 7 вследствие изменения ее экстремальной зависимости от тока. 13 этом случае включается релейный элемент 12 аналогично указанному и блок 9 управления начинает изменять величину тока, пропускаемого через элемент 7 (увеличивать или умень. шать - безразлично). Если температура холодного спая элемента 7 вследствие изменения величины его тока уменьшается, то устройство работает аналогично описанному, вследствие чего достигается новое значение температуры холодного спая элемента 7, близкое к экстремальному для данных условий теплосъема.Когда из-за изменения величины тока элемента 7 температура его холодного сная увеличивается (производная положитсльная), то дифференцирующий элемент 11 включает релейный элемент 14, который, самоблокируясь, воздействует ца вход блока 9 управления и производит реверс изменения величины тока (с увеличения на уменьшение и наоборот), после чего температура холодного спая начинает уменьшаться (производцая отрицательная) . Дифференцирующцй элемент 11 включает релейный элемент 13, и устройство работает аналогично. Достигается новое, близкое к минимальному экстремальному, значению температуры холодного спая элемента 7, и схема устанавливается в исходное состояние.В процессе выхода на заданный температурный уровень первый контур термостатпрования работает в режиме охлаждения или подогрева (зависит от температуры О, и О, а после выхода в режиме подогрева.Термостатирующее устройство в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды (от - 30 до 40 С) позволяет получить точность термостатпровация примерно на 30 оо выше, чем при использовании контура термостатировация только по отклонению Фор мула изобретенияТермостатирующее устройство, содержащее датчик и задатчик температуры объекта, подключенные к блоку сравнения, соединенному через блок управления с термоэлектрическим исполнительным элементом, о т л и ч а ю щ е еся тем, что, с целью повышения надежности и точности термостатировацця, устройство содержит дополнительный термоэлектрический исполнительный элемент, датчик температуры холодныхспаев дополнительного термоэлектрического исполнительного элемента, запоминающий, дифферецццрующий и релейцые элементы и дополпптельцый блок управления, выход которого подключен к дополнительному термоэлектрическому исполнительному элементу, а входы подключсцы к выходам первого и второго релейных элементов, соединенных с диффереццирующим элементом, вход которого подключен к датчику температуры холодных спаев дополнительного термоэлектрического исполнительного элемента, соединенному с третьим релейным элементом и через замыкающий контакт первого релейного элемента с запоминающим элементом, выход которого соединен с третьим релейнымРедактор И. Грузова 1(орректор Л, Орлова Заказ 145113 Изд. ЪЪ 492 Тираж 1109 Подписное . ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 элементом, выход которого подключен к дополнительному блоку управления.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Зорин И. В, и Зорина 3. Я. Термоэлектрические холодильники и генераторы, М., Энергия, 1973, с. 45.2, Ильярский О, И., Удалов Н. П. Термоэлектрические элементы. М., Энергия, 1970, 5 с. 43.