Способ термостатирования и устройство для его осуществления

1 ц 769510 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистичесних Республин(43) Опубликовано 07,10.80 дарственный комитет СССР Бюллетеньсания 07.10.80 53) УДК 621.646. П, Хорунжин, Г. С. Петров, А, Н. Смирнов и А, Г, Петровичев 1) Заявител Государственное специальное конструкторское бюр теплофизического приборостроения54) СПОСОБ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ И УСТРОЙСТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯустроиством жащим теп Изобретение относится к области термостатирования и может быть использовано при создании термостатов, например, для статирования опорных термопар.Известен способ автоматического регулирования температуры, заключающийся в управлении источником питания термоэлектробатареи с помощью термосопротивления, изменяющего свое сопротивление в зависимости от температуры в месте его установки 111, Недостатком способа является нестабильность точки статирования из-за изменения номинального сопротивления применяемых термосопротивлений при их старении.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ термостатирования 12, включающий регулирование подводим ой к термостатируемому объекту тепловой мощности в зависимости от изменения агрегатного состояния теплоаккумулярующего вещества.При охлаждении рабочего вещества, например воды, последняя, замерзая, увеличивается в объеме, что приводит к перемещению подвижного дна сильфона, неподвижное дно которого закреплено на камере. Перемещение подвижного дна сильфона с установленным на нем штоком и источником тепла относительно тепломеров вызывает появление сигнала рассогласования,который изменяет проходящий через термоэлектробатарею ток.Недостатками способа термостатирова 5 ния являются его невысокие надежность иточность. Кроме того, возникают трудностис заполнением рубашки рабочим веществом, требующим вакуумирования термостатируемого объема.10 Целью изобретения является повышениенадежности и точности способа тремостатирования и устройства для его осуществления.Эта цель достигается тем, что по предла 15 гаемому способу термостатирования регулируется подводимая к термостатируемомуобъему тепловая мощность в зависимостиот начала и окончания изменений агрегатного состояния теплоаккумулирующего вещества, Моменты начала и окончания изменения агрегатного состояния теплоаккумулирующего вещества определяют путемизмерения сигнала о нарастании скоростиизменения теплового потока между термостатируемым объектом и окружающей средой, в зависимости от полярности которогоизменяют величину подводимой тепловоймощности,Такой способ реализуетсяЗО для термостатирования, содер5 1 О 15 20 25 зо 35 40 45 5 О 55 60 65 3лоизолирова иную камеру с рубашкой, заполненной теплоаккумулирующим веществом в двухфазном состоянии и последовательно соединенные триггер, реле управления и источник тепла.Отличие устройства, позволяющее осуществить новый способ состоит в том, что оно содержит последовательно соединенные датчик теплового потока, первый и второй дифференцирующие элементы и пороговый элемент, выход которого подключен ко входу триггера. Датчик теплового потока и источник тепла связаны с рубашкой тепло- изолированной камеры.Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображены временные зависимости температуры терм остатируемого объекта, теплового потока между термостатируемым объектом и окружающей средой, а также первой и второй производных по времени указанного потока. На фиг, 2 изображена функциональная схема устройства для осуществления способа.Устройство содержит теплоизолированную камеру 1 с рубашкой 2, заполненной теплоаккумулирующим веществом в двухфазном состоянии и последовательно соединенные триггер 4, реле 5 управления и источник 6 тепла, а также последовательно соединенные датчик 7 теплового потока, первый и второй дифференцирующие элементы 8 и 9 и пороговый элемент 10, выход которого подключен ко входу триггера 4. Датчик 7 и источник 6 тепла связаны с рубашкой 2 камеры 1.Способ осуществляется следующим образом.При охлаждении теплоаккумулируюшего вещества в двухфазном состоянии, например воды, его температура снижается до температуры кристаллизации. Во время кристаллизации (образование льда) происходит выделение свободной энергии в виде тепла, Поэтому температура рабочего теплоаккумулирующего вещества во время кристаллизации постоянна (см. фиг. 1, а). После того как все теплоаккумулирующее вещество перейдет из жидкого в твердое состояние, при дальнейшем охлаждении температура его снижается. Тепловой поток между окружающей средой и термостатируемым объемом также изменяется, а в момент кристаллизации скорость изменения теплового потока равна нулю (см. фиг.1, б), Выделяя первую производную изменения теплового потока (см. фиг. 1, в), а затем вторую производную (см. фиг. 1, г) и преобразуя ее в импульсы, осуществляют управление величиной подводимой тепловой мощности,При подаче питания на источник 6 тепла полярности соответствующей работает в режиме охлаждения, охлаждается камера 1 и находящееся в рубашке 2 теплоаккумулирующее вещество в двухфазном состоянии, При этом тепловой поток между термостатируемым объектом и окружающей средой возрастает (см, фиг. 1, б). Связанный с камерой 1 датчик 7 вырабатывает сигнал, пропорциональный тепловому потоку, При достижении теплоаккумулирующей веществом температуры кристаллизации (что сопровождается выделением тепловой энергии) тепловой поток постоянен и, следовательно, сигнал датчика 7 не изменяется. При окончании кристаллизации теплоаккумулирющего вещества его температура снижается, Это вызывает изменение теплового потока, а следовательно, и изменение сигнала с датчика 7. Этот сигнал подается на первый дифференцирующий элемент 8, где выделяется первая производная по времени теплового. потока (см. фиг. 1, в), которач подается на второй дифференцирующий элемент 9, выделяющий вторую производную по времени теплового потока. Выделение второй производной теплового потока (термостатируемый объект - окружающая среда) необходимо для определения моментов начала и окончания перехода двухфазного состояния вещества в однофазное, Выделенная вторая производная подается на пороговый элемент 10, который преобразует ее в импульс управления( см. фиг. 1, г), Далее импульс управления подается на триггер 4, обеспечивающий срабатывание реле 5 управления, которое изменяет режим питания источника 6 тепла. В результате обесточивания источника 6 тепла охлаждение камеры 1, рубашки 2 с теплоаккумулирующим веществом и термостатируемого объекта прекратится. За счет теплопритоков из окружающей среды в термостатируемый объект 11 через тепло- изоляцию температура теплоаккумулирующего вещества начнет повышаться, что вызовет его плавление, т, е, изменение агрегатного состояния, А так как плавление происходит с поглощением того же количества тепла что выделилось при кристаллизации, то температура теплоаккумулируюшего вещества и термостатируемого объекта будет некоторое время постоянна. Это время зависит от физических характеристик теплоаккумулирующего вещества, его массы, а также от величины теплопритоков, проходящих через теплоизоляцию. После окончания плавления теплоаккумулирующего вещества его температура за счет теплопритока начнет повышаться, следовательно, изменится тепловой поток (окружающая среда - термостатируемый объект), В результате это изменение теплового потока в виде сигнала передается на триггер 4, обеспечивающий включение источника 6 тепла в режиме охлаждения,Изобретение позволяет добиться повышения надежности и точности термостатирования,769510 7 елрур = еелее ение 75 Данный способ термостатирования был опробован на опытном производстве ГСКБ ТФП при разработке термоэлектрических устройств для термостатирования рабочих спаев измерительных термопар. Формул а изобретения 1. Способ термостатирования, включающий регулирование подводимой к термостатируемому объекту тепловой мощности в зависимости от начала и окончания изменения агрегатного состояния теплоаккумулирующего вещества, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и точности термостатирования, моменты начала и окончания изменения агрегатного состояния теплоаккумулирующего вещества определяют путем измерения сигнала об изменении скорости нарастания теплового потока между термостатируемым объектом и окружающей средой, в зависимости от полярности которого изменяют величину подводимой тепловой мощности. 2. Устройство для осуществления способатермостатирования по п, 1, содержащее теплоизолированную камеру с рубашкой, заполненной теплоаккумулирующим веще ством в двухфазном состоянии, и последовательно соединенные триггер, реле управления и источник тепла, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и точности работы, оно содержит последова О тельно соединенные датчик теплового потока, первый и второй дифференцирующие элементы и пороговый элемент, выход которого подключен ко входу триггера, а датчик теплового потока и источник тепла связаны с рубашкой теплоизолированной камеры. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Коленко Е. А, Термоэлектрические охлаждающие приборы. Л., Наука, 1967, с. 184 - 185.2. Авторское свидетельство СССР504186, кл, 6 05 Р 23/30, 1976 (прототип).769510 тавитель Л. Птенцова Редактор хред О. Павлова Корректор О. Гусева ехина гпография, пр, Сапунова, 2 аказ 525/18 Изд.514 Тираж 995 ПодписноеПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д 4/5