Термостат

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 05,0379 (21) 2734267/18-24 с присоединением заявки йо 2847505/18-24 51 М КЗ 6 05 0 23/30 Гоеударстаенный комитет СССР но делам изобретений и открытий(71) Заявитель Харьковский ордена Ленина политехим. В.И. Ленина(54) ТЕРМОСТАТ Изобретение относится к устройствам стабилизации температуры тел малых и больших обьемов в прецизионных радиоэлектронных приборах и дру гих устройствах.Известен термостат, содержащий кожух из теплоизоляционного материала, внутри которого с зазором расположена камера с датчиком и нагревателем, установленным на ее боковой стенке,и регулятор температуры 1 .Однако такой термостат .не обеспечивает равномерности температурного поля по камере и имеет большое время выхода на режим при больших размерах камеры.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является термостат, содержащий камеру с дат чиками и нагревателями, распределенными на ее боковых стенках 21.Недостатками такого термостата являются сложность схемы регулирования температуры (многоточечное регулирование), требующего большого количества датчиков и регуляторов, что снижает надежность и увеличивает стоимость устройства в целом н нерациональность формы нагревателей и способа их размещения по боковой . поверхности камеры, что ухудшает равномерность температурного поля и повышает общую площадь и количество нагревателей.Цель изобретения - ,повышение равномерности температурного поля камера термостата, упрощение устройства эа счет уменьшения количества датчиков, регуляторов температуры, нагревателей и уменьшение общей площади нагревателей при заданном максимальном градиенте температурного поля камеры термостата. Поставленная цель достигается тем, что в термостате, содержащем камеру, нагреватели, между которыми расположены датчики. температуры, связанные с регуляторами температуры, нагреватели выполнены в виде колец, размещенных концентрично на стенках камеры.Кроме того, нагреватели выполнены в виде выпуклых многоугольных. рамок и расположены так, что центры любых трех близлежащих нагревателей образуют вершины равностороннего треугольника.Преимущества выполнения нагревателей заключаются в их технологичности.)Т-Т; 1,В 4А Л Количество нагревателей (колец) К=в, потребное для одно стенки камеры термостата, определяют в зависимости от длины а и ширины Ь этойстенки по следующей формуле 40",-", + "номер кольца концентрического кольцевого нагревателя (охладите-ля), начиная с наименьшего кольца; 45К = в - номер последнего (наибольшего)кольца для данной стенки камеры термостата;ХК - внутренний радиус К-го кольца кольцевого нагревателя (охладителя)ук - радиус окружности, м, заключаМцей температурное поле К-го концеВрического кольца нагревателей(охладителей), где температурные 55 перепады между двумя любыми точками поля камеры по абсолютной величине не превышают заданного температурного перепада 9 С;дк - ширина К-го кольца нагревателя (охладителя); бОЛЛв и Л - коэффициенты теплопроводностй соответственно камеры, воздуха и теплоизоляционногоВвкорпуса, рм.града 5 Геометрические размеры нагревателей (охладителей) определяют в зави-. симости от максимального температурного перепада между внешней средой Т и камерой термостата тст от заданного максимального температурного 5 перепада 9 между двумя любыми точками поля камеры термостата и от максимальной интенсивности (коэффициента) теплообмена Ыь,степлоизоляционного корпуса с внешней средой, а также в зависимости от геометрических размеров и теплофизических характеристик элементов термостата по следующему рекуррентному соотношению:д ; дВи д - толщина соответственно камеры, воздушного промежутка итеплоизоляционного корпуса, м;с(, - коэффициент теплообмена теплоизоляционного корпуса с внешнейВвмгградфТс - температура внешней среды ,С;Тст- температура статированиятермостата С",а и Ь- соответственно длина и ширина данной стенки камеры термостата;В- тепловое сопротивление междустенкой камеры термостата и окружаюмградщей средой,ВвКамера выполнена из материала сбольшим коэффициентом теплопроводности Л, например из алюминиевогосплава.Одинаковые нагреватели (охладители) выполнены в форме выпуклых многоугольных рамок, например, в формеколец по возможности небольшой ширины д и равномерно размещенныхпо боковой поверхности камеры так,что центры любых трех близлежащих,треугольника, длину стороны которогор определяют в зависимости от расчетной величины радиуса у нагревателя(охладителя) по следующему соотношению р = (1,75 в ; 1,86)у.Геометрические размеры однотипных нагревателей (охладителей) и расчетную величину радиуса у определяют в зависимости от максимального температурного перепада между внешней средой Т и камерой термостата Т от заданного максимального температурного перепада Чмежду двумя любыми точками поля камеры термостата и от максимальной интенсивности (коэфФициента) теплообмена с( тепло- изоляционного корпуса с вйешней средой, а также в зависимости от геометрических размеров и теплофизи-. ческих характеристик элементов термостата по следующему соотношениюХЗЧЗ ХЬЧ г3 -С 3 -ЪЙХ(х+д) Х Х= фВ )иъ+ + 1 )(В Л иъ с махЛКТс Тст внииа где Х - внутренний ради го нагревателя (охладиту - расчетная велич окружности, м, заключаю турное поле кольцевого (охладителя), где темпе с кольцевля), м;на радиусей темперагревателатурныеперепады между двумя любыми точкамиполя камеры по абсолютной величинене превьыают заданного температурного перепада ,ОС;д - ширина кольца нагревателя(охладителя)м;Л,Л, Л ыз - коэффициенты теплопроводйости соответственно камеры,воздушного промежутка и теплоизоляВгпционного корпуса, 1м градА - коэффициент тенлообмена теплоиэоляционного корпуса с внешнейВвсредой,м 2 градоТ - температура внешней среды, С;Т - температура статирования 5термостата, о С;й - тепловое сопротивление междустенкой камеры термостата и окружаюм 2 градщей средой,20Кроме того, повышения технологичности устройства однотипные нагреватели (охладители) выполняют в видеквадратных рамок той же ширины д,что и кольцевые нагреватели, при 25этом сторону 1 внутреннего квадратарамки определяют в зависимости отвнутреннего радиуса х соответствую.щего кольцевого нагревателя (охладителя) по следующему соотношению1 = (1,65-1,75)х;где х - радиус внутренней окружности соответствующего кольцевогонагревателя (охладителя)ы;1 -сторона внутреннего квадратаквадратной рамки нагревателя (охладителя),м ,На фиг. 1 изображен предлагаемыйтермостат со снятым теплоизоляцион 1 ным кожухом, где нагреватели (охладители) выполнены в виде колец, размещенных концентрично на стенкахкамеры; на фиг. 2 - одна из стеноккамеры термостата с размещеннымина ней однотипными кольцевыми нагревателями (Охладителями) и датчи 45ком температуры.На поверхности рабочей камеры(фиг. 1) в центре боковой стенкирасположен датчик 2 температуры,а вокруг него концентрическимикольцами по воэможности небольшойширины размещены нагреватели(охладители) 3. Сигнал от датчикатемпературы используют для управления током концентрических нагревате- .лей (охладителей) посредством регулятора 4 температуры.На поверхности рабочей камеры 1(охладители) 3, выполненные в видеколец, равномерно размещены так, 60что центры любых трех близлежащихнагревателей, образуют вершины равностороннего треугольника. На каждойбоковой стенке камеры устанавливается по одному датчику температуры, 65 который расположен в центре одного из равносторонних треугольников,. образованных близлежащими нагревателями (охладителями) или в центре одного из кольцеобразных нагревателей (охладителей). Сигнал от датчика температуры используют для управления током однотипных нагревателей (охладителей) посредством регулято" ра 4 температуры.На поверхности рабочей камеры 1 также равномерно размещены однотипные нагреватели (охладители), но выполненные в виде квадратных рамок.Термостат работаетследующим образом.Нагреватели (охладители) 3, распределенные концентрическими кольцами по поверхности рабочей камеры 1 (фиг. 1), поддерживают температуру статирования То с заданной точностью. Причем на все точки поверх" ности камеры термостата будут иметь температуру равную температуре статирования Тст . Неравномерность температурного поля по камере термостата в статическом режиме вызвана тепловыми потоками, идущими от нагревателя через камеру, непокрытую нагревателем, и далее через теплоизоляцию в окрующающую среду. При этом тепловой поток ц, (Ь) в окружающую среду в стационарном режиме с 1-ой площадки ь.1(м ) камеры, непокрытой нагревателем, равен сТс ТщЦ 5Ви температурные перепады в прилегающей к нагревателю замкнутой области радиуса у, ,у с у не превышают допустимого температурного перепада 9 . Здесь под нагревателями будет максимальная температура Тст + , а между нагревателями на окружности радиуса у 1, и в центре концентрических кольцевых нагревателей температура бУДет минимальна и Равна Тот . ПоэтомУ датчик 2 температуры при необходи" мости можно одинаково разместить на любой окружности радиуса у 1,. Одинаковые нагреватели, выполненные в виде выпуклых многоугольных рамок (колец) и равномерно распределенные по поверхности рабочей камеры 1 (фиг. 2), также поддерживают температуру статирования Т т с заданной точностью. При этом температурные перепады по поверхности камеры термостата не превышают допустимого температурного перепада. Причем под нагревателями будет максимальная температура Тст + , а в стороны от нагревателей температура снижается. Точки с минимальной температурой Т равномерно размещены по поверхности камеры и находятся в центре и на вершинах равносторонних треугольни826298 Формула изобретения ВН Ти Филиал П г.ужгоро иг. роектная,4 ков, образованных центрами близлещащих кольцевых нагревателей.Управление нагревателями (охладителями) производится обычным способом, Сигнал от датчика температуры поступает в регулятор температуры, управляющий мощностью нагревателей или временем их включенного состояния. При этом нагреватели (охладители) относящиеся к данному регулятору, независимо от их типа и исполнения должны быть подключены к регулятору температуры таким образом, чтобы их мощность тепловыделения, приходя- щая на единицу площади под нагревателями (удельная мощность тепловыделения), в любой момент времени 15 была одинаковой для всех нагревателей. В зависимости от знака разности температур Тс-Т в термостате установлены нагреватели или охладители, а если знак меняется в процессе эксплуатации термостате, то устанавливаются реверсивные термобатареи. Причем, если условия теплообмена вокруг термостата не будут сильно развиваться, то термостат может работать с помощью одного датчика и регулятора температуры, не ухудшая при этом качества термостатирования.Такая форма и размеры нагревателей и их размещение по поверхности камеры оптимальны и обеспечивают минималь ное количество нагревателей и минимальную площадь под нагревателями при заданном максимальном градиенте температурного поля камеры термостата. В связи с этим уменьшаются тепловые потери в термостате, так как при равных площадях, тепловой потокзз 3 от нагревателя больше, чем от камеры за счет того, что температура нагревателя всегда выше температуры камеры.Построение предлагаемого термостата указанным образом повышает равномерность температурного поля камеры, значительно упрощает схему регулирования температуры и уменьшает его стоимость 1, Термостат, содержащий камеру,нагреватели, между которыми расположены датчики температуры, связанныес регуляторами температуры, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что,сцелью повышения равномерности температурного поля термостата, в немнагреватели выполнены в виде колец,размещенных концентрично на стенкахкамеры.2, Термостат по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения равномерности и температурного поля термостата, в немнагреватели выполнены в виде выпуклых многоугольных рамок и расположены так, что центры любых трех близлежащих нагревателей, образуют вершины равностороннего треугольника.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 591842, кл. С 05 О. 23/30, 1978.2, Авторское свидетельство СССРМ 468226, кл. О 05 О 23/30, 1975