Термостат

Союз Советских 2) , Автор изобретен Я. Петр Омский политехнический институ) ТЕРМОСИзобретение относится к приборостроению и может быть использовано при разработке и изготовлении устройств для регулирования и поддержания заданной температуры.Известно устройство для регулирования температуры по определенному закону или для поддержания температуры на каком-либо заданном уровне. Регулирование температуры в этом устройстве осуществляется подогревом определенного объема и выбором материала теплоизоляционного кожуха 1 . Наиболее близким по техническои сущности к изобретению является устройство,содержащее сосуд Дьюара с теплоизоляционной пробкой и вакуумированной полостью, с расположенной в ней рабочей камерой с первым нагре вателем, связанным с первым блоком управления, установленный в вакуумированной полости регулируемый генератор водорода, подключенный к выхо 2ду второго блока управления, установленного в рабочей камере. Регулируемый генератор водооода выполненв виде полого цилиндра из пористоготитана, активированного водородом,с расположенным в нем вторым нагревателем 2.Известные устройства требуют применения внешних систем автоматическо"го регулирования и обладают в этойсвязи сравнительной сложностью и пониженной надежностью. Кроме того,при высоких и низких температурахустройства имеют ограниченное применение, в связи с отсутствием контролирующих и исполнительных элементов,работающих при этих температурах.Например, современные полупроводниковые приборы имеют температурный диапазон -60 - +120 ОС, а термисторы, гоприменяемые в качестве датчиков температуры,удовлетворительно работаютпри этих же температурах. Это ограничение накладывается физическими конс970336 тантами и не может быть устраненоконструктивными изменениями,Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его надежности.Поставленная цель достигается тем, 5что в термостате, содержащем корпусс вакуумированной полостью, с размещенным в ней сорбентом и термостатируемым объектом, сорбент нанесен навнутренние стенки корпуса, а термостатируемый объект установлен в корпусе на расстоянии д от стенок, определяемом из следующего соотношенияд 4 Л,где Л - минимальная длина свободногопробега молекул остаточныхгазов в вакуумированной полости в заданном диапазонеизменения температуры окружаю.щей среды,2 Оа вакуумированная полость заполненапористым материалом.Нанесение сорбента, например, активированного угля или цеолита навнутренние стенки корпуса обеспечи- двает пропорциональное изменение температуры сорбента при изменении температуры окружающей среды за счеттеплового контакта между сорбентоми кожухом. При этом изменяется коли- ЗОцество остаточных газов, поглощаемых.или выделяемых сорбентом. Посколькуобъем вакуумированной полости постоянен, давление остаточных газов ввакуумированной полости изменяется35пропорционально изменению температуры. Конкретное значение давленияостаточных газов определяется изуравнения теплового баланса для конкретного устройства ,без учета переда 40ци тепла излучением и через твердоетело). КТгде 0 - мощность, рассеиваемаяобъектом через теплопровод 45ность остаточных газов;- давление остаточных газов;Кт - коэффициент теплопроводностиостаточных газов;5 - площадь поверхности термостатируемого объекта и устанавливается на этапе изготовления .термостата известными способами. На этом же может быть установлен определенный состав остаточныхгазов известными способами,Теплопроводность газа в вакуумированной полости будет изменяться пропорционально изменению давления в ней, только при соблюдении условия д(Л, так как в этом случае перенос тепла осуществляется отдельными молекулами без соударений, а число молекул газа в определенном объеме зависит от давления. Если же условие дЛ не выполняется, то теплопроводность газа остается постоянной и не зависит от давления. Таким образом, количество тепла, отводимое от термостатируемого объекта, при соблюдении условия дЛ, зависит от давления остаточных газов, выделяемых сорбентом.Степень изменения давления газов, выделяемых сорбентом, зависит от массы сорбента (цем больше масса сорбента, тем большее количество газа будет выделяться из него при прочих равных условиях).Иасса сорбента определяется по формуле П 1д, 01 дТК, (1 Тгде щ - число единиц массы сорбента на единицу объемавакуумированной полости 1Ы, Ы - удельные сорбции приэкстремальных значениях температуры окружающей среды;01 0- мощности, рассеиваемыеобъектом при соответствующих значениях температуры окружающейсреды;ьТ,дТ - разности температур термостатируемого объектаи окружающей среды, значения , , 5 Т 15 Т задаются режимом работы термостатируемого объекта и изменением температуры окружающей среды. По величине д. и с выбирается конкретный сорбент, исходя из приемлемой величины массы.Если пространство между термостатируемым объектом и внутренними стенками корпуса, заполнить пористым или гранулированным материалом, то перенос тепла будет осуществляться между отдельными гранулами материала или между стенками поо матеоиала, Поскольку оасстояние между отдельными гоанулами или между стенками поо обычно мало ( ( 0,01 мм), условия выполнения соотношения дЛ облегчаются.При изготовлении устройств неизбежно возникают технологические по- 0,57 единиц массы 0 0 1 5 9703 грешности, вследствие которых температура термостатирования будет отличаться от заданной, Уменьшить эти отклонения можно изменением на какую-то постоянную величину мощности, рассеиваемой объектом, Кроме того, термостатируемый объект может рассеивать при работе столь незначительную мощность, что условие постоянства температуры не сможет быть вы полнено 1,например, пьезоэлектрический резонатор или терморезистор), Для устранения указанных недостатков термостатируемый объект имеет нагреватель, питаемый напряжением 15 постоянной величины, Этот же нагреватель может быть использован для повышения точности термостатирования при изменении температуры окружающей среды в широких пределах, Так как удельная абсорбция изменяется с изменением температуры по экспоненциальному закону, поэтому обеспечить полную компенсацию уходов температуры можно только с применением допол нительной коррекции.На чертеже схематически изображен предлагаемый термостат.Термостат содержит корпус 1 с вакуумированной полостью 2, в которой З 0 размещен термостатируемый объект 3 и сорбент 4, нанесенный на внутренние стенки корпуса 1. Пространство между термостатируемым объектом 3 и внутренними стенками корпуса 1 с нанесен 35 ным на них сорбентом 4 заполнено пористым материалом 5 (показан частично), Термостатируемый объект 3 снабжен нагревателем б.Термостат работает следующим об 40 разом.После включения термостатируемый объект 3 нагревается мощностью, выделяемой в термостатируемом объекте 3 и нагревателе б до температуры, при45 которой справедливо уравнение теплового баланса 1). При изменении температуры окружающей среды температура термостатируемого объекта 3 стремится измениться, однако за счет изменения температуры сорбента 4, имеющего50 тепловой контакт с окружающей средой через стенки кожуха 1, давление газа в вакуумированной полости 2 изменяется таким образом, что температура термостатируемого объекта 3 остается постоянной.П р и м е р, При изменении температуры окружающей среды от 0 до 36 6-185 ОС необходимо поддерживать температуру объекта равной +10 ОС. Мощность, рассеиваемая объектом, постоянная. Выбираем в качестве сорбента активированный уголь, а в качестве остаточного газа выбираем водород.Удельная сорбция водорода активированным углем при ООС равна 4 относительным единицам, а при - 185 ОСравна 135 относительным единицам,Определяем массу сорбентао 101 5 Т 2 4 195ос Я 2 йТ 135 10 Проведем инженерный расчет термостата, для которого задано:0 = Я= 0,1 Вт - мощность,выделяемая в объекте;25 = 1 О см - площадь поверхности объектаКт = 4 10 Вт/смф град. мм рт.ст. коэффициент теплопроводности водорода.Из уравнения (1) определим необходимое давление газа в вакуумированной полости при ОС.0,1К ВдТ 4 101010- 2,5 10 мм рт.ст.-2 Давление газа при -185КТЬТ 2 4 10 ъ 10 195- 1,28 10 мм рт.ст. Длина свободного пробега молекул водорода при давлении 2,5 10 мм рт.ст. й= 3,36 мм, а при давлении 1,28х 10 5 мм рт. ст, Л 2 = 65 мм. Л определяется из справочных материалов или известным расчетом.Выбираем расстояние между стенками кожуха и объектом с 1 = 3 мм, из условия с 1й мин = 3,36 мм,Определим объем вакуумированной полостиЧ = 5с 1 = 10 . 03 = 3 см Масса адсорбентаМ = а Ч = 0,57 3 = 1,71 мг, поскольку размеренность удельной сорбции мм рт,ст. см/мг.Определенную массу сорбента наносят на стенки корпуса известными способами, а необходимое давление9703 Формула изобретения тавитель С, Петровред С.Мигунова ектор С.Шекмар Заказ 8388/58 Подписноемитета СССткрытийя наб., д. Тир ВНИИПИ по двенногочтений и осуда ам из 11303 ва, Х., Раушс илиал ППП "Патент водорода устанавливают при откачивании вакуумированной полости,Отсутствие систем автоматического регулирования упрощает конструкцию термостата, повышает его надежность и позволяет экономить энергию, так как регулирование йроизводится за счет мощности, выделяемой объектом при его работе, Это устройство может применяться для регулирования темпе ратуры в изделиях микроэлектронной техники, а также в крупногабаритных блоках, поскольку не требуется дополнительной мощности для регулирования. 15 1. Термостат, содержащий корпус с вакуумированной полостью с разме щенным в ней сорбентом и термостатируемым объектом, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упроще.ния и .повышения надежности термостаРедактор П. Макаревич 36 8та,. в нем сорбент нанесен на внутренние стенки корпуса, а термостатируемый объект установлен в корпусе.на расстоянии д от его стенок, определяемом из следующего соотношенияД сргде Л - минимальная длина свободногопробега молекул остаточныхгазов в вакуумированной полости в заданном диапазоне изменения температуры окружающейсреды.2, Термостат по и. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что вакуумированная полость заполнена пористым материалом.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1, Шитиков Г.Т; и др. Высокостабильные генераторы. М., "Советскоерадио", 1974, с. 294-2972. Авторское свидетельство СССРпо заявке 11 2950587/18-24,кл, С 05 О 23/30, 1981 прототип). город, ул, Проектная,