Термостат

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 997006 Сеюэ СеветскнхСоциалистическихРеспублик(ИМ. Ка.з а 05 О 23/ЗО сприсоединениемэаявки 88 -Госудавствеииый комитет ССС Р ио делам изобретеиий и открытий(088.8) Опубликовано 15.0283. Бюллетень М б Дата опубликования описания 15. 02. 83 Б. Н. Певзнер; В. Б, зубовской 4 В. И -ЛеднтьевФОсобое конструкторское бюро Ордеыа.,ленина:институтафизики .Земли им. О. Ю, Шмидта(54) тегиостлт Изобретение относится к технике термостаирования, а именно к устрой- ствам для термостатирования различных элементов и приборов, например чувствительных систем гравиметров, и может быть использозано в различных областях техники, где необходимо поддержание постоянной температуры отдельных элементов или систем.Известны термоататы, содержащие. теплоизоляционный кожух, вкотором размещена термостатируемая камера, с нагревателем на ее боковой поверхности 1 .В таких термостатах датчик температуры измеряет ее в какой-либо фик" сированной точкеили: среднюю по поверхности камеры. При этом темпера" турное поле камеры существенно меняется при изменении внешней температуры, по длине камеры возможны большие градиенты температуры, что не позволяет обеспечить высокую точность термостатирования.;Известен также термостат, содержащий тенлоизоляционный кожух, внутри которого расположена термостатируемая камера с нагревателем и датчиком температур. Для повьыения точности термостатирования внутри камеры такого термостата установленметаллический стержень с дополнитель;ным нагревателем Г 23Однако разнесенность нагревателяи датчика приводит к фазовому запаздыванию и самовозбуждению системырегулирования при больших коэффици.ентах передачи в цепи обратной связи 10 что снижает точность термостатирования. Для уменьшения потерь тепла в качестве теплоизоляционного кожуха используют сосуд Дьюара, что позволяет уменьшить размеры термостата, а для повыаения точности работы систеьы регулирования уменьшают тепло-, вое сопротивление между нагревателем и камерой термостата, для чего провод нагревателя наматывают непосред" ственно на поверхность камеры в один слой. При этом наименьшую погрешность, как известно, имеют системы пропорционального терморегулирования 25 с объединенным измерительным и нагревательным элементами, так,как в этом случае запаздывание в системе регулирования минимально, что позволяет повысить точность стабилиза-ф ЗО ции температуры.Наиболее близким по техническойсущности к предложенному являетсятермастат, содержащий сосуд Дьюарас теплоиэоляционной пробкой и камерой тепла, на поверхности которойразмещен основной нагреватель, подключенный к блоку управления, Дляповышения точности работы термастатснабжен дополнительным нагревателем,размещенным на теплоизоляционнойпробке 13В таком термостате снижено влияние изменения температуры окружающейсреды на распределение температурного поля, однако и здесь отсутствуетвыравнивание температурных градиентов. Датчик регистрирует интегральную температуру объекта, тогда какпо длине объекта возможны большиеградиенты температуры. Это не позволяет достичь высокой точности термостатирования, особенно необходимойв термостатах гравиметров.Целью изобретения является повышение точности термостатирования путемобеспечения максимального тепловогоконтакта термочувствительной частииэмерительно-нагревательной обмоткитермостата с термостатируемым объектом,Поставленная цель достигаетсятем, что в термостате, содержащемсосуд Дьюара с расположенным в немтепловыравнивающим корпусом, на котором размещена связанная с блокомуправления измерительно-нагревательная обмотка, и теплоизоляционнуюпробку с первым нагревателем, навнутренней поверхности тепловыравнивающега корпуса в средне частивыполнен связанный с термостатируемым объектом выступ, на которомразмещена термочувствительная частьизмерительно- нагревательной обмотки,причем в верхней части теплавыравнивающего корпуса установлен второйнагреватель, включенный параллельнос иэмерительно-нагревательной обмоткой,Таким образом, объект термостатирования имеет непосредственный контакт только с термочувствительнымплечом моста, а часть корпуса, накоторой размещена остальная обмотка,изолирована от объекта воздушнымслоем (порядка 5 мм), создающимбольшое тепловое сопротивление междуобъектом и корпусом в зоне отсутствия прямого контакта с термочувствительным плечом.Кроме того, для обеспечения минимальных градиентов температуры подлине термостатируемого объекта вверхней части тепловыравнивающегокорпуса установлен второй дополнительный нагреватель, включенный параллельно с измерительно-нагревательной обмоткой и компенсирующий неод-,. народность теплового сопротивлениякорпуса с внешней средой.За счет такого выполнения термостата повышается точность термостатирования, так как обеспечиваетсяминимальный перепад между термостатируемым объектом и термочувствительным плечом измерительной схемы, т,е.максимальная теплопередача между нимиеНа фиг. 1 представлена конструктивная схема предложенного термостата, на фиг, 2 - схема терморегулирования.Термастат содержит сосуд Дьюара 115с теплоизоляционной пробкой 2 внутУри которой установлены первый нагреватель 3, выполненный в виде однослойной обмотки, и дифференциальный усилитель 4, связанные с термачувствительным мостом 5 и блоком управления (не показан),Внутри сосуда Дьюара размещентепловыравнивающий корпус б, выполненный иэ материала с высокой теплопроводностью в форме закрытого ци 25 линдрического стакана, на боковойповерхности которого размещена измерительно-нагревательная обмотка ввиде бифилярной намотки медных иманганиновых проводов (термочувстви 30:тельный мост),Внутри тепловыравнивающего корпуса б установлен термостатируемыйобьект 7, к которому прилегает выступ В тепловыравнивающего корпуса,/35 выполненный в средней части тепловыравнивающего корпуса б. При этомтермочувствительная часть 9 измерительно-нагревательной обмотки расположена на выступе тепловыравнивающе 4 О го корпуса в зоне теплового контактас термстатируемым объектом.В верхней части корпуса размещенвторой нагреватель 10 в виде однослойной обмотки, включенный параллельно с измерительно-нагревательной обмоткой. Корпус окружен слоем 11 изоляции, например мипорой.Терморегулирование предложенноготермостата осуществляется по схеме с обьединенным измерительно-нагревательным мостом,Схема (см фиг. 2) содержит термочувствительный мост, в котоРомсопротивления й 1,и В 2 выполнены иэ медного провода и являются термочувствительными элементами, а сопротивления В 3 и Кч выполнены иэ манганинового провода, сопротивление которого не зависит от фтемпературы. Такая мостовая схема является саморе 6 гулирующейся, т,е, одновременна служит и датчиком температуры и нагревателем (исполнительным элементом),К входу моста параллельно подсоединены первый нагреватель В 5 (фиг. 1,п, 3) и второй нагреватель Кб(фиг. 1, и, 10). На выходе моста установлен дифференциальный усилитель 4 . (фиг, 1, п. 4), связанный с блоком управления 12 и источником постоян,.ного напряжения 12 В,Термостат работает следующим образом.Через блок управления на термочувствительный мост 5 и включенные параллельно ему обмотки 3 и 10 подают напряжение. питания. При измене.- нии температуры термостатируемого объекта 7 сигнал разбалансас моста поступает на входы дифференциального усилителя 4, а затем " на усилитель мощности блока управления,который в случае увеличения температуры уменьшает напряжение, подаваемое на мостовую схему, инаоборот.Температура термостатирования Т определяется по ФормулеТТ = То +Т,. ( 1 где Т - температура баланса моста,ЬТ - отклонение температуры от точки баланса моста,При отклонении температуры объекта от точки баланса моста (см,фиг,2) в результате изменения сопротивлений термочувствительных элементов В 1 и й 2 на диагонали моста возникает сигнал разбаланса КО, который подается на вход дифференциального усилителя 4ОРоО=2 ЬТ, (2)где О - выходное напряжение диффе ренциального усилителя,о - температурный коэффициент сопротивления меди,С выхода дифференциального усилителя 4 через блок управления 12, со-. держащий усилитель мощности, на термочувствительный мост и нагреватели к 5 и йб подается напряжениеО К дО, (3)где К - коэффициент усиления дифференциального усилителя.Из Формул (2) и (3) получаем АТ (4)Затем из Формул (1) и (4) определяем значение температуры термостатированияТ = Т + - .2(5)т о сКВ термостатах известных конструкций полученное соотношение (5) определяет температуру датчика температуры (измерителя). Использование данной схемы терморегулирования в предложенной теплофизической конструкции термостата позволяет осуществлять регулирование температуры объ- % екта, находящегося в непосредственном тепловом контакте только с термочувствительными элементами моста.Технико-экономическая эффективность использования изобретения обус ловлена снижением термических погреш.ностей, определяемых характером теп" лообмена в месте контакта с датчиком температуры. В предложенном термостате обеспечивается прямой контакт термочувствительного плеча моста с термостатируемым объектом, за счет чего температура датчика максимально приближается к температуре объекта термостатирования. Введен также второй регулируемый нагреватель, позволяющий свести к минимуму градиенты температуры по всему термостатируемому объекту, что особенно важно для гравиметров, В результате этого снижается инерционность термостата и повышается точность термостатирования,Использование предлагаемого термо.стата обеспечивает по сравнению с известными увеличение коэффициента термостатирования до величины поряд" ка 2 104(лучшие термостаты известных гравиметров 1-го класса, например ГАГ, имеют коэффициент термостатирования не более 500), уменьшение времени выхода в рабочий режим и улучшение выравнивания градиентов температуры о всему термостируемому объекту.35Формула изобретенияТермостат, содержащий сосуд Дьюарас расположенным в нем тепловыравни-.вающим корпусом, на котором размеще 40 на связанная с блоком управленияизмерительно-нагревательная обмотка,и теплоизоляционную пробку с первымнагревателем, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точ 45 ности термостатирования, на внутренней поверхности тепловыравнивающегокорпуса в средней части выполнен связанный с термостатируемым объектомвыступ, на котором размещена термо 50 чувствительная часть измерительновагревательной обмотки, причем вверхней части тепловыравнивающегокорпуса установлен второй нагреватель,включенный параллельно с измерительно.55 нагревательной обмкойИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Кейн В, М, Конструированиетерморегуляторов. М "Советское радио", 1971, с. 55.60 . 2. Авторское свидетельство СССРР 414574, кл. С 05 0 23/30, 19723, Авторское свидетельство СССРР 596924, кл, С 05 0 23/30, 1976поототип).Заказ 932/65 Тираж Подписн филиал 1 П 1 П "Патент.", г.Ужгород,ул,Проектна ВНИ 99700 б г 872