Термостат

Термостат

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (u) 826298

Ф уф: —: (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 05,0379 (21) 2734267/18-24 с присоединением заявки ¹ 2847505/18-24 (51)М. Кл 3

6 05 0 23/30

Гоеударстаенный комнтет

СССР но делам нзобретеннй н открытнй (23) ПриоритетОпубликовано 3004.81. Бюллетень М 16

Дата опубликования описания 300481 (53) УДК 621. 555 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г.В. Евстратов, В.E. Прокофьев, В и Л.П. Грабой (71) Заявитель

Харьковский ордена Ленина политех им. В.И. Ленина (54) TEPMOCTAT

Изобретение относится к устройствам стабилизации температуры тел малых и больших обьемов в прецизионных радиоэлектронных приборах и дру5 гих устройствах.

Известен термостат, содержащий кожух из теплоизоляционного материала, внутри которого с зазором расположена камера с датчиком и наг-. ревателем, 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 датчиками и нагревателями, распределенными на ее боковых стенках (2).

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 нера:циональность 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.

826298

Геометрические размеры нагревателей (охладителей) определяют в зави-. симости от максимального температурного перепада между внешней средой

Т< и камерой термостата Т от заданного максимального температурного

5 перепада между двумя любыми точками

1 поля камеры термостата и от максимальной интенсивности (коэффициента) теплообмена Ы теплоизоляционного корпуса с внешней средой, а также в зависимости от геометричеоких размеров и теплофизических характеристик элементов термостата по следующему рекуррентному соотношению: к к-.1 к З кХк(хк+4к>

3 э з

„(2 хк+4к) -X „(, -ч к „) ) к)() к-i f() t )-Х (- )к- ) 2,О-ЗД / .ц

Х =

К 6 /

2. г к + к к- + к- ф1 к + к —.1

vy,- )< Ä vo

Количество нагревателей (колец)

K=m, потребное для одной стенки камеры термостата, определяют в зависимости от длины а и ширины Ь этой стенки по следующей формуле у у ) Г2 2

40 номер кольца концентрического кольцевого нагревателя (охладите- ля), начиная с наименьшего кольца; 45

К = m — номер последнего (наибольшего)кольца для данной стенки камеры термостата;

ХК вЂ” внутренний радиус К-го кольца кольцевого нагревателя (охладите- 50 ля)„. ук - радиус окружности, м, заклю-. ча Мцей температурное поле К-го концей рического кольца нагревателей (охладителей), где температурные 55 перепады между двумя любыми точками поля камеры по абсолютной величине не превышают заданного температурного перепада 9 С;

dq - ширина К-ro кольца нагревателя (охладителя); бО в и Л . — коэффициенты теплопроводностй соответственно камеры, воздуха и теплоизоляционного

Bm корпусa м м. град

65 д ; д8и з „ — толщина соответственно камеры, воздушного промежутка и теплоизоляционного корпуса, м;

4. — коэффициент теплообмена теплоизоляционного корпуса с внешней

Bm м оград

Тс — температура внешней среды,С;, Tn. — температура статирования термостата С; а и Ь- соответственно длина и ширина данной стенки камеры термостата;

R < — тепловое сопротивление между стенкой камеры термостата и окружаюм ° град щей средой, Bm

Камера выполнена из материала с большим коэффициентом теплопроводности Л, например из алюминиевого сплава.

Одинаковые нагреватели (охладители) выполнены в форме выпуклых многоугольных рамок, например, в форме колец по возможности небольшой ширины d и равномерно размещенных по боковой поверхности камеры так, что центры любых трех близлежащих .кольцевых нагревателей (охладителей) образуют вершины равностороннего ,треугольника, длину стороны которого р определяют в зависимости от расчетной величины радиуса у нагревателя (охладителя) по следующему соотношению

y = (1,75 †: 1,86)у.

Геометрические размеры однотип-! ных 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 9между двумя любыми точками поля камеры термостата и от максимальной интенсивности (коэффициента) теплообмена d.> теплоизоляционного корпуса с вйешней средой, а также в зависимости от геометрических размеров и теплофизи-. ческих характеристик элементов термостата по следующему соотношению хауз х ч у -4 -Ъйх (x+d) x s -)() ld(2x+d)

2v-va+g4v*-çäÿ

Х=

6 /

3VЛдR+ . В И

U=

+ +

j T< ст 1и ах t (B Л и ъ с(-пк1х где Х вЂ” внутренний радиус кольцевого нагревателя (охладителя), м; у — расчетная величина радиуса окружности, м, заключающей температурное поле кольцевого нагревателя (охладителя), где температурные

826298 перепады между двумя любыми точками поля камеры по абсолютной величине не превьыают заданного температурного перепада, ОС;

d - ширина кольца нагревателя (охладителя) ;

p.,, Л ц з — коэффициенты теплопроводйости соответственно камеры, воздушного промежутка и теплоизоляBm ционного корпуса, В м град

А — коэффициент тенлообмена теплоиэоляционного корпуса с внешней

Bm средой, м 2. град о

T — температура внешней среды, С;

Tct — температура статирования 15 термостата, о С;

R — тепловое сопротивление между стенкой камеры термостата и окружаюм . град щей средой, 20

Кроме того, повышения технологичности устройства однотипные нагреватели (охладители) выполняют в виде квадратных рамок той же ширины д, что и кольцевые нагреватели, при 25 этом сторону 1 внутреннего квадрата рамки определяют в зависимости от внутреннего радиуса х соответствующего кольцевого нагревателя (охладителя) по следующему соотношению

1 = (1,65-1,75)x; где x — радиус внутренней окружности соответствующего кольцевого нагревателя (охладителя) л;

1 -сторона внутреннего квадрата квадратной рамки нагревателя (охладителя), м .

На фиг. 1 изображен предлагаемый термостат со снятым теплоизоляцион1ным кожухом, где нагреватели (охладители) выполнены в виде колец, раз- 40 мещенных концентрично на стенках камеры; на фиг. 2 — одна из стенок камеры термостата с размещенными на ней однотипными кольцевыми нагревателями (охладителями) и датчи- 4 ком температуры.

На поверхности рабочей камеры (фиг. 1) в центре боковой стенки расположен датчик 2 температуры, а вокруг него концентрическими у() кольцами по воэможности небольшой ширины размещены нагреватели (охладители) 3. Сигнал от датчика температуры используют для управления. током концентрических нагревате- . лей (охладителей) посредством регулятора 4 температуры.

На поверхности рабочей камеры 1 (фиг. 2) однотипные нагреватели (охладители) 3, выполненные в виде колец, равномерно размещены так, d0 что центры любых трех близлежащих нагревателей, образуют вершины равностороннего треугольника. На каждой боковой 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 регулятора 4 температуры.

На поверхности рабочей камеры 1 также равномерно размещены однотипные нагреватели (охладители), но выполненные в виде квадратных рамок.

Термостат работает следующим образом.

Нагреватели (охладители) 3, распределенные концентрическими кольцами по поверхности рабочей камеры 1 (фиг. 1), поддерживают температуру статирования Т с заданной точностью. Причем на все точки поверхности камеры термостата будут иметь температуру равную температуре статирования Т . Неравномерность температурного поля по камере термоста» та в статическом режиме вызвана тепловыми потоками, идущими от нагревателя через камеру, непокрытую нагревателем, и далее через теплоизоляцию в окрующающую среду. При этом тепловой поток q, (Ь „) в окружающую

1 среду в стационарном режиме с 1-ой площадки ь.1(м ) камеры, непокрытой нагревателем, равен с

Тс — Т<щ

Ц Б

Rt и температурные перепады в прилегающей к нагревателю замкнутой области радиуса у,, „ у + у„ не превышают допустимого температурного перепада

Ч . Здесь под нагревателями будет максимальная температура Т +, а между нагревателями на окружности радиуса у и в центре концентрических кольцевых нагревателей температура будет минимальна и равна Тс . Поэтому датчик 2 температуры при необходимости можно одинаково разместить на любой окружности радиуса у .

Одинаковые нагреватели, выполненные в виде выпуклых многоугольных рамок (колец) и равномерно распределенные по поверхности рабочей камеры

1 (фиг. 2), также поддерживают температуру статирования Т с заданной точностью. При этом температурные перепады по поверхности камеры термостата не превышают допустимого температурного перепада . Причем нод нагревателями будет максимальная температура T + f, 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

Руэгг. Л 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 Т вЂ” 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 поток

333

Филиал ППП Патент

r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4 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, связанные с регуляторами температуры, о т л и ч а ю шийся тем, что,с целью повышения равномерности температурного поля термостата, в нем нагреватели выполнены в виде колец, размещенных концентрично на стенках камеры.

2. Термостат по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения равномерности и температурного поля термостата, в нем нагреватели 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 экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 591842, кл. G 05 0. 23/30, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

9 468226, кл. G 05 0 23/30, 1975 (прототип).