Устройство для стабилизации температуры нескольких объектов

Устройство для стабилизации температуры нескольких объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Рес ублии

О Л И С А Н И Е ()953630

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16. 03. 81 (21) 3260482/18" 24 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 23.08.82. Бюллетень №31

Дата опубликования описания 23. 08. 82 (5! )М. Кд.

G 05 D 23/30

3Ьсударстеенный комнтет

СССР не делам нэабретеннй н открытнй (53) УД К 621 ° 555..6(088.8) Н, И, Варич, В. П. Ященко, А. В. Лытов, и В. Е. Ланевский (72) Авторы изобретения (1! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕИПЕРАТУР61

НЕСКОЛЬКИХ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для стабилизации температуры нескольких объектов, часть из которых имеет собственные тепловые выделения, 5 на оптимальных для каждого объекта уровнях.

Известно устройство для стабилизации температуры объекта, содержащее последовательно соединенные датчик температуры объекта, заключенного в тепловыравнивающую оболочку, регулятор тока термобатареи и термоэлектрическую батарею, соединенную одной из граней с окружающей средой посредством теплоотвода, причем объект находится в тепловом контакте с другой гранью термобатареи Р 1 1.

Однако указанное устройство применимо для стабилизации температуры одного объекта либо нескольких объектов, размещенных на общей тепловыравяивающей оболочке, на одном темпера2 турном уровне, поскольку информация для работы регулятора тока термобатареи поступает от одного датчика, размещенного на объекте под тепловыравнивающей оболочкой. Если же объекты обладают различными оптимальными рабочими температурами, для стабилизации их рабочей температуры на нужном уровне они должны поме-: щаться в отдельные.тепловыравнивающие оболочки и иметь независимые контуры регулирования температуры для каждого объекта. Поэтому недостатком устройства в применении к стабилизации температуры нескольких независимых объектов является громоздкость его конструкции вследствие необходимости использования контуров регулирования для каждого объекта.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для стабилизации температуры нескольких объектов, содержащее дат"

953630 чик температуры одного из объектов, соединенный с регулятором тока термобатареи, к выходу которого подключена термобатарея, рабочая. поверхность которой противоположна рабочей поверхности, находящейся в тепловом контакте с объектами, соединена с внешней средой посредством теплоотвода, причем каждый объект находит". ся в тепловом контакте с соответству-, 1в ющей частью рабочей поверхности термобатареи.

Температурные уровни для каждого

«з объектов обеспечиваются соотношением количества тепловыделений от каждой части рабочей поверхности термобатареи, контактирующей с данным объектом. Температура каждого объекта стабилизируется на оптимальном уровне строго определенной частью термобатареи, определяемой расчетным путем в зависимости от тепловых выделений каждого объекта, необ-. ходимой точности стабилизации температуры каждого объекта,и разности между Уровнем стабилизации температуры каждого объекта и начальным уровнем температуры. Полярность тока и его величина через все части термобатареи одинаковы и зависят от темпе- э ратуры объекта, который требует наиболее точной стабилизации температуры, и на котором установлен датчик температуры, управляющий работой регулятора тока, а определенные расчет-, 35 ным путем see части термобатареи стабилизируют соответствующие объек-. ты на требуемых уровнях температуры с заданной точностью, но с меньшей чем у объекта, на котором установлен датчик.

При изменении температуры объекта, на котором установлен датчик температуры, относительно заданного уровня регулятор тока под деиствием

-сигнала от датчика изменяет величину и полярность тока термобатареи таким образом, что части термобатареи, нагревая или охлаждая соответствующие объекты, компенсируют температур- -" ное рассогласование на объекте с датчиком температуры в заданных пределах температур, обуславливающих заданную точность стабилизации температуры. При этом температуры осталь- ы ных объектов изменяются в более широких пределах температур, обуслов ленных конструкцией (формой, материалом) объектов и взаиморасположением их относительно рабочих поверхностей термобатареи.Т. е. стабилизация температуры всех объектов осуществляется в требуемых для каждого объекта интервалах температур относительно заданного уровня температуры в широком диапазоне изменений температуры окружающей среды (например, от -50 С до 50 С) (2 ).

Недостатком известного устройства при стабилизации температуры объектов, по крайнее мере„ один из которых имеет значительные собственные тепловыделения, например, генератор на лавинопролетном диоде или диоде Ган"на, когда есть необходимость установки датчика температуры на другом объекте, требующем максимальной точности стабилизации температуры, является ограниченность нижней грани цы диапазона уровней стабилизации температуры объекта с тепловыделениями, что в свою очередь ограничивает надежность и ресурс объекта вследствие того, что собственные тепловыделения первого объекта повышают фактический уровень стабилизации его температуры по отношению к начальной температуре, а необходимость сохранить заданные оптимальные уровни рабочих температур для остальных объектов, особенно объекта с максимальной точностью стабилизации температуры, не позволяют в режиме нагрева компенсировать повышение температурного уровня объекта с тепловыделениями путем снижения величины электрического тока через термобатарею, поскольку ток через всю термобатарею одинаков, и это снизило бы фактические уровни температур остальных объектов.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для стабилизации температуры нескольких объектов, содержащем датчик температуры установленный на объекте без собственного тепловыделения, соединенный с входом регулятора тока термобатареи, разделенной на участки по числу объектов, соединенные между собой последовательно, одна из рабочих поверхностей термобатареи находится в тепловом контакте с объектами, а другая рабочая поверхность соединена

5 953630 с внешней средой посредством теплоотвода, участок термобатареи, связанный с объектом, имеющим собственное тепловыделение, выполнен в виде двух групп элементов, параллельно одной из которых встречно подключен диод.

Количество элементов части термобатареи, шунтированных диодом, определяется как целая часть числа

1О

n =N!

2Р

45 где и - количество элементов термобатареи, находящихся в тепловом контакте с объектом, имеющим собственные тепловыделения;

g - величина тепловыделений объекА та, Вт;

Т - температура объекта, имеющего собственные тепловыделения, получаемая при работе элементов термобатареи в режиме охлаждения, при верхнем зна25 чении температуры окружающей среды (например, +50"С), С;

Т - температура теплоотвода при работе термобатареи в режиме нагрева при нижнем значении температуры окружающей среды

30 (например, -50ОС), С; ! — ток через термобатарею, А;

К - коэффициент теплопроводности одного элемента термобатареи, Вт/град;

А - коэффициент термо-ЭДС одного элемента термобатареи, Вт/град.А;

R - электрическое сопротивление одного элемента термобата40 реи, Ом;

Q - -теплоотток от объекта по

И теплоизоляции, Вт.

Введение в устройство диода, подключенного параллельно группе элементов участка термобатареи, находящейся в тепловом контакте с объектом, имеющим собственное тепловыдение, позволяет при соединении диода с группой элементов разнополярными контактами в режиме нагрева отводить ток от группы элементов участка термобатереи шунтированной диодом, обеспечивая

55 тем самым уменьшение теплового сопротивления термобатареи тепловому потоку от объекта с тепловыделением к окружающей среде и снижение уровня стабилизации температуры объекта с тепловыделением без измерения температуры стабилизации осталь-ных объектов, в том числе. объекта, требующего особо точной термостабилизации и снабженного датчиком температуры. При этом количество

L элементов в группе, зашунтированной диодом, определено, исходя из уравнений тепловых потоков как целая часть числа

И„(то-т ) О„+Qvl

И=N АПо+27Ъ)+0,5 1 Р, t .п определяется по правилам математического округления чисел с целью исключения условия переохлаждения объекта, имеющего собственные тепловыделения.В режиме охлаждения подключение диода указанным образом не изменяет функционирование устройства, так как электрический ток в этом случае через диод не протекает. Таким образом, подключение диода позволяет понизить уровень стабилизации температуры объекта с собственными тепловыделенияии при регулировании в широком диапазоне температур внеш ней среды.

На фиг. 1 схематически изображе" но устройство; на фиг. 2 - электрическая блок-схема устройства.

Устройство для стабилизации температуры нескольких объектов, по крайней мере, один из которых имеет собственное тепловыделение, содержит датчик температуры, установленный на объекте 2, имеющем собственное тепловыделение, требующем наиболее точной стабилизации температуры, соединенный с регуля тором 3 тока термобатареи, состоящей из участков 4, одна рабочая: поверхность которой находится в тепловом контакте с объектами 2,5 и 6, а противоположная поверхность соединена с внешней средой посредством теплоотвода 7. Диод 8 подключен параллельно, например, к одной из групп элементов 9 участка 4 термобатареи, находящейся в тепловом контакте с объектом 5, имеющим собственное тепловыделение, причем соединены разнополярные контакты диода и шунтированной части термобатареи.

Устройство работает следующим образом.

953630

Йри отклонении от заданного уровHR температуры термостабилизируемого объекта 2, на котором установлен датчик l температуры, изменяется сигнал: на выходе датчика, поступающий на вход регулятора 3 тока. Регулятор тока в зависимости от зна" чения этого сигнала изменяет величину и полярность проходящего тока через термобатарею электрического то- ® ка. Соответственно термобатарея нагревает или охлаждает термостабилизируемый объект 2 и датчик 1 температуры до устранения температурного

Ф рассогласования, а значит на датчи ке 1 температуры и термостабялизируемых объектах устанавливается требуемая температура, Определенные ра-. счетным путем части термобатареи стабилизируют соответствующие объекты >0

5 и 6 на требуемых уровнях температур с заданной точностью, но с меньшей чем у объекта, на котором установлен датчик температуры, т.е. стабилизация температуры всех объектов осущес">> твляется в заданных для каждого объекта интервалах. Теплоотвод 7 обеспечивает отвод тепла от термобатареи во внешнюю среду. Диод 5 подключен параллельно, например, к одной из групп элементов 9 участка,4 термобатареи, находящейся в тепловом контакте с объектом 5, имеющим собственные тепловыделения, разнополярными контактами диода и термобатареи и 3s шунтирует этот элемент при работе термобатареи в режиме нагрева, обеспечивая тем самым уменьшение теплово,го сопротивления между объектами 5 и теплоотводом 7 и снижение нижнего 40 уровня температуры стабилизации объекта с собственными тепловыделеняями, количество элементов части термобатареи, охваченных диодом, при этом определено по формуле и= NИспользование изобретения позволяет повысить надежность и ресурс активных полупроводниковых приборов и дает расчетный экономический эффект около 100 руб на одно устройство, Формула изобретения

Устройство для стабилизации температуры нескольких объектов, содержа" щее датчик температуры, установленный на объекте без собственного тепловыделения, соединенный с входом регулятора тока термобатареи, разделенной на участки по числу объектов, соединенных между собой последовательно, одна из рабочих поверхностей термобатареи находится в тепловом контакте с объектами,а другая рабочая поверхность соединена с внешней средой при помощи теплоотвода, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, участок термобатареи, связанный с объектом, имеющим собственное тепловыделение, выполнен в виде двух групп элементов, параллельно одной из которых встречно подключен диод.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ильярский О. И. и Удалов H.П.

Термоэлектрические элементы, N., "Энергия", 1970, с. 45.

2. Авторское свидетельство СССР

8 721805, кл. G 05 D 23/30, 1977 (прототип).

953630

Составитель С. Стрелецкий

Техред Т.Иаточка Корректор Г. Огар

Редактор Г.Кацалап

Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д, 4/5.Заказ 6277/76

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4