УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕРМОКОНТРАСТНОГО РЕЖИМА В ИНКУБАТОРЕ Российский патент 2006 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к устройствам для автоматического управления тепловыми режимами работы инкубаторов при инкубации яиц сельскохозяйственной птицы и других биологических объектов.

Известны различные устройства, предназначенные для поддержания в инкубаторе определенного теплового режима с допускаемым отклонением не более 0,1...0,2°С, например регулятор температуры РТИ-3, аналого-тиристорный регулятор ТЭЗП, цифровой микропроцессорный регулятор БМИ-Ф-15, регулятор МПР51-Щ4 и другие [1). Справочник по инкубации яиц. Ю.З. Буртов, Ю.Н. Владимирова, Ю.С. Голдин и др. Сост. Г.К. Отрыганьев. Под ред. Ю.Н. Владимировой, 2-е изд. перер. и доп. - М.: Колос, 1983. - 176 с.; 2). Каталог продукции ОВЕН. Контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации. 2003. - С.71]. Они содержат в себе электронный терморегулятор, ко входу которого подсоединен штатный резистивный термопреобразователь, а к выходу - нагреватель и, часто, электромагнитный орган управления охладителем. Недостатком использования таких терморегуляторов в инкубационном процессе является стабильный режим температуры, часто не обеспечивающий высокой выводимости яиц. Более эффективным является термоконтрастный режим.

Известны специальные устройства (прерыватели), которые, отключая в определенные периоды нагреватель инкубатора от его терморегулятора, периодически изменяют температуру воздуха в шкафу [3). Рудь А.И. Совершенствование инкубатора // Фундаментальные и прикладные проблемы современной техники. - Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦВШ, 1998. - С.15-25]. В них используются таймеры различных типов (например, механическое реле времени РВ-2 или его электронные аналоги), которые оснащены сильноточными реле с контактами, размыкающими (или замыкающими) цепь между терморегулятором и нагревателем (охладителем). Однако такие устройства обладают рядом недостатков и эксплуатационных неудобств.

Во-первых, простое отключение нагревателя не дает возможности автоматически регулировать и управлять «глубиной» охлаждения воздуха в инкубаторе, поскольку нижний уровень температуры в шкафу зависит от:

- температуры воздуха, окружающего инкубационный шкаф, которая может значительно изменяться в зависимости от времени суток и года;

- степени открытия вентиляционных заслонок;

- стадии процесса инкубации;

- настройки таймера, т.е. продолжительности периода нагрева и охлаждения, которые устанавливаются произвольно.

Во-вторых, монтируя прерыватель, приходится внедряться в структуру силовых электрических цепей, связывающих терморегулятор с нагревателем и охладителем. Как следствие этого, реле таких устройств должны иметь сильноточные контакты.

Наиболее близким к предлагаемому (прототипом) является устройство, описанное в литературном источнике [Рудь А.И. Совершенствование инкубатора // Фундаментальные и прикладные проблемы современной техники. - Ростов-н/Д: Изд-во СКНЦВШ, 1998. - С.15-25]. Прототип содержит в себе таймер и реле с сильноточными контактами и позволяет реализовать термоконтрастный режим инкубации путем отключения нагревателей от терморегулятора, что неэффективно и в некоторых случаях опасно даже при работе инкубатора в автоматическом режиме, но без постоянного наблюдения. Действительно, если температура в инкубатории относительно низка (15°С и менее), а заслонки сильно открыты, то возможно снижение температуры воздуха в инкубационном шкафу ниже предела 32°С, т.е. недопустимое переохлаждение инкубируемых яиц. При относительно высоких температурах окружающего инкубатор воздуха (30°С и более), практически не происходит охлаждения яиц до необходимой температуры (особенно при отсутствии или плохой работе охлаждающей системы и во второй стадии инкубации, когда яйца становятся не потребителями, а источниками теплоты). Таким образом, при термоконтрастном режиме инкубации, реализуемом устройством-прототипом, на амплитуду изменения температуры воздуха в шкафу значительно влияют колебания окружающей температуры в инкубатории, степень открытия заслонок, стадия инкубации и качество работы охладителя.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение устойчивости поддержания параметров термоконтрастного режима инкубации, упрощение устройства-прототипа и его монтажа.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обеспечения термоконтрастного режима в инкубаторе дополнительно введен термонезависимый резистор, который через контакт реле таймера периодически подключается параллельно штатному термопреобразователю инкубатора. Таким образом достигается участие терморегулятора инкубатора в формировании как верхнего, так и нижнего уровней температуры, которые определяются только настройкой терморегулятора и сопротивлением дополнительного термонезависимого резистора и не зависят от изменения внешних факторов. Упрощение устройства достигается за счет использования слаботочного реле, а облегчение его монтажа - за счет того, что отпадает необходимость в перемонтаже сильноточных цепей соединения терморегулятора с нагревателем и охладителем инкубатора.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1, на которой изображена структурная схема устройства для обеспечения термоконтрастного режима, подключенного к терморегулятору инкубатора. Устройство содержит термонезависимый резистор 1, соединенный с контактом 2 реле 3 таймера 4. Термонезависимый резистор 1 в определенные периоды времени подсоединяется параллельно штатному термопреобразователю 6 терморегулятора 9 с нагревателем 7 и охладителем 8 инкубатора 5.

Принцип действия устройства графически поясняется фиг.2, где в координатах R_ТП θ_В и t (время) изображена взаимосвязь состояния контакта 2, сопротивления термонезависимого резистора 1 (R_Д) и штатного термопреобразователя 6 (R_ТП), настройки R_ТР терморегулятора 9 с температурой θ_В воздуха в инкубационном шкафу 5. Предлагаемое устройство построено по принципу периодической подачи на вход терморегулятора 9 «ложной» информации, т.е. «обмана» терморегулятора 9 его «эквивалентным» термопреобразователем со статической характеристикой «bc», который реализуется циклическим включением термонезависимого резистора 1 параллельно штатному термопреобразователю 6, что приводит к периодическому искажению статической характеристики «ad» штатного термопреобразователя 6.

Рассмотрим работу устройства. Пусть при разомкнутом контакте 2 терморегулятор 9 настроен на сопротивление штатного термопреобразователя 6, равное R_ТР, что согласно входной статической характеристике терморегулятора (прямая «ad») соответствует точке "а" и температуре θ_В.МИН. В момент t=0 срабатывает таймер 4, контакт 2 замыкается и параллельно сопротивлению штатного термопреобразователя 6 (R_ТП) включается сопротивление добавочного термонезависимого резистора 1 (R_Д), подобранное таким образом, чтобы суммарное сопротивление «эквивалентного» термопреобразователя (R_ТП параллельно R_Д) ушло в точку "b", лежащую на новой, "ложной" статической характеристике - прямой, проходящей через точки "b" и "с", уже иной, чем входная характеристика терморегулятора 9. Последний начинает изменять (увеличивать) температуру θ_В в инкубационном шкафу 5 до тех пор, пока суммарное сопротивление параллельно соединенных R_ТП и R_Д (за счет увеличения сопротивления R_ТП) не достигнет точки "с". Однако точка "с" соответствует настройке терморегулятора 9, равной R_ТР. Дальнейший рост температуры θ_В в шкафу 5 прекращается и затем она поддерживается на уровне θ_В.МАКС до тех пор, пока вновь не сработает таймер 4 и в момент t₁ разомкнет контакт 2. Размыкание контакта 2, в свою очередь, отключает R_Д от R_ТП и ко входу терморегулятора 9 оказывается подключенным только штатный термопреобразователь 6. Такое состояние входных цепей соответствует точке "d", которая расположена на статической характеристике выше настройки терморегулятора 9 (точка "а"). Включается охладитель 8 и начинается охлаждение воздуха в шкафу инкубатора 5 до температуры θ_В.МИН, при этом происходит снижение сопротивления термопреобразователя 6, что отражено на фиг.2 перемещением R_ТП по статической характеристике от точки "d" к первоначальной настройке - точке "а". Приняв температуру θ_В.МИН, штатный термопреобразователь 6 посредством терморегулятора 9 поддерживает ее на указанном уровне до тех пор, пока в момент t₂ не сработает таймер 4 и вновь не замкнется контакт 2. Таким образом сопротивление на входе терморегулятора 9 в процессе цикла инкубации изменяется в направлении стрелок по контуру "abcd", где "а" - точка первоначальной настройки терморегулятора 9 и происходит цикл "нагрев - охлаждение" с заранее заданными пределами нижнего (θ_В.МИН) и верхнего (θ_В.МАКС) уровней температуры.

Для контроля тепловых процессов, протекающих в инкубаторе и размещенных в нем инкубируемых яйцах, наиболее целесообразно использовать "яйцо-свидетель" или его тепловой имитатор, температура внутри которых непрерывно контролируется и регистрируется вторичной аппаратурой (например, многоточечным автоматическим мостом со специальными малогабаритными термопреобразователями). [Фандеев Е.И., Лущаев Г.А., Карчков В.А. Специальные термометры с термопреобразователями сопротивления. - М.: Энергоатомиздат. 1987. - 96 с.; Тришечкин П.Ф., Карчков В.А. Шестиканальный измеритель температуры биологических объектов // Изв. вузов. Электромеханика. 1993, №2. - С.102-106; Гветадзе С.В., Фандеев Е.И., Тришечкин П.Ф. Тепловой имитатор яйца сельскохозяйственной птицы // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2000. №4 - С.14-17].

Следует отметить, что предлагаемое устройство может быть использовано для создания термоконтрастного режима не только в инкубаторах, но и на других объектах регулирования температуры, например, при искусственном старении элементов и деталей средств измерений.

Предлагаемое устройство было изготовлено в ЮРГТУ (НПИ) и испытано на Шахтинской инкубаторно-птицеводческой станции в инкубаторе типа "ИУП-Ф-45-21". Следует отметить, что результаты проведенных экспериментальных исследований показали его работоспособность и эффективность.

Изобретение относится к технике приборостроения, а именно к технике проектирования устройств для автоматического управления тепловыми режимами работы инкубаторов. Технический результат - повышение устойчивости поддержания параметров термоконтрастного режима инкубации. Для достижения данного результата дополнительно введен термонезависимый резистор, периодически подсоединяющийся параллельно штатному термопреобразователю терморегулятора инкубатора с помощью контакта реле таймера. Причем реле имеет слаботочный контакт, а нагреватель и охладитель инкубатора подключены к его терморегулятору постоянно. 2 ил.

Устройство для создания термоконтрастного режима в инкубаторе, включающее в себя таймер и реле с контактом, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит термонезависимый резистор, периодически подсоединяющийся параллельно штатному термопреобразователю терморегулятора инкубатора с помощью контакта реле таймера, причем реле имеет слаботочный контакт, а нагреватель и охладитель инкубатора подключены к его терморегулятору постоянно.