УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ Российский патент 2014 года по МПК G05D23/19 H05B3/00 

Изобретение относится к средствам контроля и управления полем температуры пространственно распределенных объектов и может быть использовано в автоматизированных системах управления тепловыми режимами в ракетно-космической технике.

Известен нагреватель (РФ, патент на полезную модель №86372, МПК H05B 3/56, опубликован 27.08.2009 г.) повышенной надежности, выполненный из двух греющих кабелей, которые дублируют друг друга. При этом каждый кабель сложен пополам и скручен в спираль таким образом, что идет чередование витков основного и резервного кабелей, но данный нагреватель не предназначен для нагрева протяженных поверхностей.

Наиболее близким является устройство для стабилизации температуры элементов микросхем и микросборок (РФ, патент на изобретение №2348962, МПК G05D 23/19, опубликован 10.03.2009 г.). Устройство содержит подложку, схему регулирования температуры и электрически соединенные с ней датчик температуры и нагреватель, расположенные на рабочей поверхности подложки. Датчик температуры расположен у края подложки. В данном устройстве используется только один нагревательный элемент и при резервировании нагревателей для повышения надежности, невозможно получить идентичность процессов термостатирования, усложняется монтаж нагревателей. Кроме того, высокая точность термостатирования достигается лишь вблизи расположения датчика температуры, а участки подложки, удаленные от датчика температуры имеют низкую точность термостатирования из-за конечной величины нагревателя. При этом, использование в устройстве только одного нагревателя и одного датчика температуры не позволяет устранять возникающие на подложке перепады температуры.

Задачей изобретения является создание устройства с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, повышении надежности и качества стабилизации температуры, в частности пространственно распределенных объектов в широком диапазоне изменения температуры.

Это достигается тем, что устройство стабилизации температуры термостатируемого объекта, содержит, по крайней мере, один нагреватель, расположенный на подложке, с датчиком температуры и систему управления. В отличие от известного нагреватель дополнен резервным нагревательным элементом, который вместе с основным нагревательным элементом, расположены на тонком диэлектрическом основании, в гибкой печатной плате, под защитным изоляционным покрытием. Резервный нагревательный элемент так же снабжен датчиком температуры, нагреватель жестко закреплен на наружной поверхности подложки, а датчики температуры для основного и резервного нагревательных элементов расположены на внутренней поверхности подложки в области геометрического центра нагревателя. Причем система управления предназначена для регулирования температуры термостатируемого объекта посредством включения/отключения питания нагревательных элементов.

Подложка может представлять собой корпус термостатируемого объекта, выполненный из высокотеплопроводного материала, или тонкостенную высокотеплопроводную металлическую оболочку. Оболочка ограничивает объект термостатирования. Основной и резервный нагревательные элементы имеют идентичные тепловые и геометрические характеристики и расположены на диэлектрическом основании со сдвигом равным шагу печатного рисунка. На подложке могут быть расположены дополнительные нагреватели, с датчиками температуры.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен нагреватель, а на фиг.2 система управления.

Устройство стабилизации температуры содержит нагреватель 1 (фиг.1), представляющий собой гибкую печатную плату на тонком диэлектрическом основании 2, на котором расположены основной 3 и резервный 4 независимые нагревательные элементы в виде проводящего печатного рисунка из манганиновой фольги толщиной 0,3 мм, закрытые защитным изоляционным покрытием 5. Проводящий печатный рисунок в виде линий шириной 1,1 мм и расстоянием между ними не менее 0,1 мм заканчивается контактными площадками 6, которые не закрыты изоляционным покрытием. При пропускании электрического тока по печатным проводникам выделяется тепло. Нагреватель 1 жестко крепится на наружной поверхности подложки 7 диэлектрическим основанием 2 при помощи клея К-300-61. Подложка 7 выполнена в виде корпуса из высокотеплопроводного материала или тонкостенной высокотеплопроводной металлической оболочки, которая ограничивает объект термостатирования. Размеры, мощность и количество нагревателей 1 выбирают исходя из весогабаритных характеристик и конструктивных особенностей объекта термостатирования. С внутренней стороны подложки 7 в области геометрического центра нагревателя 1 установлены датчики температуры 8 и 9 соответственно для основного нагревательного элемента 3 и резервного нагревательного элемента 4. Такое расположение датчиков температуры позволяет получать точную информацию о температуре внутри термостатируемого объекта. Площадь контакта датчика температуры не превышает 0,5 см², что обеспечивает идентичность показаний основного и резервного датчика температуры. Идентичность основного нагревательного элемента 3 и резервного нагревательного элемента 4 и их близкое расположение позволяют при выходе из строя основного нагревательного элемента 3 или датчика температуры 8 без перенастройки подключить резервный нагревательный элемент 4 и датчик температуры 9, что повышает надежность устройства. В качестве датчиков температуры используются цифровые термодатчики, производства компании «DALLAS SEMICONDUCTOR» серии DS1820 или DS1624.

Система управления (фиг.2) содержит блок питания 10, подающий напряжение на блок управления 11 и устройство обработки информации 12. В системе управления выводы питания нагревательных элементов 3 и 4 нагревателя 1 и датчиков температуры 8 и 9 подключены к выходам блока управления 11, двунаправленная шина данных датчиков температуры 8 и 9 подключена через блок управления 11 к входам устройства обработки информации 12, а выход устройства обработки информации 12 к входу блока управления 11.

Устройство стабилизации температуры работает в двух режимах.

В режиме измерения после подачи напряжения с блока питания 10 блок управления 11 проводит периодический (с периодом П≈1 мин) опрос датчиков температуры 8 (при использовании основных нагревательных элементов 3) или датчиков температуры 9 (при использовании резервных нагревательных элементов 4). Результаты измерений по двунаправленной шине данных поступают в блок управления и далее в устройство обработки информации 12, где происходит накопление, обработка и хранение результатов измерения в запоминающем устройстве.

В режиме регулирования после опроса датчиков температуры 8 или 9 результаты измерений по двунаправленной шине данных поступают в блок управления 11 и далее в устройство обработки информации 12, которое проводит анализ измеренных температур и выработку по специальному алгоритму обработки температурных измерений управляющих воздействий на нагреватели 1, которые передаются в блок управления 11, где формируются команды на включение/отключение нагревателей. Принцип регулирования основан на подогреве более холодных участков аппаратуры. Критериями температурного режима является допустимый рабочий диапазон температур от T_min до T_max, при допустимом перепаде температур между заданными точками измерения ΔТ_доп.

Таким образом, создано надежное устройство стабилизации температуры пространственно распределенных объектов с высокой точностью термостатирования и качеством стабилизации температуры в широком диапазоне изменения температуры.

Изобретение относится к средствам контроля и управления полем температуры пространственно распределенных объектов и может быть использовано в автоматизированных системах управления тепловыми режимами в ракетно-космической технике. Устройство стабилизации температуры термостатируемого объекта содержит нагреватель, расположенный на подложке, с датчиком температуры и систему управления. Нагреватель дополнен резервным нагревательным элементом, снабженным датчиком температуры. Система управления предназначена для регулирования температуры термостатируемого объекта посредством включения/отключения питания нагревательных элементов. Подложка может представлять собой корпус термостатируемого объекта, выполненный из высокотеплопроводного материала, или тонкостенную высокотеплопроводную металлическую оболочку. Оболочка ограничивает объект термостатирования. Основной и резервный нагревательные элементы имеют идентичные тепловые и геометрические характеристики и расположены на диэлектрическом основании со сдвигом, равным шагу печатного рисунка. На подложке могут быть расположены дополнительные нагреватели с датчиками температуры. Технический результат - расширение функциональных возможностей, повышение надежности функционирования, качества стабилизации температуры, в частности пространственно распределенных объектов в широком диапазоне изменения температуры. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство стабилизации температуры термостатируемого объекта, содержащее, по крайней мере, один нагреватель, расположенный на подложке, с датчиком температуры и систему управления, отличающееся тем, что нагреватель дополнен резервным нагревательным элементом, который вместе с основным нагревательным элементом расположен на тонком диэлектрическом основании, в гибкой печатной плате, под защитным изоляционным покрытием, кроме того, резервный нагревательный элемент также снабжен датчиком температуры, нагреватель жестко закреплен на наружной поверхности подложки, а датчики температуры для основного и резервного нагревательных элементов расположены на внутренней поверхности подложки в области геометрического центра нагревателя, причем система управления предназначена для регулирования температуры термостатируемого объекта посредством включения/отключения питания нагревательных элементов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подложка выполнена в виде корпуса термостатируемого объекта из высокотеплопроводного материала.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подложка выполнена в виде тонкостенной высокотеплопроводной металлической оболочки.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что высокотеплопроводная металлическая оболочка ограничивает объект термостатирования.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основной и резервный нагревательные элементы выполнены с идентичными тепловыми и геометрическими характеристиками и расположены на одном диэлектрическом основании со сдвигом равным шагу печатного рисунка

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на подложке расположены дополнительные нагреватели с датчиками температуры.