Термостат Советский патент 1984 года по МПК G05D23/30 

Изобретение относится к системам регулирования неэлектрических величин , а именно к регулированию температуры с помощью термочувствительных элементов. Известен термостат, содержащий ка меру и термостатирующую камеру, заполненную двухфазной средой, датчик температуры и термобатарею tl3. Однако вследствие большой инерциониости механических и тепловых связей системы регулирования точность поддержания температуры в этом устройстве недостаточна. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му результату является термостат, .содержащий теплоизолированную камеру с.рубашкой, заполненной рабочей средой, сильфон, неподвижное дно которо го закреплено на камере, а подвижное дно соединено со штоком, датчики тем пературы, размещенные на наружной поверхности теплоизолированной камеры и подключенные через блок регулирования к термобатарее, а также стабилизированный источник тепла, установлен ный на штоке между датчиками температуры t 23, При изменении температуры в области фазового перехода рабочая среда (вода) резко изменяет свой объем, в результате чего перемещается подвижное дно сильфона, а вместе с ним и жестко связанный шток со стабилизированным источником тепла в ту или иную сторону. При этом датчики температуры генерируют сигнал, пропорциональный изменению объема рабочей среда при фазовом переходе, который и используется для изменения напряжения питания термобатарей. Указанное устройство обладает более высокой точностью регулирования температуры, что является следствием большой чувствительности датчиков температуры и уменьшенной постоянной времени системы регулирования питания термобатареи. Однако реализация известным устрой ством способа регулирования температуры, основанного на изменении объема рабочей среды при фа.зовом переходе, приводит к усложнению механических узЛов и увеличению габаритов устройства, а также к снижению точности регулирования за счет наличия конечной разности температур между датчиками температуры и поверхностью теплоизолированной камеры. Кроме того, термостаты, основанные на использовании явления расширения рабочей среды (воды) при фазовом переходе (замерзании), имеют систематическую погрешность регулирования температуры, связанную с тем, что в реальных условиях температуры двухфазной среды вода-лед всегда ниже 0°С из-за переохлаждения воды при замерзании, вызванного дополнительными затратами энергии на образование границ раздела в начальный момент образования льда. Цель изобретения - повышение точности регулирования температуры при упрощении процесса термостатирования. Поставленная цель достигается тем, что в термостате, содержащем теплоизолированную камеру с рубашкой, заполненной термостатирующей средой, и датчик температуры, подключенный через блок регулирования к термобатарее, датчик температуры распйложен в термостатирующей среде и закреплен непосредственно на одной из стенок теплоизолированной камеры. Теоретически температура кристаллизации определяется как температура, при которой свободные энергии твердой и жидкой фаз равны. Однако известно, что превращение некоторого количества жидкости в твердую фазу начинается при более низкой температуре, чем температура кристаллизации, т.е. жидкость находится в переохлаж;денном состоянии. Это объясняется тем, что превращению в системе водалед предшествует процесс возникновения флуктуации новой фазы в старой, зарождение и рост новой фазы. При переходе через точку превращения постепенно исчезают флуктуации старой фазы и понижается концентрация активированных молекул в новой фазе. В результате период фазового перехода и, соответственно, выделение скрытой теплоты перехода распространяются на широкий температурный интервал, включая и температуру равенства свободных энергий твердой и жидкой фаз (вода-лед), т.е. 0°С. В предлагаемом устройстве измерение датчиком скрытой теплоты фазового перехода, пропорциональной степени превращения фаз при О С, генерирование соответствующего сигнала и передача его для управления работой термобатареи позволяет повысить точность регулирования за счет поддержания температуры строго равной . Измерение датчиком температуры скрытой теплоты фазового перехода стало возможным благодаря установке датчика температуры в непосредственном тепловом контакте со стенкой рабочей камеры и с рабочей (термостатирующей) средой. На чертеже дана структурная схема предложенного термостата. Устройство содержит корпус 1с крышкой 2, теплоизолированную камеру 3 с рубашкой 4, заполненной термостатирутощей (рабочей) средой, например водой. Внутри камеры установлены капсулы 5 для размещения тёрмостатируемого объекта. Датчик температуры 6 выполнен, например, в йиде термобатареи-тепломера и установлен в непосредственном тепловом контакте с одной стороны с внутренней поверхностью теплоизолированной камеры 3, а с другой стороны - с рабочей средой, заполняющей рубашку 4. Через блок регулирования 7 датчик 6 подключен к термобатарее 8, расположенной на наружной поверхности камеры 3. . . Устройство работает следующим образом. С блока регулирования 7 на термобатарею 8 поступает питание, которое обеспечивает ее работу в режиме ох лаждения. При достижении температуры близкой к температуре кристаллизации воды, в термобатарее возникают флуктуации новой фазы (льда), что сопровождается выделением скрытой теплоты фазового перехода. Последняя регистрируется датчиком температуры 6 и соответствует разности температур между внутренней поверхностью камеры 3 и водой. При .этом датчик температуры 6 генерирует сигнал, пропорциональный степени завершенности фазового перехода, т.е. соотношению льда и воды. Затем этот сигнал подается на блок регулирования 7, где сравнивается с опорным напряжением, равным заданной термо-ЭДС датчика при 0°С, усиливается, после чего подается на термобатарею 8. При отрицательной температуре окружающей среды термобатарея 8 работает на нагрев. В этом случае сигнал с датчика температуры 6 генерируется при плавлении льда и имеет другую полярность. Предложенное устройство позволяетс высокой точностью устанавливать и поддерживать температуру термостатируемого объекта при 0°С. Исключение механических связей значительно упрощает конструкцию устройства, что увеличивает надежность и срок службы прибора, снижает трудоемкость его изготовления, настройку при эксплуатации, габариты и энергопотребление и, кроме того, дает возможность использования предлагаемого устройства в условиях производственных вибраций.

ТЕРМОСТАТ, содержащий теплоизолированную камеру с рубашкой, заполненной термостатирующей средой, и датчик температуры, подключенный через -блок регулирования к термобатарее, отличающийся тем, что, с целью повьпиения точности термостата, в нем датчик температуры расположен в термостатирующей среде и закреплен на одной из стенок теплоизолированной камеры. V