Дилатометрический осциллятор Советский патент 1987 года по МПК F03G7/06 

зазор 16 между нагревателем (Н) 8 и концом 7 С 5. Последний удален от тепло- обменной поверхности Н 8 в тангенциальном относительно опоры 13 направлении. Опора 13 установлена на основании 1. В средней части С 5 выполнен продольный паз, посредством которого опора 13 соединена со С 5 с возможностью перемещения вдоль него и фиксации ее положения относительно С 5 и основания I. Один конец пружины 4 связан с последним с возможностью изменения и фиксации величины предварительной деформации пружины 4. Нагрев латунного С 5 от Н 8 осуществляется через зазор 16. Отток тепла от конца 11 С 5 осуществляется через свин1

Изобретение относится к области тепловой автоматики и точной механики, а именно к устройствам преобразования тепловой энергии в энергию тепломеханических автоколебаний стержня регулируемой амплитуды и частоты, и может быть использовано при создании усилителей, генераторов и исполнительных механизмов в схемах теплони- ки - отрасли автоматики, решающей задачи контроля и управления при потреблении единственного вида энергии - тепло- вой.

Целью изобретения является повышение надежности и обеспечение регулирования частоты и амплитуды колебаний стержня.

На чертеже изображена конструктивная схема осциллятора, осевой разрез.

Осциллятор содержит закрепленную на основании 1 свинцовую пластину 2 с ножевым окончанием 3 и прижатый к последнему пружиной 4 латунный стержень 5, пок- рытый слоем теплоизоляции 6. Первый не- теплоизолированный конец 7 стержня 5 расположен в зоне действия нагревателя 8. Нагреватель 8 покрыт слоем теплоизоляции 9 со всех сторон, кроме его тепло- обменной поверхности 10. Второй нетепло- Изолированный конец 11 стержня 5 расположен в зоне действия холодильника, выполненного как одно целое с пластиной 2 в виде радиатора 12. Осциллятор снабжен установленной на основании 1 поворотной опорой 13. В средней части стержня 5 вы- полнен продольный паз Г4, посредством которого опора 13 соединена со стержнем 5 с возможностью перемещения вдоль него и фиксации ее положения относительно стержня 5 и основания 1. Один конец пружины 4 связан с основанием 1 с возможцовую пластину 2 с ножевым окончанием (НО) 3. Пластина 2, нагреваясь, удлиняется и приподнимает правый конец 11 С 5. При этом левый конец 7 С 5 удаляется от Н 8, увеличивая тем самым воз- дущный зазор 16. Это приводит к охлаждению С 5 и пластины 2. Свинцовый бугорок, образовавшийся на НО 3 при нагревании пластины, спадает, и конец 11 С 5 опускается. При этом конец 7 приближается к Н 8, повыщая интенсивность подвода тепла от Н 8 к С 5 и соответственно к НО 3 пластины 2. Последняя снова удлиняется и приподнимает конец 7 С 5, удаляя левый конец 7 С 5 от Н 8. 1 3. л. ф-лы, 1 ил.

ностью изменения и фиксации величины предварительной деформации пружины 4 посредством установочного винта 15. Второй конец пружины 4 закреплен на стержне 5 между опорой 13 и ножевым окончанием 3 пластины 2. Последняя расположена возле второго конца 11 стержня 5, а первый конец 7 последнего удален от теплооб- менной поверхности 10 нагревателя 8 в тангенциальном относительно опоры 13 направлении на расстояние б, превышающее амплитуду колебаний этого конца 7 стержня 5, с образованием зазора 16 между нетеплоизолированными поверхностями нагревателя 8 и стержня 5. Нагреватель 8 снабжен направляющей 17 и установлен с возможностью изменения и фиксации зазора 16 с помощью упорного винта 18 для прижатия направляющей 17 к основанию 1.

Дилатометрический осциллятор работает следующим образом.

С помощью направляющей 17 и винта 18 устанавливают требуемый зазор 16 между нагревателем 8 и концом 7 стержня 5. Опора 13 находится в положении (определяемом соотношением длин плеч aid), обеспечивающем режим автоколебаний в устройстве. Температура нагревателя заметно выше температуры окружающей среды (рабочий диапазон температуры 60-300°С).

Нагрев латунного стержня 5 от нагревателя 8 осуществляется через воздушный зазор 16 величиной ё. Отток тепла от стержня 5 осуществляется через свинцовую пластину 2.

В результате высокой теплопроводности латуни стержень 5 быстро нагревается по всей длине, что приводит к нагреву ножевого окончания 3 пластины 2 (пружина 4 обеспечивает постоянный тепломеханический

контакт между стержнем 5 и свинцовой пластиной 2). Так как температурные коэффициенты линейного и объемного расширения свинца намного выше, чем у латуни, то пластина 2, нагреваясь, удлиняется (на ножевом окончании 3 пластины 2 образуется бугорок из-за локального прогрева свинца) и приподнимает правый конец 11 стержня 5. При этом левый конец 7 стержня 5 удаляется от нагревателя 8 (благодаря поворотной опоре 13), увеличивая тем самым воздушный зазор 16. Увеличение зазора 16 в свою очередь вызывает снижение интенсивности подвода тепла от нагревателя 8 к стержню 5, что приводит к охлаждению стержня 5 и пластины 2. Свинцовый бугорок на ножевом окончании 3 пластины 2 спадает и конец 11 стержня 5 опускается, а противоположный конец 7 приближается к нагревателю 8, повышая интенсивность подвода тепла от нагревателя 8 к стержню 5 и соответственно к ножевому окончанию 3 свинцовой пластины 2. Последняя снова удлиняется (возникает бугорок на но жевом окончании 3) и приподнимает конец 11 стержня 5, удаляя левый конец 7 от нагревателя 8.

Указанный процесс периодически повторяется, и амплитуда колебаний X латунного стержня 5 изменяется с течением времени t по гармоническому закону в соответствии с формулой

sincot,

причем амплитуда Хо и частота со колебаний латунного стержня 5 зависят от тепло- физических свойств материалов стержня 5 и пластины 2, от геометрии устройства и мощности нагревателя 8 (его температуры). Величина амплитуды Хо определяется температурным уровнем нагревателя 8; величиной номинального .зазора 16, а также комбинацией этих факторов.

Режим автоколебаний устанавливается оператором изменением соотношения плеч а/Ь. Частота колебаний ш устанавливается путем изменения массы стержня 5 и степени натяга пружины 4 с помощью установочного винта 15.

Формула изобретения

0 I. Дилатометрический осциллятор, содержащий закрепленную на основании свинцовую пластину с ножевым окончанием и прижатый к последнему латунный стержень, первый конец которого расположен в зоне действия нагревателя, а второй - в зоне

действия холодильника, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен установленной на основании и соединенной со стержнем в его средней части поворотной опорой и пружиной, один конец последней связан с основанием, а второй закреплен на стержне между опорой и ножевым окончанием пластины, последняя расположена возле второго конца стержня, а первый конец последнего удален от тепло- обменной поверхности нагревателя в тан5 генциальном относительно опоры направлении на расстояние, превышающее амплитуду колебаний этого конца стержня.

2. Осциллятор по п. 1, отличающийся тем, f ЧТО, С целью обеспечения регулирования частоты и амплитуды колебаний стержня, опора соединена с последним с возможностью перемещения вдоль него и фиксации ее положения относительно стержня и основания, нагреватель установлен с возможностью изменения и фиксации зазора между его теплообменной поверхностью и первым концом стержня, а пружина связана с основанием с возможностью изменения и фиксации величины предварительной деформации последней.

0

Изобретение относится к устройствам преобразования тепловой энергии в энергию тепломеханических автоколебаний стержня (С) регулируемой амплитуды и частоты и м. б. использовано при создании усилителей, генераторов и исполнительных механизмов в схемах теплоники. Изобретение позволяет повысить надежность и обеспечить регулирование частоты и амплитуды колебаний С. С помощью направляющей 17 и винта 18 устанавливают требуемый сл оо tsD 00 ел со /////////////////хУ//////////// 12 1