Термостатирующее устройство Советский патент 1991 года по МПК G05D23/30 

Изобретение относится к электротехническим системам и может быть использовано в радиоэлектронной аппаратуре для прецизионного термостати- рования радиоэлементов.

Цель изобретения - повышение точности термостатирования в неразборных термостатах путем настройки температурного поля и сокращение времени настройки.

На фиг. 1 изображена схема термо- статирующего устройства (частный случай для четырех секций)f на фиг.2 и 3 - графики распределения температуры вдоль рабочей камеры.

Термостатирующее устройство содержит регулирующий блок 1, исполнительный блок 2, неразборный термостат 3, рабочую камеру 4, датчик 5 температуры, теплоизоляционный кожух 6, секции нагревателя или холодильника 7 (охладитель) исполнительного органа, распределительный узел 8, который состоит из транзисторов 9, первых переменных резисторов 10, второго переменного резистора 11, привода 12 настройки и резисторов 13.

Устройство работает следующим образом.

После включения источника питающего напряжения управляющий сигнал с термодатчика 5 поступает на вход регулирующего блока 1, который реОЭОЭ

1

00

гулирует мощность в исполнительном блоке 2. Вначале идет нагрев термостата 3 до рабочей температуры. В этом режиме мощность в нагревателе или хоподильнике имеет максимальное значение.

При достижении рабочего значения температуры в термостате 3 наступает режим регулирования. В этом режиме в нагревателе или холодильнике 7 мощность уменьшается до значения Wp, необходимого для поддержания в термостате 3 заданной температуры.

В случае равномерного распределе- ния мощности регулирования W вдоль боковой поверхности камеры 4, т.е. когда в каждой из секций 7 выделяют равные мощности W- Wp/n (i 1,2, ...,п), одномерное распределение тем пературы в термостате по координате описывается следующим выражением:

1

TC +- 3 82shpLP - 1 „илт„л А Wp

(1)

8,

shL|3

-ch

pLp

ъвр

чг

где Т - температура окружающей среды,

g ., g „ - теплопотери через торцовые поверхности термостата,

Oi - коэффициент теплоотдачи с боковой поверхности камеры,

р - относительная координата

x/L,

P,L, tf,

Х - периметр, длина, площадь поперечного сечения и теплопроводность материала рабочей камеры.

На фиг. 2 представлено семейство кривых распределения температуры Т(п) вдоль термостата, полученных экспериментально при различных температурах окружающей среды Тс (- 7, 25, 58°С). Из графиков видно, что при изменении температуры окружающей среды Тс изменяется и распределение температуры вдоль термостата Т(т - кривые А,В,С. Однако, как видно, имеется область возле точки с координатой г где при изменении температуры окружающей среды Тс температура камеры 4 изменяется незначительно, т.е. имеется стабильная зона. .При размещении объекта термостатиро- вания, например кварцевого резонатора, в данной области, обеспечивает

„

, Q

5

0

35

55

45

50

ся наивысшая точность термостати- рования, т.е. в этом случае получается наименьшая температурная нестабильность частоты кварцевого генератора. Из-за разброса теплофизических характеристик элементов термостата не всегда объект термостатирования оказывается установленным в стабильной зоне, что приводит к увеличению температурной нестабильности. Поэтому необходимо перемешать стабильную зону вдоль термостата так, чтобы ее можно было установить в месте расположения объекта термостатирования. Эта задача решается за счет неравномерного распределения мощности обогрева W вдоль камеры 4. В этом случае изменяется распределение температуры, а при изменении температуры окружающей среды Тс изменяется и местоположение стабильной зоны О . Таким образом, перераспределяя мощность в секциях нагревателя или холодильника 7, осуществляется регулировка местоположения стабильной зоны.

Регулировка производится следующим образом. Исходя из требования совмещения стабильной зоны с местоположением объекта термостатирования, из выражения (1) для распределения температуры определяются величины мощностей в секциях нагревателя или холодильника 7 как мощности, выделяемые в точках Л; нагревателя, соответствующих координатам средних точек каждой из секций. Требуемые мощности в секциях устанавливаются распределительным узлом 8. Исходя из расчетных данных, подбирают такое наличие средних точек первых и второго переменных резисторов 10 и 11. при которых режимы транзисторов 9 обеспечивают расчетные величины мощности в секциях нагревателя. Секционное изготовление нагревателя или холодильника не может обеспечивать плавное непрерывное изменение мощности вдоль камеры в соответствии с выражением (1), и за счет разброса геометрических и теплофизи- ческих параметров элементов термостата 3 не удается обеспечить точное совпадение стабильной зоны с. местоположением объекта термостатирования. Для точной настройки совмещения стабильной зоны с объектом термостатирования оси первых и втоporo переменных резисторов подсоеди- няются к единому механизму 12 вращения. В этом случае вращением 12 механизма изменяется соотношение мощностей в секциях нагревателя 7 так, что при увеличении мощности в секциях с одного конца камеры уменьшаются в секциях нагревателя к другому концу камеры. Сумма мощностей, рассеиваемых в секциях нагревателя, при этом остается равной мощности регулирования г

т е- 2LW, wp и УСЛОВИЯ теплового

. i-1 г

оаланса для стационарного режима тер-

мостабилизации сохраняются.

I

Предлагаемое устройство не требует разборки аппаратуры при настройке, что позволяет повысить точность тер- мостатирования в термостатах неразборной конструкции за счет изменения распределения температуры вдоль термостата, осуществлением перераспределения мощности в секциях нагревате- ля или холодильника путем взаимозависимого выбора рабочих точек транзисторов, включенных между секциями нагревателя или холодильника и выходом терморегулятора, переменными резис- торами, оси вращения которых подсоединены к единому механизму вращения. За счет исключения из технологического процесса операции демонтажа сокращается время настройки термостата с нескольких часов до несколь- ких минут и повышается надежность аппаратуры.

Формула изобретения

Термостатирующее устройство, содержащее регулирующий блок, исполнительный блок и незарборный термостат, включающий рабочую камеру с подключенным к входу регулирующего блока датчиком температуры, снабженную теплоизоляционным кожухом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности термостатирования в неразборных термостатах и сокращения времени настройки, исполнительный блок выполнен в виле одинаковых секций нагревателей или охладителей, размещенных вдоль рабочей камеры и распределительного узла на транзисторах по числу секций нагревателей или охладителей и группах переменных резисторов, ,причем один из выводов коллекторно-эмиттерной цепи транзисторов подключен к выходу регулирующего блока, а другой - к соответствующей секции нагревателя или охладителя исполнительного блока, базы транзисторов попарно соединены между собой через переменные резисторы первой группы, средние выводы переменных резисторов предыдущей группы соединены с крайними выводами соответствующих переменных резисторов последующей группы, а средний вывод последнего переменного резистора подключен к выходу реглирую- щего блока, при этом средние выводы всех переменных резисторов кинематически соединены с общим, приводом настройки.

Изобретение относится к электротехническим системам и может быть использовано в радиоэлектронной аппаратуре для прецизионного термостатирования радиоэлементов. Цель изобретения - повышение точности термостатирования в разборных термостатах путем настройки температурного поля и сокращение времени настройки. Термостатирующее устройство, содержащее регулирующий блок, исполнительный блок и неразборный термостат с датчиком температуры, для обеспечения указанного результата исполнительный блок выполнен в виде одинаковых секций нагревателей или охладителей, размещенных вдоль рабочей камеры и распределительного узла на транзисторах по числу секций нагревателей или охладителей и группах переменных резисторов, обеспечивающих распределение мощностей в секциях нагревателей и охладителей с целью совмещения стабильной температурной зоны с местом расположения термостатируемого объекта. 3 ил.

J 6

fflfiWWWXA

-Ргс/п

teJ

5д°С

tокр г5°С S-7°C

totp r- 7V

1