Термоэлектрический термостат Советский патент 1993 года по МПК G05D23/30 

Изобретение относится к биологическоу исследовательскому оборудованию косических аппаратов, а именно к ермоэлектрическим термостатам для биоогических исследований преимущественно в условиях микрогравитации.

Известен термостабилизатор, содержащий датчик и задатчик температуры, элемент сравнения, компаратор, термобатарею, запоминающий .элемент, ключ и генератор импульсов. В данном термостабилизаторе питание термобатареи осуществляется импульсами тока. В паузах между импульсами питания непосредственно на тех же клеммах термобатареи измеряется ЭДС Зеебека, которая сравнивается с разностным сигналом отдатчика и задатчи- ка температуры. Регулирование перепада температуры на термобатарее по результатам сравнения достигается изменением количества поданных на термобатарею импульсов тока питания.

Недостатками этого термостабилизатора являются невысокая точность поддержания заданной температуры при больших перепадах температуры окружающей сре- ды, высокий уровень электромагнитных помех от импульсов тока питакия термобатареи, наличие гармоник в спектре тока питания термобатареи, не создающих термоэлектрического эффекта. Кроме того, существенным недостатком конструкции является отсутствие системы принудительного теплосброса от горячего спая термоба- тареи. Данная система теплосброса обязательна в условиях невесомости:

Как известно, к термостатам для биологических исследований в космосе предъявляются требования высокой точности, экономичности и электромагнитной совместимости с другой бортовой аппаратурой.

Указанные недостатки не позволяют использовать термостабилизатор в качестве термостата для биологических исследований в космосе. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому термостату является выбранный в .качестве прототипа

термостат, используемый для проведения биологических экспериментов в условиях микрогрзвитации. Этот термостат содержит полупроводниковую термобатарею, термо- статируемую камеру с размещенным в ней датчиком температуры, к выходу которого подключены последовательно соединенные усилитель, первые широтно-импульсный модулятор, ключ и фильтр, при этом силовой вход первого ключа подсоединен через за-мыкающий контакт включения к источнику питания, а также последовательно соединенные вторые широтно-импульсный модулятор, ключ, фильтр, формирователь переменного напряжения и вентилятор принудительного охлаждения термобатареи, причем силовой вход второго ключа связан с силовым входом первого ключа. Этот же термостат имеет ограничитель сигнала, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход - с входом второго широтно-импуль- сного модулятора.

Существенным недостатком данного термостата является то, что в случае отказа узла теплосброса отключение термостата может быть произведено лишь по команде с Земли на основании телеметрических данных, поступающих с борта космического аппарата. Такая система аварийного отключения инерционна и ненадежна, так как зависит от внимания и субъективных особенностей оператора. В случае несвоевременного отключения термостата возможен выход из строя термобатареи из-за перегрева и возникновения пожара на борту, что может привести к аварийной ситуации.

Целью изобретения является повышение надежности термостата при отказе узла теплосброса.

Цель достигается тем, что в термостат введены последовательно соединенные

первый компаратор, мультивибратор и коммутатор, а также последовательно соединенные второй компаратор и триггер, . выходом подключенный к управляющему входу ключевого элемента, а выход фильтра

и второго компаратора соединены через перекидной контакт коммутатора с термобатареей.

На чертеже представлена схема термостата... .

Термостат содержит термостатируёмую камеру 1 с размещенными в ней полупроводниковой термобатареей 2 (холодный спай ее смонтирован внутри камеры, а горячий - снаружи) и датчиком 3 температуры, к

которому подключены последовательно соединенные усилитель 4, широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 5, ключевой элемент 6, имеющий информационный вход 7 и управляющий вход 8. фильтр 9, при этом сило0 вой вход 10 ключевого элемента .6 соединен с первой клеммой 11 замыкающего контакта 12 включения, вторая клемма 13 которого соединена с источником 14 питания. Упомянутые выше элементы представляют собой

5 контур, регулирующий температуру внутри термостата.

Термостат содержит также узел принудительного теплосброса с термобатареи, с ее горячего спая. Этот узел состоит из по следовательно соединенных преобразователей 15 и вентилятора 16. Вход преобразователя 15 соединен с клеммой 11 замыкающего контакта 12.

Для автоматического аварийного отключения термостата в случае отказа узла теплосброса в нем имеется схема, состоящая из коммутатора 17с первым входом 18, первого компаратора 19 и мультивибратора 20. Причем эти элементы включены в схему последовательно друг с другом, при этом коммутатор 17 имеет также второй управляющий вход 21 и два выхода 22 и 23.

Кроме того, в схему введены последовательно соединенные второй компаратор 24 и триггер 25. Коммутатор 17 выполнен на электромагнитном реле, имеющем перекидной контакт, соединяющий термобатарею 2 или с фильтром 9, или с вторым компаратором 24.

Термостат работает следующим образом.

Включением контакта 1.2 замыкаются его клеммы 13 и 11 и напряжение питания от источника 14 подается на электронную схему термостата, в том числе на вход 10 ключа 6 и на вход преобразователя 15. Последний преобразует постоянное напряжение в переменное, которое необходимо для питания двигателя переменного тока вентилятора 16. Данный тип двигателя выбран из соображений более высокой надежности по сравнению с двигателями постоянного тока.

Усилитель 4 вырабатывает разностный сигнал между сигналом от датчика 3 и сигналом, соответствующим требуемой температуре термостатиррвания. Сигнал с выхода усилителя 4 поступает на вход ШИМ 5. В зависимости от величины разностного сигнала ШИМ 5 подает на информационный вход 7 ключевого элемента б импульсы различной скважности. С выхода ключа 6 мощные импульсы поступают на фильтр 9 и преобразуются в постоянное напряжение, которое через коммутатор 17 питает термобатарею 2. Величина постоянного напряжения питания термобатареи обратно пропорциональна скважности импульсов ключевого элемента 6.

При малой разности между заданной температурой и температурой в камере 1 термостата с усилителя 4 на ШИМ 5 поступает малый сигнал и, следовательно, термобатарея 2 питается малым напряжением. При этом первый компаратор 19 подает на вход мультивибратора 20 запрещающий сигнал. С мультивибратора на управляющий вход 21 коммутатора 17 управляющие импульсы не поступают и коммутатор передает постоянное напряжение, поступающее от фильтра 9, на выход 22 и на вход термобатареи 2, Выход 23 коммутатора 17 оказывается отключенным от второго компаратора 24. Сигнал на триггер 25 не поступает. Поэтому на управляющем входе 8 нет запре- 5 щающего сигнала на выключение ключевого элемента 6.

При большой разности температур с усилителя 4 на ШИМ 5 поступает большой сигнал. ШИМ 5 вырабатывает импульсы с

0 минимальной скважностью, которые поступают на фильтр 9. Далее постоянный сигнал поступает на первый вход 18 коммутатора 17 и на вход первого компаратора 19. С выхода компаратора 19 на вход мультивиб5 ратора 20 поступает разрешающий сигнал. Мультивибратор вырабатывает импульсы большой скважности. С приходом импульса с мультивибратора на управляющий вход 21 коммутатора 17 он отключает вход 18 от вы0 хода 22 и соединяет между собой выходы 22 и 23. При этом на вход второго компаратора 24 от термобатарей поступает ЭД С Зеебека. Если ее величина меньше заранее установленного значения, соответствующего пре5 дельному перегреву горячего спая термобатареи, то второй компаратор 24 не включает триггер 25 и термостат продолжает работать в режиме периодической про- верки ЭДС Зеебека. Период измерения

0. выбирается в зависимости от тепловой инерционности и может составлять 20-60 мин.

В случае отказа узла принудительного теплосброса, что может иметь место при

5 выходе из строя вентилятора, преобразователя или уменьшения плотности воздуха (разгерметизация космического аппарата), температура горячего спая существенно увеличивается, а следовательно, возрастает

0 и ЭДС Зеебека. Последняя поступает от термобатареи 2 через коммутатор 17 на вход компаратора 24. При этом срабатывает триггер 25, который подает запрещающий

5 сигнал на вход 8 ключевого элемента 6. Последний закрывается и отключает питание от термобатареи, что предотвращает расплавление горячих спаев термобатареи. В дальнейшем включение термостата может

0 быть произведено только на Земле, после устранения причин неисправности.

Введение в термостат схемы аварийного отключения, которая выполнена из двух компараторов, мультивибратора, коммута5 тора и триггера с их связями, позволяет повысить надежность биологических экспериментов, так как биообъекты при отключении термостата могут быть сохранены при температуре окружающей среды, обеспечивается пожаробезопасность и сохранность окружающей среды, обеспечивается

пожаробезопасность и сохранность аппаратуры. Повышается общая надежность аппаратуры обеспечения медико-биологических экспериментов, что снижает затраты на проведение этих экспериментов в космосе.

Изобретение относится к биологическому исследовательскому оборудованию космических аппаратов, а именно к термоэлектрическим термостатам для биологических исследований преимущественно в условиях микрогравитации. Цель изобретения - повышение надежности термостата при отказе узла теплосброса. Термостат содержит термостатируемую камеру 1, полупроводниковую термобатарею 2, датчик 3 температуры, усилитель 4, ШИМ 5, ключевой элемент 6, фильтр 9, замыкающий контакт 12 включения, источник 14 питания, преобразователь 15, вентилятор 16, коммутатор 17, первый 19 и второй 24 коммутаторы, мультивибратор 20, триггер 25. Наличие схемы аварийного отключения, выполненной на двух компараторах, мультивибраторе, коммутаторе и триггере с их связями, исключает расплавление горячих спаев термобатареи. 1 ил. т С

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Термоэлектрический термостат, содер- ащий датчик температуры, установленный в термостатируемой камере, выходом подключенный к последовательно соединенным усилителю, широтно-импульсному модулятору, ключевому элементу и фильтру, а также узел принудительного теплосброса с термобатареи, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности термостата при отказе узла теплосброса, введены последовательно соединенные первый компаратор, мультивибратор и коммутатор, а также последовательно соединенные второй компаратор и триггер, выходом подключенный к управляющему входу ключевого элемента, а выход фильтра и вход второго компаратора соединены через перекидной контакт коммутатора с термобатареей.