Способ термоэлектрического термостатирования Советский патент 1976 года по МПК F25B21/02 

1

Изобретение касается холодильной техники, в частности техники термоэлектрического охлаждения, и может быть использовано в термоэлектрических термостатирующих устройствах, применяемых для улучшения работы радиоэлектронных устройств, для улучшения технологических процессов, в метрологии, в биологии и медицине, в системах жизнеобеспечения подводных лодок и космических кораблей и т. п.

Известны способы термоэлектрического термостатирования различных объектов на заданном температурном уровне, основанные на пропускании тока через термоэлектрический охладитель термоэлектрического термостата и принудительном изменении теплового сопротивления последнего 1.

Однако известные способы обладают сравнительно низкой надежностью и точностью, а температурный диапазон эксплуатации устройств ограничен по верхнему, и особенно по нижнему пределу (на 5-10 градусов выше заданного температурного уровня термостатирования).

Так, в устройствах, осушествляюш,их известные способы, при изменении теплового сопротивления термоэлектрического термостата (тепловое сопротивление между холодным спаем термоэлектрического охладителя термостата и окружающей средой с учетом теплопритоков как через корпус термостата, так и через устройство теплосъема (радиатор, тепловая трубка и т. д.) и с горячих спаев термоэлектрического охладителя) пропускаемый через его термоэлектрический охладитель ток не изменяют ни по величине, ни по направлению. Это приводит к неоптимальному рабочему ,режиму термоэлектрического охладителя и, соответственно, повышенным тепловыделениям на его горячем спае, которые, в свою очередь, обусловливают повышенную температуру горячего спая, а последнее уменьшает надежность п технический ресурс работы термоэлектрического охладителя.

Сравнительно низкая точность поддержания заданного температурного уровня обусловлена тем, что регулирование температуры производится за счет изменения теплового сопротивления термоэлектрического термостата при постоянном по величине и направлению токе термоэлектрического охладителя, а это обусловливает низкую чувствительность н, соответственно, точность, а также ограничивает температурный диапазон эксплуатацип ocyntcствляющего способ устройства.

Известен способ тсрмоз лектрпческого термостатировання путем принудительного изменения велнчнпы 1 ь:апрпвленпя пропус1 аемого через термоэлектрпческие элементы тока соответственно величине и знаку разности температуры окружающей среды и температуры, отвечающей заданному уровню термостатирования 2J.

Однако такой способ обладает сравнительно нпзкой точностью и надежностью термостатирования на заданном температурном уровне.

Целью изобретения является ловышение точности и надежности термостатирования на заданном температурном уровне.

Это достигается тем, что величину и направление тока изменяют таким образом, чтобы уровень термостатнрования был равен или меньще заданного, если температура окружающей среды больще заданного уровня термостатнровання, и равен или больще заданного, если температура окружающей среды меньще заданного уровня термостатирования и, нри этом дополнительно принудительно изменяют величину теплового сопротивления термостата соответственно величине отклонения температуры в термостате от заданного уровня термостатирования.

На чертеже приведена функциональная схе.ма термоэлектрического термостатирующего устройства, осуществляющего предлагаемый способ.

Устройство содержит два контура термостатирования; по воз.мущепию (отклонению окружающей температуры от заданного те.мпературного уровня термостатирОвания) и но отклонению температуры термостатируемого объекта от заданного температурного уровня.

Первый контур включает в себя задатчик 1 темнературы и датчик 2 темпе|ратуры окружающей среды, выходы которых подключены к измерительному элементу 3, выход последнего - к входу усилительно-преобразовательного элемента 4, выход которого подключен к входу термоэлектрического исполнительного элемента (охладителя-на гревателя) 5, который термически соединен (холодо-теплонроизводительность q) с термостатируемым объектом 6.

Второй контур также включает в себя задатчпк 7 температуры и датчик 8 тем:пе|ратуры термостатируемого объекта 6, выходы которых подключены к измерительному элементу 9, выход последнего - к входу усилительпо-преобразовательного элемента 10, выход которого подключен через схему несовпадения 11 по знаку входных сигналов к входу исполнительного элемента 12, принудительно изменяющего (в данном случае уменьщающего) тепловое сонротнвление термоэлектрического термостата соответственно величине отклонения температурного уровня (температуры термостатируемого объекта) от заданного.

Управляющие входы схем несовпадения 11 нодключены соответственно к выходу усилительно-преобразовательного элемента 4 первого контура и выходу усилительно-преобразовательного элемента 10 второго контура, а последняя подключает, сигнал с выхода усилительно-преобразовательного элемента 10 на

вход исполнительного элемента 12, если полярность сигналов Ui и U соответственно усилительно-преобразовательных эле.ментов 4 и 10 не совпадает, т. е. если сигнал Ui ноложительный (температура окружающей среды Qn больще заданного температурного уровня Qsa;;), а сигнал 2 отрицательный (температура термостатируемого объекта QBH меньще

Сзад) И наоборот (Qn Q3afl, а ).

Если же полярность сигналов Ui и L/z одина.кова (обе положительны или обе отрицательны), то исполнительный элемент 12 пе включен и тенловое сопротивление термоэлектрического термостата не изменяется.

Вывод на режим и автоматическое поддержание режима термостатирования объекта 6 на заданном темпе|ратурном уровне в щироко.м диапазоне изменения наружной температуры и, соответственно, условий теплосьема со

спаев охладителя производят следующим образом.

Измеряют нри помощи датчика 2 температуру окружающей среды QH, сравнивают ее с заданным температурным уровнем термостатирования Qaap., установленным в задатчике 1, и, при наличии отклонения (At/i на выходе измерительного элемента 3, усиленного и преобразованного до величины Ui на выходе элемента 4), пропускают ток через термоэлектрический охладитель 5, причем принудительно изменяют величину и нанравление иронускаемого через термоэлектрический охладитель 5 тока соответственно величине и знаку отклонения температуры окружающей среды Q,, от

заданного температурного уровня термостатирования Q-juz, таким образом, чтобы при максимальном значении теплового сопротивления термоэлектрического термостата температурный уровень термостатирования (температура термостатируемого объекта) Qim был равен или меньще заданного Рзад, если температура окружающей среды Q,, больще заданного температурного уровня Рзад и равен или больше заданного Q.-ja;(, если температура окружающей среды Q,, меньще заданного температурного уровня Рзад.

При этом, до момента выхода па заданный температурный режим термостатирования, тепловое сопротивление термоэлектрического термостата не изменяют (сохраняют максимальную величину), так как при Qn Q.ja;t значение AQu -Q,,-Сзад 0 и значение AQni, QBii-(, а при Qii Q3a;i значение AQn Q,,-Qзaд 0 и значение AQBii

- Qnii-Q3a;i 0, т. е. исполнительный элемент 12 не включен.

При незначительном переохлаждении термостатируемого объекта при AQ,,0 или перегреве при AQ,,0, принудительно изменяют (уменьщают) тенловое сопротивление (элемент 12 включен) термоэлектрического термостата соответственно величине этого отклонения (увеличивают тепло (холодо) притоки на холодный спай термоэлектрического охладителя).