Термостат Советский патент 1977 года по МПК G05D23/30 

1

Изобретение относится к системам регулирования температуры с помош.ью чувствительных элементов, изменяющих свой объем при перемене фазового состояния.

Известные термостаты такого типа обычно используют сигнал датчика температуры для выключения охлаждающего (нагревающего) объем устройства при переохлаждении (нагреве) его.

Их недостатком является большая частота срабатывания, требуемая для получения высокой точности термостатирования, приводящая к небольшой величине срока службы. Например, нуль-термостаты с микровыключателями имеют частоту срабатывания порядка двух раз в минуту, что гарантирует работу прибора в течение 3 месяцев.

Наиболее близким техническим решением является термостат, содержащий теплоизолированную камеру, заполненную жидкостью, источник тепловой энергии, установленный на торце теплоизолированной камеры, подключенный к блоку управления.

Такой термостат требует наличия подвил ных гибких стенок, что является недостатком, так как гибкие стенки имеют ограниченный срок службы и их наличие уменьшает точность термостатирования из-за влияния давления, вызываемого упругостью ее и переменами атмосферного давления на температуру плавления.

Кроме того, недостатки этого устройства- малая величина зазора, являющегося регулируемым тепловым сопротивлением, что вызывает трудности при изготовлении, меньшая величина диапазона температур применения по сравнению с системами, имеющими автоматику. Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и дальнейшее увеличение точности термостатирования.

Целью изобретения является повышение надежности и точности термостатирования.

Цель достигается тем, что термостат содерлшт размещенный в теплоизолированной камере, соосно с ней, поплавок с закрепленным в нем термостатируемым объектом и находящимся в двухфазном состоянии наполнителем и датчики крайних положений поплавка, установленные на стенках теплоизолированной камеры и подключенные к блоку управления.

Термостат изображен на чертеже.

Он содержит источник тепловой энергии- это быть либо один охладитель 1, либо один нагреватель 2, установленные на одном из торцов теплоизолированной камеры 3, либо нагреватель и охладитель, установленные на противоположных торцах теплоизолированной камеры, заполненной жидкостью 4 (например, вакузмным маслом), поплавок 5, заполненный наполнителем 6 (например, водой), не смешивающимся с жидкостью 4 и имеющим более высокую плотность и температуру застывания. Поплавок заключен в теплоизоляцию 7, заключенную в свою очередь в высокотеплонроводную оболочку 8, па верхней части которой также может быть установлепа теплоизоляция 9. При отсутствии охладителя 1 теплоизоляцию 9 более рационально поместить на нижней части оболочки 8. Внутри поплавка 5 помещается термостатируемый объект 10, например контрольный спай измерительной термопары.

Для уменьшения сопротивления движению поплавка электрические выводы 11 термостатируемого объекта 10 и аналогичные по механическим свойствам уравнивающие провода 12 упруго огибаются и опираются на направляющие канавки в опорных стержнях 13 на внутренних стенках камеры 3.

Термостат содержит также датчики крайних положений поплавка 14 и 15, подключенные к блоку управления 16.

Если наполнитель 6 затвердевает с увеличением объема и при более высокой температуре, чем жидкость 4 (например, при заполнении водой и маслом), то термостат работает следующим образом.

В выключенном состоянии средняя плотность поплавка незначительно больше плотности жидкости 4, поплавок находится на дне камеры 3 и имеет с ним хорощ-ий тепловой контакт. После включения охладителя 1 наполнитель 6 охлаждается и на более холодном дне оболочки 5 намерзает слой льда. Вследствие этого уровень жидкости 6 повышается, часть жидкости 4 выдавливается из поплавка, он становится легче и всплывает. Так как верхние слои жидкости 4 в камере 3 нагреты, то их плотность меньше. Вследствие этого поплавок всплывает только на такую высоту, на которой средняя плотность жидкости 4 будет равна новой средней плотности поплавка. Если равновесное состояние поплавка окажется в зоне, где средняя температура выще температуры затвердевания наполнителя 6, то происходит таяние льда и поплавок опускается до зоны со средней температурой, -равной температуре затвердевания наполнителя 6, где и будет находиться в равновесии.

При изменении температуры окружающей среды положение зоны в жидкости 4, соответствующей температуре затвердевания наполнителя 6, перемещается по высоте камеры 3 вместе с поплавком. В результате лед в наполнителе сохраняется постоянно, что и обеспечивает термостатирование объекта 10 при постоянной мощности, подаваемой на охладитель 1 и нагреватель 2.

Если поплавок доходит до предельного верхнего положения, то датчик 14 подает на

блок управления 16 сигнал, вызывающий уменьшение тока, подаваемого на охладитель 1 и увеличение тока, подаваемого на нагреватель 2. Это приводит к повышению температуры в камере 3 и опусканию зоны с поплавком.

Если поплавок доходит до предельного нижнего положения, то датчик 15 подает на блок управления 16 сигнал, приводящий к обратной регулировке относительно датчика

14.Так как при этом в значительном диапазоне внешних температур обеспечивается самотермостатировапие без регулирования мощности, то частота срабатывания блоков 14,

15,16 может быть значительно уменьшена по сравнению с известными конструкциями, что значительно повышает надежность работы. По сравнению же с термостатами без устройств автоматики диапазон темнератур применения термостата расширяется при некотором понижении надежности работы на расщиренных участках диапазона.

Если экономичность работы более важна, чем надежность, то можно сузить диапазон температур, в котором происходит самотермостатирование, а также исключить нагреватель 2, если термостатирование производится при высоких температурах окружающей среды, или охладитель 1, если термостатирование производится при низких температурах.

Поскольку в этом случае изменение температур камеры 3 может быть незначительным, то камеру 3 можно также использовать для неподвижного закрепления в нем объектов значительного объема и термостатирования их с меньщей точностью, чем в поплавке.

Если наполнитель 6 затвердевает с уменьщением объема, то термостат должен работать в перевернутом положении.

Таким образом, предлагаемый термостат повыщает надежность работы вследствие значительного уменьшения частоты переключений автоматики и отсутствия в нем гибкой стенки, упрощает изготовление, так как в нем не содержатся детали, требующие высокой точности изготовления, увеличивает точность термостатирования за счет отсутствия влияния атмосферного давления и упругости гибких стенок на температуру плавления и приближения температуры статирования к тройной точке, расширяет температурный диапазон использования за счет совместного применения принципов регулировки мощности и самотермостатирования.

Формула изобретения

Термостат, содержащий теплоизолированную камеру, заполненную жидкостью, источник тепловой энергии, установленный на торце теплоизолированной камеры, подключенный к блоку управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности термостат ирования, термостат содержит размещенный в теплоизолированной камере, соосно с ней, поплавок с закрепленным в нем термостатируемым объектом и находящимся в двухфазном состоянии наполнителем, датчики крайних положений поплавка, установленные на стенках теплоизолированной камеры и подключенные к блоку управления.

5г/-J