Термостатирующее устройство Советский патент 1977 года по МПК G05D23/19 

1

Изобретение относится к холодильной технике, в частиости к технике термоэлектрического охлал дения, и может быть примеиено для термостатироваиия иа заданном уровне узлов и панелей электронной аппаратуре и других иодобных объектов.

Известны устройства, осуществляющие термостатирование различных объектов на заданном темнературном уровне следующим способом 1.

Измеряют температуру термостатируемого объекта, сравиивают температуру термостатируемого объекта с заданиым уровнем термостатироваиия, принудительно измеияют величину и направление пропускаемого через термоэлектрический исполнительный элемент тока соответственно величиие и зиаку отклонения температуры объекта от задаиного уровня термостатирования (коитур термостатироваиия ио отклонеиию темиературы объекта от заданного уровня). Таким образом, температура объекта автоматически поддерживается на заданном уровне.

Однако известные устройства обладают сравнительно низкой иадежиостью и точностью термостатирования на заданном уровне. Это обусловлено тем, что при изменении температуры окружающей среды и соответственно условий теплосъема с горячего и холодного спаев термоэлектрического элемеита существеино изменяется его выходная (тепловая) характеристика, а также наличием неизбежной и сравиительио больщой статической ощибки.

Известные устройства также не предусматривают защиту от перегрева и выхода из строя термоэлектрического исполнительного элемента при непредвнденном значительном увеличеннн теплового соиротивлеиия иа его горячем спае (увеличе1П1е теплового сопротивления между горячим спаем и устройством теплосъема, выход из строя вентилятора или прекращение подачи воды соответственио при воздущио.м или водяном охлаждении горячего спая, нарушение параметров теловой трубки и т. д.).

Наиболее близким техническим решеиием к изобретению является термостатирующее устройство, содержащее датчик и задатчик темиературы объекта, иодключеиные к блоку сравнения, соединенному через блок управления с термоэлектрическим исполнительным элементом 2.

Данное устройство также имеет сравиительно иизкие иадежиость и точиость термостатироваиня иа заданном температурном уровне.

Цель изобретеиия - повышение надежности и точности термостатирования.

Это достигается тем, что устройство содержит дополнительный термоэлектрический исполнительный элемент, датчик температуры холодных спаев дополнительного термоэлектрического исполнительного элемента, запоминающий, дифференцирующий и релейные элементы и дополнительный блок унравления, выход которого подключен к дополпительпому термоэлектрическому исполнительному элементу, а входы - к выходам первого и второго релейных элементов, соединеиных с дифференцирующим элементом. Вход последнего нодсоединеи к датчику температуры холодных спаев дополннтельиого термоэлектр -ческого исполнительного элемента, соединснпому с третьим релейным элеме1ггом н через замыкающий контакт первого релейного элемента с запоминающим элементом, выход которого подключен к третьему релейному эле менту, а выход третьего релейного элемента - к дополнительному блоку управления. Повынленпая надежность предложенного устройства обусловлена те.м, что в широком диапазоне изменепия окружающей температуры и условий теплосъема со снаев термоэлектрических исполнительных элементов оно нредусматрцвает автоматическое измеиение тока, пропускаемого через дополиигельиый термоэлектрический исполпительный элемент, носледпий работает в оптимальном режиме (режим максимальной холодопропзводнтельпости плн на заданном смещении от него - завнсит от стенепп загрубления устройства). Все это, помимо оптимальных условий работы, служит падежпой автоматической защитой от перегрева и выхода из строя термоэлектрических элементов при неиредвиденном значительном увеличении теилового сонротивления на цх горячем снае (выход из строя вентилятора или прекращение подачи воды соответствеино при воздушном или водяном охлаждении спая, увеличение теплового сонротивлеиия между снаем и устройством теплосъема, нарушеиие параметров тепловой трубки и т. п.).

В этом случае автоматически умеиьшается ток, протекающий через дополнительный элемент, а первый элемент из режима нагрева может перейти в режим охлаждения. Если же увеличение теплового сонротивления горячего епая большое, то первый термоэлектрический элемент вообще может отключаться и объект термостатнруется в режиме максимальной холодонроизводительности дополпнтельного термоэлектрического исполнительного элемента для существующего теплового сопротивления его горячего спая, т. е. работоспособность объекта не нарушается.

Высокая надежность предлагаемого устройства достигается также и тем, что оно нредусматривает двухконт)рное термостатирование, каждый контур которого нрактически может работать самостоятельио, т. е. нрн выходе одного контура из строя второй самостоятельно термостатирует объект на задан1/)м уровне при некотором уменьшении точности.

Таким образом повышается надежность и технический ресурс работы термоэлектрических элементов и соответствеиио термостатируемого объекта.

Точность термостатнрования на заданном темнературном уровне повышается также, что основную холодопроизводительность получают за счет дополнительного термоэлектрического элемента, работающего в экстремальном режиме, а незначительные отклонения от заданного температурного уровня «выбираются благодаря первому термоэлектрическому элемеиту, осуществляющему термостатирование но отклонению. При этом оба элемента работают в улучшеииых условиях теплосъема, так как дополнительный работает в режиме охлаждення, первый - режиме подогрева, а их спаи соединены между собой термически параллельно. Это повышает чувствнтельность первого термоэлектрнческого элемента и соответственно точность термостатировання и позволяет уменьшить его вес н габариты за счет возможного увеличения крутизны выходной (тенловой) характеристики. На чертеже приведена функциональная схема термостатирующего устройства.

Первый Koirryp термостатирования по отклонению содержит по;1ключе1 ные друг к другу согласно схеме термоэлектрический исполннтельный элемент I, который может работать как в режнме охлаждення, так н режнме нагрева, датчик 2 температуры термостатируемого объекта (датчик ввл), задатчик 3 температуры (задатчик в.-зад), блок 4 сравнения, осуществляющий сравнение измереиного и задаиного значений те.мперат ры и вырабат -ваюн1ий сигнал, пропорциональный ошибке термостатцроваиия, и блок 5 управления. Элемент 1 и датчик 2 термически соединены с объектом 6, к которому приложепо внешнее возмущение в виде темнературы 0„ окружающей среды.

Второй контур термостатирования в режиме макси.мальной холодопроизводительности (мннимально возможной для конкретиого термоэлектрического элемента н условий его работы температуры холодного сная) содержит термически соединенный с объектом 6 дополнительный термоэлектрический исполннтельиый элемент 7, датчик 8 температуры холодного спая элемента 7 (датчик Ту,) ц дополнительный блок 9 управлепия. Он также снабжеи запомннаюп1,им 10, дифференцирующим 11 и тремя релейными 12, 13 и 14 элементами. Датчик 8 темнературы термически соединен с холодным спаем термоэлектрического элемента 7 и пОхТ,ключеи к входу 15 релейного элемента 12 и к входу дифференцирующего элемента 11 непосредственно, а к входу запоминающего элемента 10 через замыкающие контакты релейного элемента 13. Выход запоминающего элемента 10 подсоедииеи к второ.му входу 16 релейиого элемента 12, выход дифференцирующего элемента 11 - к входам релейных элементов 14 и 13 через разделитель

ные диоды 17 и 18 соответственно с прямым и обратным включение м, а выходы релейных элементов 12, 13 и 14 - к входу блока 9 управления, выход которого подключен к термоэлектрическому элементу 7.

Работает второй контур термостатнрования следующим образом.

Перед включением устройства запоминающий элемент 10 устанавливают на нуль (устапрвюа может проводиться автоматически при включении термостатирующего устройства). При включении устройства на входы 15 и 16 релейного элемента 12 прикладывается разность потенциалов, соответствующая температура холодного спая элемента 7, так как на выходе запоминающего элемента 10 нуль.

Релейный элемент 12, включаясь, воздействует на вход блока 9 управления, после чего последний начинает увеличивать величину тока, пропускаемого через термоэлектрический элемент 7. По достижении заданной скорости изменения величины этого тока и соответственно темнературы холодного спая элемента 7 (в данном случае она уменьшается, т. е. нроизводная отрицательная), дифференцирующий элемент 11 включает релейный элемент 13. Последний блокирует вход дополнительного блока унравления и своими замыкающими контактами подключает датчик 8 температуры к входу запоминающего элемента 10, после чего входы 15 и 16 релейного элемента 12 имеют равные потенциалы и он, обесточиваясь, отключается от входа блока 9 управления.

При достижении значения температуры холодного спая элемента 7, близкого к экстремальному (скорость изменения температуры стремится к нулю), дифференцирующей элемент 11 обесточивает релейный элемент 13, а носледний отключается от входа блока 9 управлепия и отключает вход заноминающего элемента 10 от датчика 8 температуры. Блок 9 управления прекращает изменять величину тока, иропускаемого через термоэлектрический элемент 7, температура холодного спая которого перестает изменяться, а напряжение, соответствующее значению этой температуры, устанавливается в запомипающем элементе 10.

Если в процессе работы термостатирующего устройства произойдет изменение температуры окружающей среды и условия теплосъема со спаев элемента 7 или нросто изменятся условия теплосъема с его спаев (нарушится контакт горячего сная с устройством теплосъема, например радиатором, выйдет из строя вентилятор, изменится температура или прекратится подача воды, снимающей тепло с горячего спая и т. п.), то начнет изменяться (увеличиваться или уменьшаться) температура холодного спая элемента 7 вследствие изменепия ее экстремальной зависимости от тока. Б этом случае включается релейный элемент 12 аналогично указанному и блок 9 управления начинает изменять величину тока, пропускаемого через элемент Т (увеличивать или уменьшать - безразлично). Если температура холодного спая элемента 7 вследствие изменения величины его тока уменьшается, то устройство работает аналогично описанному, вследствие чего достигается новое значение температуры холодного спая элемепта 7, близкое к экстремальному для данных условий теплосъема.

Когда из-за изменения величины тока элемента 7 температура его холодного спая увеличивается (производная положптельпая), то дифференцирующнй элемент И включает релейный элемент 14, который, самоблокируясь,

воздействует на вход блока 9 управления и нроизводит реверс изменения величины тока (с увеличения на уменьшение и паоборот), после чего температура холодного спая начинает уменьшаться (производпая отрицательная). Дифференцирующнй элемент 11 включает релейный элемент 13, и устройство работает аналогично. Достигается новое, близкое к минимальному экстремальному, значению темнературы холодного спая элемента 7, и схема устанавливается в исходное состояние.

В процессе выхода на заданный темнератзфный уровень первый коптур термостатирования работает в режиме охлаждения или

подогрева (завнснт от температуры вп и Эзад, а после выхода - в режиме подогрева.

Термостатирующее устройство в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды (от -30 до 40°С) позволяетполучить точность термостатирования прпмерно на 30% выше, чем при использовании контура термостатировапия только по отклонепшо

Формула изобретения

40

Термостатирующее устройство, содержащее датчик и задатчик температуры объекта, подключенные к блоку сравнения, соединенному через блок управления с термоэлектрическим

исполнительным элементом, отлн чающееся тем, что, с целью новышепия наделчностн и точности термостатированпя, устройство содержит дополпительный термоэлектрический исполнительный элемент, датчнк температуры

холодных спаев дополнительного термоэлектрического исполпительного элемента, запоминающий, дифференцирующий и релейные элементы и дополнительный блок управлепия, выход которого подключен к дополнителыюму термоэлектрическому псполннтельному элементу, а входы подключены к выходам первого и второго релейных элементов, соединенных с дифференцирующим элементом, вход которого нодключен к датчику темнературы холодных спаев дополннтельного термоэлектрического исполнительного элемента, соединенному с третьим релейным элементом и через замыкающий контакт первого релейного элемента с запоминающим элементом, выход которого соединен с третьнм релейным

элементом, выход которого подключен к дополнительному блоку управления.

Источники информации, принятые во впимание при экспертизе

1. Зорин И. В. и Зорина 3. Я- Термоэлектрические холодильники и генераторы, М., «Энергия, 1973, с. 45.

2. Ильярский О. И., Удалов Н. П. Термоэлектрические элементы. М., «Энергия, 1970, с. 43.

-®