Способ регулирования температуры в термостате Советский патент 1980 года по МПК G05D23/24 

(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Способ относится к автоматике, предназначен для поддержания температуры и может быть использован в тех областях науки и техники, где требуется прецизионное термостатирование объектов. Известны способы поддержания температуры, основанные на постоянстве температуры в точках фазового перехода. В этих устройствах йспольуется изменение объема при переходе веществ из одного агрегатного состояния в другое или изменение магнитных свойств ряда материалов вблизи точки Кюри (11 и 2. Недостатки указанных способов заключаются в том, что значения поддерживаемых температур ограничены веществами, обладающими точкой Кюри, а также большими погрешностями, вызванными достаточно плавным изменением магнитной проницаемости вблизи точки Кюри. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ автоматического регулирования температуры рабочего тела термостата, основанный на том, что измеряют изменение прозрачности рабочего тела термостата при переходе его из одного фазового состояггия в другое и В ТЕРМОСТАТЕ воздействуют на рабочее тело основнымтепловым потоком (3|. Недостатки этого способа заключаются в том, что поддерживаемая температура определяется веществом рабочего тела, которое меняет свою прозрачность при фазовом переходе. Подобных веществ мало, что ограничивает номейклатуру значений температуры, которые поддерживаются в термостатах. Кроме того, способ имеет достаточно большую погрешность поддержания температуры, вызванную тем, что прозрачность вещества на интересующем участке в очень большой степени определяется образованием зародыша твердой фазы, положение которого в объеме случайно. Это приводит к случайному перегреву либо перехлаждению в термостате. Цель изобретения - повышение точности регулирования температуры и расширения области применения. Поставленная цель достигается тем, что на рабочее тело воздействуют дополнительным реверсивным тепловым потоком, в моменты реверса которого измеряют отклонения температуры рабочего тела от темперауры статирования, алгебраически суммируют их и формируют управляющее воздействие на изменение основного теплового потока, пропорциональное данной сумме откло нений.

Fia фиг. { приведена схема использования предлагаемого способа; на фиг. 2а, За, 4а - зависимость дополнительного реверсивного теплового потока от времени; на фиг. 26, 36, 46 - процесс изменения количества тепла в рабочем теле при изменениях дополнительного реверсивного теплового потока во времени; на фиг. 2в, Зв, 4в - график затзисимости температуры рабочего тела от количества тепла и от смещения среднего значения изменения количества тепла от ц,ёнтральной точки плато о(,у/

Термостат состоит из рабочего тела 1, имеющего температуру фазового перехода, равную темпепатуре статирования, регулятора 2, соединенного с датчиком 3 и с нагревателем или охладителем 4, вырабатываю щи м основной тепловой поток q j, термОстатируемого объекта 5 и реверсивной термобатареи 6, вырабатывающей дополнительный реверсивный тепловой поток q j.

CyniHocTb способа заключается в том, что с помощью реверсивной термобатареи 6 создают дополнительный реверсивный тепловой поток q г, который периодически нагревает или охлаждает рабочее тело 1. Вследствие реверсивного теплового потока q 2 количество тепла QB рабочем теле увеличивается или уменьщаетс;д (см. фиг. 26, 36, 46). Амплитуда изменения количества тепла выбирается несколько больщей, чем требуется для перевода всей массы рабочего тела из одного фазового состояния в другое. Затем измеряют температуру рабочего тела 1 датчиком 3 температуры и основным тепловым потоком qi Ът нагревателя либо от охладителя 4 добиваются того, чтобы отклонения темТ1ер;атуры в положительную и отрицательную стороны относительно температуры фазового перехода рабочего тела были равны друг другу. . ..

Наиболее гго,лно сущность метода поясняется графически. В начальный момент времени to (фиг. 2) количество тепла в рабочем теле таково, что рабочее тело на ходится посередине плато фазового перехода (точка /), а дополнительный реверсивный тепловой поток qi от термобатареи 6 охлаждает термостат. Это приводит к тому, что количество тепла в рабочем теле уменьшается. Однако температура его остается постоянной до тех пор. пока вся масса рабочего тела не перейдет в твердую фазу. При завершении фазового перехода кончается плато (точка сЦ. Дальнейшее уменьп1ение количества тепла приводит к уменьшению температуры до момента времени i i. В момент времени t происходит реверсирование дополнительного теплового потока q о личество тепла начинает увеличиваться Увеличение количества тепла приводит к увеличению температуры, которое продолжается до тех пор, пока не нечнется плато (точка и). Дальнейшее увеличение количест744503

ва тепла в рабочем теле не приводит к изменению температуры до конца плато (точка jf ), где заканчивается фазовый переход из твердого состояния в жидкое.

В дальнейшем увеличение количества тепла приводит к увеличению температуры до момента времени t г. В этот момент времени вновь происходит реверсирование допол нительного реверсивного теплового потока qj. Из графиков видно, что процесс изменения количества тепла центрирован относительно плато, вследствие этого отклонения температуры в большую сторону равны отклонениям в меньшую сторону относительно температуры фазового перехода.

Если процесс изменения количества тепла смещен относительно центра плато на AQ, например,в меньшую сторону (фиг. 3), то отклонение температуры в меньшую сторону происходит по величине больше, чем в большую, а при некотором значении смещения AQ отклонение температуры в большую сторону вообще отсутствует. Таким образом, появление больших отклонений температуры в меньшую сторону свидетельствует о том, что в вещество необходимо ввести дополнительное количество тепла, равного AQ. Для этого включают нагреватель 4, и основной тепловой поток q , центрирует процесс изменения количества тепла. Если процесс изменения количества тепла смещен на AQ в большую сторону (фиг. 4), то отклонения температуры происходят то/тько в большую сторону. Это свидетельствует о том, что в веществе присутствует избыточное количество тепла и необходимо подвести охлаждающий основной тепловой поток q. При точном центрировании процесса изменения количества тепла отклонения температуры в большую сторону равны откло нениям в меньшую сторону, а следовательно среднее значение температуры за период изменения количества тепла остается постоянным и равным температуре фазового перехода рабочего тела. Правильный выбор теплоемкости термостатируемого объекта практически полностью исключает кратковременное изменение темпер1атуры при переходе рабочего тела из одного фазового состояния в другое.

Таким образом, в качестве рабочего тела используются любые вещества, имеющие . фазовый переход. Следовательно, номенклатура значений температуры статированИй очень велика. Отклонения температуры, по которым определяется правильность поддерживаемой температуры, кратковременны, лег ко поддаются сглаживанию и поэтому точность поддерживаемой температуры полностью определяется свойствами фазового перехода вещества.

Формула изобретения

Способ регулирования температуры в терм.остате путем воздействия на рабочее тело,

5

имеющее температуру фазового перехода, равную температуре статировайия, основным тепловым потоком, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования и расширения области применения, на рабоее тело воздействуют дополнительным реверсивным тепловым потоком, в моменты реверса которого измеряют отклонения температуры рабочего тела от температуры статирования, алгебраически суммируют их и формируют управляющее воздействие на изменение основного теплового по;тока, пропорциональное данной сумме откло.нений.

Источники информации, принятые, во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3054044, кл. 323-48, опублик. 1970.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 149955, кл. G 05 В 5/01, опублик. 1954.

3.Авторское свидетельство СССР

№ 136577, кл. О 05 D 23/30, опублик. 1950 (прототип).