Способ термостатирования и устройство для его осуществления Советский патент 1980 года по МПК G05D23/00 

лоизолированную камеру с рубашкой, заполненной теплоаккумулирующим веществом в двухфазном состоянии и последовательно соединенные триггер, реле управления и источник тенла.

Отличие устройства, позволяющее осуществить новый способ состоит в том, что оно содержит последовательно соединенные датчик теплового потока, первый и второй дифференцирующие элементы и пороговый элемент, выход которого подключен ко входу триггера. Датчик теплового потока и источник тепла связаны с рубашкой теплоизолированной камеры.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображены временные зависимости температуры термостатпрземого объекта, теплового потока между термостатируемым объектом и окружающей средой, а также первой и второй производных по времени указанного потока. На фиг. 2 изображена функциональная схема устройства для осуществления способа.

Устройство содержит теплоизолированную камеру 1 с рубашкой 2, заполненной теплоаккумулирующим веществом в двухфазном состоянии и последовательно соединенные триггер 4, реле 5 управления и источник 6 тепла, а также последовательно соединенные датчик 7 теплового потока, первый и второй дифференцирующие элементы 8 и 9 и пороговый элемент 10, выход которого подключен ко входу триггера 4. Датчик 7 и источник 6 тепла связаны с рубащкой 2 камеры 1.

Способ осуществляется следующим образом.

При охлаждении теплоаккумулирующего вещества в двухфазном состоянии, например воды, его температура снижается до температуры кристаллизации. Во время кристаллизации (образование льда) происходит выделение свободной энергии в виде тепла. Поэтому температура рабочего теплоаккумулирующего вещества во время кристаллизации постоянна (см. фиг. 1, а). После того как все теплоаккумулирующее вещество перейдет пз жидкого в твердое состояние, при дальнейшем охлаждении температура его снижается. Тепловой поток между окружающей средой и термостатируемым объемом также изменяется, а в момент кристаллизации скорость изменения теплового потока равна нулю (см. фиг. 1, б). Выделяя первую производную изменения теплового потока (см. фиг. 1, в), а затем вторую производную (см. фиг. 1, г) и преобразуя ее в импульсы, осуществляют управление величиной подводимой тепловой мощности.

При подаче питания на источник 6 тепла полярности соответствующей работает в режиме охлаждения, охлаждается камера 1 и находящееся в рубащке 2 теплоаккумулирующее вещество в двухфазном состояНИИ. При этом тепловой поток между термостатируемым объектом и окружающей средой возрастает (см. фиг. 1, б). Связанный с камерой 1 датчик 7 вырабатывает сигнал, пропорциональный тепловому потоку. При достижении теплоаккумулирующей веществом температуры кристаллизации (что сопровождается выделением тепловой энергии) тепловой поток постоянен и, следовательно, сигнал датчика 7 не изменяется. При окончании кристаллизации теплоаккумулирющего вещества его температура снижается. Это вызывает изменение теплового потока, а следовательно, и изменение сигнала с датчика 7. Этот сигнал подается на первый дифференцирующий элемент 8, где выделяется первая производная по времени теплового, потока (см. фиг. 1,8), которая подается на второй дифференцирующий элемент 9, выделяющий вторую производную по времени теплового потока. Выделение второй производной теплового потока (термостатируемый объект - окружающая среда) необходимо для определения моментов начала и окончания перехода двухфазного состояния вещества в однофазное. Выделенная вторая производная подается на пороговый элемент 10, который преобразует ее в импульс управления ( см. фиг. 1, г). Далее импульс управления подается на триггер 4, обеспечивающий срабатывание реле 5 управления, которое изменяет режим питания источника 6 тепла.

В результате обесточивания источника б тепла охлаждение камеры 1, рубашки 2 с теплоаккумулирующим веществом и термостатируемого объекта прекратится. За счет теплопритоков из окружающей среды в термостатируемый объект 11 через теплоизоляцию температура теплоаккумулирующего вещества начнет повышаться, что вызовет его плавление, т. е. изменение агрегатного состояния. А так как плавление происходит с поглощением того же количества тепла что выделилось при кристаллизации, то температура теплоаккумулирующего вещества и термостатируемого объекта будет некоторое время постоянна. Это время зависит от физических характеристик теплоаккумулирующего вещества, его массы, а также от величины теплопритоков, проходящих через теплоизоляцию. После окончания плавления теплоаккумулирующего вещества его температура за счет теплопритока начнет повышаться, следовательно, изменится тепловой поток (окружающая среда - термостатируемый объект) . В результате это изменение теплового потока в виде сигнала передается на триггер 4, обеспечивающий включение источника 6 тепла в режиме охлаждения.

Изобретение позволяет добиться повыщения надежности и точности термостатирования.

Данный способ термостатирования был опробован на опытном производстве ГСКБ ТФП при разработке термоэлектрических устройств для термостатирования рабочих спаев измерительных термопар.

Формула изобретения

1. Способ термостатирования, включающий регулирование подводимой к термостатируемому объекту тепловой мощности в зависимости от начала и окончания изменения агрегатного состояния теплоаккумулирующего вещества, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности и точности термостатирования, моменты начала и окончания изменения агрегатного состояния теплоаккумулирующего вещества определяют путем измерения сигнала об изменении скорости нарастания теплового потока между термостатируемым объектом и окружающей средой, в зависимости от полярности которого изменяют величину подводимой тепловой мощности.

2. Устройство для осуществления способа термостатирования по п. 1, содержащее теплоизолированную камеру с рубащкой, заполненной теплоаккумулирующим веществом в двухфазном состоянии, и последовательно соединенные триггер, реле управления и источник тепла, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности и точности работы, оно содержит последовательно соединенные датчик теплового потока, первый и второй дифференцирующие элементы и пороговый элемент, выход которого подключен ко входу триггера, а датчик теплового потока и источник теила связаны с рубашкой теплоизолированной камеры.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Коленко Е. А. Термоэлектрические охлаждающие приборы. Л., «Наука, 1967, с. 184-185.

2 Авторское свидетельство СССР № 504186, кл. G 05D 23/30, 1976 (прототип).

г

const

faffova сила

В&}п/ ю 75

лючение Т6

Риг. i