Термостат Советский патент 1981 года по МПК G05D23/30 

(54) ТЕРМОСТАТ Геометрические размеры нагреваЗелей (охладителей) определяют в зависимости от максимального температурного перепада между внешней средой TC и камерой термостата от задан ного максимального температурного перепада Ч между двумя любыми точкам .поля камеры термостата и от максимал ной интенсивности(коэффициента) теп лообмена о(по|хтеплоиэоляционного корпуса с внешней средой, а также в зависимости от геометрических размеров и теплофизических характеристик элементов термостата по следующему рекуррентному соотношению: x5(-,)-d к-f5d 4-,) -с1 -Эак-Х СХк.с1к.) а,.,()-к,(.,) d.(,)(У;.:и IUI )-x(.,) 2/j-3d W4 -3dK - k-. ,t it--i Ш, ЭЧЛсГЯ Д B и - -. - S АМ-Ъ V CTivwcuT Количество нагревателей (колец) , потребное для одно стенки камеры термостата,определяют в зави симости от длины а и ширины b этой стенки по следующей формуле у / к. K.-W 2 k - номер кольца концентрического кольцевого нагревателя (охладите ля) , начиная с наименьшего кольца; К m - номер последнего (наибол шего) кольца- для данной стенки каме ры термостата; Хц - внутренний радиус К-го коль ца кольцевого нагревателя (охладите ля).; Уц - радиус окружности, м, заклю чающей температурное поле К-го кон центрического кольца нагревателей (охладителей), где температурные перепады между двумя любыми точкам поля камеры по абсолютной величинене превышают заданного температурного перепада di - ширина К-го кольца нагрев теля (охладителя); X ; ХБ и Ля-i коэффициенты теплопроводности соответственно ка меры, воздуха и теплоизоляционного Вт м.град с } сГ„, - толщина соответствено камеры, воздушного промежутка и еплоизоляционного корпуса, м; d, - коэффициент теплообмена тепоизоляционного корпуса с внешней .. Вт . м а.градTC - температура внешней среды °С; Tj.- температура статирования термостата С; а и Ь- соответственно длина и ширина данной стенки камеры термостата; R - тепловое сопротивление между стенкой камеры термостата и окружаюм 2 град щей средой. Камера выполнена из материала с большим коэффициентом теплопроводности Л/ например из алюминиевого сплава. Одинаковые нагреватели (охладители) выполнены в форме выпуклых многоугольных рамок, например, в форме колец по возможности небольшой ширины d и равномерно размещенных по боковой поверхности камеры так, что центры побых трех близлежащих кольцевых нагревателей (охладителей) образуют вершины равностороннего треугольника, длину стороны которого f определяют в зависимости от расчетной величины радиуса у нагревателя (охладителя) по следующему соотношениюр (1,75 -f 1,8б)у. Геометрические размеры однотип ных нагревателей (охладителей) и расчетную величину радиуса у определяют в зависимости от максимального температурного перепада между внешней средой У и камерой термостата Т от -заданного максимального температурного перепада У между двумя любыми точками поля камеры термостата и от максимальной интенсивности (коэффициента) теплообмена н1ачи теплоизоляционного корпуса с внешней средои, а также в зависимости от геометрических размеров и теплофизических характеристик элементов термостата по следующему соотношению - -1 () x% -iuid()| ; cf, ЗЧЛсУЯ : |Тс-Т Т/ АВ Лиг oL где X - внутренний радиус кольцевого нагревателя (охладителя), м; у - расчетная величина радиуса окружности, м, заключающей температурное поле кольцевого нагревателя (охладителя), где температурные перепады между двумя любьами точками поля камеры по абсолютной величине не превыиают заданного температурного перепада f , °С ; d - ширина кольца нагревателя (охладителя) ; Л,ЛвА-иэ коэффициенты теплопро водности соответственно камеры, воздушного промежутка и теплоизоляционного корпуса, .. , м град сС - коэффициент теплообмена теп лоизоляционного корпуса с внешней Вт м2. град - температура внешней среды. TCT температура статирования термостата, С; R - тепловое сопротивление межд стенкой камеры термостата и окружаю м град щей средой, Кроме того, повышения технологич ности устройства однотипные нагрева тели (охладители) выполняют в виде квадратных рамок той же ширины d, что и кольцевые нагреватели, при этом сторону 1 внутреннего квадрата рамки определяют в зависимости от внутреннего радиуса х соответствующего кольцевого нагревателя (охлади теля) по следующему соотношению 1 (1,б5-1,75)х; где X - радиус внутренней окружности соответствующего кольцевого нагревателя (охладителя) м, ; 1 -сторона внутреннего- квадрата квадратной рамки нагревателя (охладителя) ,/А . На фиг. 1 изображен предлагаемый термостат со снятым теплоизоляцион ным кожухом, где нагреватели (охладители) выполнены в виде колец, ра мещенных концентрично на стенках камеры; на фиг. 2 - одна из стенок камеры термостата с размещенными на ней однотипными кольцевыми нагревателями (охладителями) и датчиком температуры. На поверхности рабочей камеры (фиг. 1) в центре боковой стенки расположен датчик 2 температуры, а вокруг него концентрическими кольцами по возможности небольшой ширины размещены нагреватели (охладители) 3. Сигнал от датчика температуры используют для управления- током концентрических нагревате лей (охладителей) посредством регулятора 4 температуры. На поверхности рабочей камера 1 (фиг. 2) однотипные нагреватели (охладители) 3, выполненные в виде колец, равномерно размещены так, что центры любых трех близлежгшшх нагревателей, образуют вершины равностороннего треугольника. На каждо боковой стенке камеры устанавливается по одному датчику температуры. который расположен в центре одного из равносторонних треугольников, образованных близлежащими нагревателями (охладителями) или в центре одного из кольцеобразных нагревателей (охладителей). Сигнал от датчика температуры испо льзуют для управления током однотипных нагревателей (охладителей) посредством регулятора 4 температуры. На поверхности рабочей каме1ры 1 также равномерно размещены однотипные нагреватели (охладители), ни выполненные в виде квадратных pciMOK. Термостат работаетследующим образом. Нагреватели (охладители) 3, распределенные концентрическими кольцами по поверхности рабочей какюры 1 (фиг. 1), поддерживают температуру статирования TO-J с заданной точностью. Причем на все точки поверхности камерьг термостата будут иметь температуру равную температуре статирования TCT Неравномерность температурного поля по камере термостата в статическом режиме вызвана тепловыми потоками, идущими от нагревателя через камеру, непокрытую нагревателем, и далее через теплоизоляцию в окруквдающую среду. При этом тепловой поток q. (Ь в окружающую среду в стационарном режиме с I-ой площадки S4(м) камеры, непокрытой нагревателем, равен с ,.1|.ч и температурные перепады в прилегающей к нагревателю замкнутой области радиуса у, -ё у f Уц не превышают допустимого температурного перепада Ч . Здесь под нагревателями будет максимальная температура Т.-(, а между нагревателями на окружности адиуса у, и в центре концентрических кольцевых нагревателей температура будет минимальна и равна TCT Поэтому датчик 2 температуры при необходимости можно од9{наково разместить на любой окружности радиуса уц. Одинаковые нагреватели, выполненные в вида выпуклых многоугольных paMOK (ксшец) и равномерно распреде-, ленные по поверхности рабочей камеры 1 (фиг. 2), также поддерживают температуру статирования Tj. с заданной точностью. При этом температурные перепады по поверхности камеры термостата не превышают допустимого температурного перепада vp . Причем под нагревателями будет максимальная температура Т + f , а в стороны от нагревателей температура снижается. Точки с минимальной температурой равномерно размещены по поверхности камеры и находятся в центре и на вершинах равносторонних треугольни