Термостат Советский патент 1982 года по МПК G05D23/30 

Изобретение отнссится к радиоэлектронике и предназначено для термостатирования устройств с высокой чувствительностью к окружающей температуре. Известен саморегулирующий термбстат для стабилизации электронных ,устройств, в котором камера термоста тирования выполнена из керамического материала, например титаната бария, меняющего свое электрическое сопроти ление в зависимости от температуры D1 Это свойство используется для автоматического регулирования мощности а следовательно, и температуры камер термостатирования при изменении температуры окружающей среды. Однако он медленно нагревается. Наиболее близким по технической сущности является термостат, содержа щий теплоизоляционный кожух с крышкой, камеру термостатирования, термодатчики-нагреватели и нагреватели. соединённые последовательно и уста- новленйыена камере термостатирования 2 . . Недостатком этого саМорегулируюи1,егося термостата является медленный нагрев в динамическом режиме и большие потери электрической энергии в динамическом и статическом режимах работы. Медленный нагрев в динамическом режиме и большие потери электрической энергии в динамическом истатическом режимах работы обусловливаются неравномерным нагревом камеры термостатирования и крышки камеры термостатирования (например разница в температурах камеры и крышки может достигать десятков градусов, что приводит к замедлению процесса нагрева и перерасходу электроэнергии) . Цель изобретения - сокращение времени разогрева. 922685 Поставленная цель достигается тем, что термостат, содержащий первую цепь, состоящую из последовательно соединенных нагревателя, размещенного в нижней части термостатируемой камеры ,- и термодатчика-нагревателя, размещенного на крЫшке термостатируемой камеры, содержит вторую цепь, состоящую из последовательно соединенных нагревателя, размещенного в верхней части термостатируеиой камеры, и датчика-нагревателя, размещенного на дне термостатируемой камеры, причем вторая цепь включенапараллельно датчикуиагревателю первой цепи. На фиг. 1 представлена конструкция термостата} на фиг. 2 - электрйческай схема термостатаJ на фиг; 3 эквивалентная схема термостата в мо- 20 мент включения напряжения питания; на фиг. Ц - эквивалентная схема термостата в стационарном тепловом режиме. Термостат содержит теплоизоляцион-25 ный кожух 1, крышку 2, термостатируемую камеру 3 первый термодатчикнагреватель Ц, первый нагреватель 5« второй термодатчик-нагрёватель 6, второй нагреватель, первый размыка-ЗО тель 8, второй размыкатель 9i третий размыкатель 10, дополнительную пластинчатую пружину 11, объект термостатирования 12, крышку 13 термостаТируемой камеры. Объект термостатирования 12 устанавливают в термрстатируемую камеру 3 и закрывают крышкой 13, теплоизоляционный кожух 1 закрывают крышкой 2, после чего размыкатели 8, 9 и 10 замыкают и напряжение питающей сети подводят к электрической схеме термостата. В динамическом режиме нагрева соблюдают условие Ск4-Д Ю -.SbillSl. ГПкг CKjL/vtKa. бС Оптимальное решение этого выраже ния получают при равенстве скоростей нагрева камеры 3 и крышки 13 при одинаковом материале, например крЁшжа и камера выполнены из алю m&i tO-V и . ., где 1 V О (фи Qu X f Н ват исп про чис наг оми до где до 12, в к ват име сле п - масса камеры 3; масса крышки 13 йК - разность между конечной и начальной температурами камеры 3. разность М0ЖДУ конечной и начальной температурами крышки 13, Сц, - теплоемкость материала камеры з; теплоемкость материала крыши мощность, выделяемая на камере 3 нагревателем 5 нагревателем 7 и термодатщ чиком-нагревателем Ц, .п, - мощность, выделяемая на крышке 13 термодатчиком-на|- ревателем 6. Решением эквивалентной схемы г. 3) находят 4,rU. -LteiuJd). пФ - UiitaM а И-u-KI, RV-P- Rb Rb.n ftbP Rb-lon (j- (Rj-pt ЯЬ)г п гЯг-ИР RijR( 1 отношение плеч резистивного делителя,составленного из первого 5 и второго 7 нагревателей R1 и R2 соответственно, отношение омических сопротивлений первого Ц и второго 6 термодатчиков-нагревателей R3 и соответственно. апример, для термодатчиков-нагреелей типа СТ6-5Б при стопроцентном ользовании их в крупносерийном изводстве n 3. Получено это ло при сортировке термодатчиковревателей по признаку возрастания ческого сопротивления от 3, , ..., 19, 20 Ом, объединением в группы, первая группа - это 3, ,..., 10, Он и вторая группа - это 13,..., дЬ 19, 20 Ом, причем аждой группе термодатчики-нагреели соединяются параллельно наньшей с наибольшей К S2.,Hoju .5ом/ -Я;-Ь :.х, овательно h 1 9 LI --5Таким образом, при п 3, Р R1 R2 R3 3 Ом, среднее знач ние R 3 Ом получают из выражения (1), необходимое и достаточное отношение массы камеры 3 к массе крышки 13, равное ГПД1.аг ШП К2. ) В статическом режиме при нагретой камере 3 и крышке 13 соблюдает ся условиеJ i u.-Ьл - 0-кг.0.ка. . Оптимальное решение этого выраж ния получают при условии равенства - С , re,, А/к,, и ( к-1 - na.tQ.Ki. г где F - пло.щадь камеры 3, РЗ., - площадь крышки 13i it;{ - разность между температур камеры 3 и температурой к пуса 1, t Разность между температурой крышки 13 и крышки 2, - коэффициент теплопередачи (Ц - коэффициент теплопередачи теплопроводностью, LC- коэффициент теплопередачи излучением L - коэффициент теплопередачи конвекцией, мощность, выделяемая на ка мере 3 нагреват елем 5, нагревателем 7 и термодат чиком-нагревателем k, . мощность, выделяемая на крышке 13 термодатчикомнагревателем 6. Решением эквивалентной схемы (фиг. 3) находят (L,.U.а--U.A, пи ) . . .l-P-vPb-H. РчЪ:.п-,. f

де a

(M -vHV VvR n-H-v

xKptn

2.;lP-V«,VRi-v4(-vn)

р-Р-г Гл

отношение плеч резистивного делителя, составленного из сопротивлений R1 и R2 первого 5 и второго 7 нагревателей,

отношение омических сопротивлений первого k и второго 6 термодатчиков-нагревателей Rk и R3,

Формула изобретения

Термостат, содержащий первую цепь, состоящую из последовательно соединенных нагревателя, разме щеНного в нижней части термостатируемой камеры, и термодатчика-нагревателя, размещенного на крышке термостатируемой камеры, отличающийся тем, что,с целью сокращения времени par зогрева, он содержит вторую цепь, состоящую из последовательно соеди5k - кратность изменения омических сопротивлений Я и R3 в рабочем диапазоне температур (например, для СТ6-5Б это интервал от 70 С до +1(30 с). Например, для термодатчйков-нагревателей типа СТ6-5Б при стопроцентном использовании в крупносерийном производстве п 3 k 5 - минимальное значение кратности изменения омического сопротивления и Р 1. Необходимое и достаточное отношение площадей камеры 3 и крышки 13 составляет - 3,8, что соответствует отношению масс камеры 3 и крышки .1 3 . Изменением от.нсшения омических сопротивлений резистивного делителей R1 R2 подбирают оптимальные , режимы нагрева камеры 3 и крышки 13 для любых емкостей с любой конфигурацией. Предлагаемый термостат отличается тем, что изменением отношения омических сопротивлений резистивного моста, составленного из нагревателей, подбирают оптимальные режимы нагрева камеры т е| мост а тиров а ни я и крышки камеры ДЛЯ любых объектов с любой конфигурацией, можно при этом допустить зазор между термостатируемой камерой и крышкой, что значительно сокращает расходы при изготовлениитермостата, наличие плacтинчatыx пру жин позволяет устанавливать в камеру объект с различными диаметрами. Термостат может быть использован в бытовых электронагревательных приборах для приготовления или повторного разогрева ранее приготовленной пищи, минеральной воды, кофе или чая (например, при поездках на автомобиле и подключении к сети питания агрегатов автомобиля с напряжением 12 В). ненных нагревателя, размещенного в верхней части термостатируемой камеры, и датчика-нагревателя, размещенного на дне термостатируемой камеры, причем вто|эая цепь включена параллельно датчику-нагревателю пер вой цепи.

Фиг.1 8 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Патент США If 3878357, кл. 219/203, опублик. 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № 5918 2, кл. G 05 D 23/30, 1976 (прототип).

т

ХРЗ

и -о

Фнб.1