Устройство для стабилизации температуры нескольких объектов Советский патент 1982 года по МПК G05D23/30 

(St) УСТРОЙСТВО для СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ НЕСКОЛЬКИХ ОБЪЕКТОВ

1

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для стабилизации температуры нескольких объектов, часть из которых имеет собственные тепловые выделения, на оптимальных для каждого объекта уровнях.

Известно устройство для стабилизации температуры объекта, содержащее последовательно соединенные датчик ,Q температуры объекта, заключенного в тепловыравнивающую оболочку, регулятор тока термобатареи и термоэлектрическую батарею, соединенную одной из граней с окружающей средой пос- и редством теплоотвода, причем объект находится в тепловом контакте с другой гранью термобатареи С

Однако указанное устройство при- 20 менимо для стабилизации температуры одного объекта либо нескольких объектов, размещенных на общей тепловыравнивающей оболочке, на одном температурном уровне, поскольку информация для работы регулятора тока термобатареи поступает от одного датчика, размещенного на объекте под тепловыравнивающей оболочкой. Если же объекты обладают различными оптимальными рабочими температурами, для стабилизации их рабочей температуры на нужном уровне они должны поме-.щаться в отдельные.тепловыравнивающие оболочки и иметь независимые контуры регулирования температуры для каждого объекта. Поэтому недостатком устройства в применении к стабилизации температуры нескольких независи мых объектов является громоздкость его конструкции вследствие необходимости использования контуров регулирования для каждого объекта.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для стабилизации температуры нескольких объектов, содержащее датчик температуры одного из объектов, соединенный с регулятором тока термо батареи, к выходу которого подключена термобатарея, рабочая.поверхность которой противоположна рабочей погзерхности, находящейся в тепловом контакте с объектами, соединена с внешней средой посредством теплоотвода, причем каждый объект находится в тепловом контакте с соответству ющей частью рабочей поверхности термобатареи. Температурные уровни для каждого из объектов обеспечиваются соотношением количества тепловыделений от . каждой части, рабочей поверхности термобатареи, контактирующей Сдан ным объектом. Температура каждого объекта стабилизируе,тся на оптимальном уровне строго определенной частью термобатареи, определяемой расчетным путем в зависимости от тепловых выделений каждого объекта, необходимой точности стабилизации температуры каждого объекта,и разности, между уровнем стабилизации температуры каждого объекта и начальным уро нем температуры. Полярность тока и его величина через все части термобатареи одинаковы и зависят от темпе ратуры объекта,который требует наиболее точной стабилизации температуры, и на котором установлен датчик температуры, управляющий работой регулятора тока, а определенные расчет ным путем все масти термобатареи стабилизируют соответствующие объекты на требуемых уровнях температуры с заданной точностью, но с меньшей чем у объекта, на котором установлен датчик. При изменении температуры объекта, на котором установлен датчик температуры, относительно заданного уровня регулятор тока под действием -сигнала от датчика изменяет величину и полярность тока термобатареи таким образом, что части термобатаре .нагревая или охлаждая соответствующие объекты, компенсируют температур нов рассогласование на объекте с дат чиком температуры в заданных пределах температур, обуславливающих заданную точность стабилизации температуры. При этом температуры остальных объектов изменяются в более широких пределах температур, обуслов ленных конструкцией (формой, материалом) объектов и взаиморасположением их относительно рабочих поверхностей термобатареи.Т. е, стабилизация температуры всех объектов осуществляется в требуемых для каждого объекта интервалах температур относительно заданного уровня температуры в широком диапазоне изменений температуры окружающей среды (например, от до. 50°С) 2. Недостатком известного устройства при стабилизации температуры объектов, по крайнее мере, один из которых имеет значительные собственные тепловыделения, например, генератор на лавинопролетном диоде или диоде Ган- на, когда есть необходимость установки датчика температуры на другом объекте, требующем максимальной точности стабилизации температуры, является ограниченность нижней грани цы диапазона уровней стабилизации температуры объекта с тепловыделениями, что в свою очередь ограничивает надежность и ресурс объекта, вследствие того, что собственные тепловыделения первого объекта повышают фактический уровень стабилизации его температуры по отношению к начальной температуре, а необходимость сохранить заданные оптимальные уровни рабочих температур для остальных объектов, особенно объекта с максимальной точностью стабилизации температуры, не позволяют в ; режиме нагрева компенсировать повышение температурного уровня объекта с тепловыделениями путем снижения величины электрического тока через термобатарею, поскольку ток через всю термобатарею одинаков, и это снизило бы фактические уровни температур остальных объектов. Цель изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем.что в устройстве для стабилизации температуры нескольких объектов, содержащем датчик температуры установленный на объекте без собственного тепловыделения, соединенный с входом регулятора тока термобатареи, разделенной на участки по числу объектов, соединенные между собой последовательно,, одна из рабочих поверхностей термобатареи находится в тепловом контакте с объектами, а другая рабочая поверхность соединена с внешней средой посредством теплоо вода, участок термобатареи, связанный с объектом, имеющим собственное тепловыделение, выполнен в виде дву групп элементов, параллельно одной из которых встречно подключен диод. Количество элементов части термобатареи шунтированных диодом, определяется как целая часть числа NK(TO- TP)-QA- Qr I A (Tp+273)+0,5 |2R где N - количество элементов термоб тареи, находящихся в теплов контакте с объектом, имеющим собственные тепловыделе ния; Q - величина тепловыделений объ та, Вт; Тр - температура объекта, имеюще го собственные тепловыделени получаемая при работе элеме тов термобатареи в режиме охлаждения, при верхнем зна чении температуры окружающе среды (например, ) ,°С; Тр- температура теплоотвода пр работе термобатареи в режим нагрева при нижнем значении температуры окр.ужающеи среды (например, ),С; I - ток через термобатарею. А; К - коэффициент теплопроводности одного элемента тер обатареи, Вт/град; А - коэффициент термо-ЭДС одного элемента термобатареи, Вт/град.А; R - электрическое сопротивление одного элемента термобатареи, Ом; Q - теплоотток от объекта по теплоизоляции, Вт. Введение в устройство диода, подключенного параллельно группе элементов участка термобатареи i находящейся в тепловом контакте с объектом, имеющим собственное тепловыдение, позволяет при соединении диода с группой элементов разнопоЛярными контактами в режиме нагрева отводить ток от группы элементов участка термобатерей шунтированной диодом, обеспечивая тем самым уменьшение теплового сопротивления термобатареи тепловому потоку от объекта с тепловыделением к окружающей среде и снижение уровня стабилизации температуры объекта с тепловыделением без измерения температуры стабилизации остальных объектов, в том числе, объекта, требующего особо точной термостабилизации и снабженного датчиком температуры. При этом количество элементов в группе, зашунтированной диодом, определено,исходя из уравнений Тепловых потоков как целая часть числа м -.N- ), 1А(То- -27ЬНО n определяется по правилам математического округления чисел с целью исключения условия переохлаждения объекта, имеющего собственные тепловыделения. В режиме охлаждения подключение диода указанным образом.не изменяет функционирование устройства, так как электрический ток в этом случае через диод не протекает. Таким Образом, подключение диода позволяет понизить уровень стабилизации температуры объекта с собственными тепловыделениями при регулировании в широком диапазоне температур внеш ней среды. На фиг. 1 схематически изображено устройство; на фиг. 2 - электрическая блок-схема устройства. Устройство для стабилизации температуры нескольких объектов, по крайней мере, один из которых имеет собственное тепловыделение, содержит датчик 1 температуры, установленный на объекте 2, имеющем собственное тепловыделение, требующем наиболее точной стабилизации температуры, соединенный с регуляTopoM 3 тока термобатареи, состоящей из участков А, одна рабочая; поверхность которой находится в тепловом контакте с объектами 2,5 и 6, а противоположная поверхность соединена с внешней средой посредством теплоотвода 7- Диод 8 подключен параллельно, например, к одной из групп элементов 9 участка термобатареи, находящейся в тепловом контакте с объектом 5 имеющим собственное тепловыделение, причем соединены разнополярные контакты диода и шунтированной части термобатареи. Устройство работает следующим образом.

ftpn отклонении от заданного уровня температуры термостабилизируемого объекта 2, на котором установлен датчик 1 температуры, изменяется сигнал:-на выходе датчика, поступающий на вход регулятора 3 тока. Ре- гулятор тока в зависимости от значения этого сигнала изменяет величину и полярность проходящего тока через термобатарею электрического тока. Соответственно термобатарея нагревает или охлаждает термостабилизируемый объект 2 и датчик 1 температуры до устранения температурного рассогласования, а значит на датчиJKB 1 температуры; и термостабилизируемых объектах устанавливается требуемая температура, Определенные расчетным путем части термобатареи стабилизируют соответствующие объекты 5 и 6 на требуемых уровнях температур с заданной точностью, но с меньшей чем у объекта, на котором установлен датчик температуры, т.е. стабилизация температуры всех объектов осущес твляется в заданных для каждого объекта интервалах. Теплоотвод 7 обеспечивает отвод тепла от термобатареи во внешнюю среду. Диод о подключен параллельно, например, к одной из групп элементов 9 участка,4 термобатареи , находящейся в тепловом контакте с объектом 5, имеющим собственные тепловыделения, разнополярными контактами диода и термобатареи и шунтирует этот элемент при работе термобатареи в режиме нагрева, обеспечивая тем самым уменьшение теплово.го сопротивления между объектами 5 и теплоотводом 7 и снижение нижнего уровня температуры стабилизации объекта с собственными тепловыделениями. Количество элементов части термобатареи, охваченных диодом, при этом определено по формуле

п : м Nic(b- Тр)- (IA+ QH . Г А (TO+ 273)+0,5

Использование изобретения позволяет повысить надежность и ресурс активных полупроводниковых приборов и дает расчетный экономический эффект около 100 руб на одно устройство.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации температуры нескольких объектов, содержащее датчик температуры, установленный на объекте без собственного тепловыделения , соединенный с входом регулятора тока термобатареи, разделенной на участки по числу объектов, соединенных между собой последовательно, одна из рабочих поверхностей термобатареи находится в тепловом контакте с объектами,а другая рабочая поверхность соединена с внешней средой при помощи теплоотвода, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, участок термобатареи, связанный с объектом, имеющим собственное тепловыделение, выполнен в виде двух груп элементов, параллельно одной из которых встречно подключен диод.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ильярский О, И. и Удалов Н.П. Термоэлектрические элементы, М., Энергия, 1970, с. k5.

2.Авторское свидетельство СССР N 721805, кл. G 05 D 23/30, 1977 (прототип). /; -/7 I 7 / /у/ / /

,/

/

У

Фиг.1 -