Термоэлектрическое термостатирующее устройство Советский патент 1982 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к технике термоэлектрического охлаждения и может быть использовано для прецизионного термос- атирования, применяемого в биологии и медицине, метрологии и радиотехнике.

Известно устройство, состоящее из датчика и задатчика температуры, подключенных к блоку сравнения, последовательно соединенных с ШИМ модулятором, усилителем мощности, объектом управления, причем на второй вход ШИМ модулятора подключен выход гене)атора пилообразного напряжения. Устройство осуществляет поддержание температуры термостатируемого объема по принципу пропорционального регулирования по отклонению,. При этом регули| ование происходит за счет изменения относительной длительности импульсов тока -Оу, , протекающего через термоэлектрические элементы LlJ.

Однако описанное устройство не обладает высокой точностью вследствие наличия статической ошибки.

Наиболее близким к предлагаемому является термостатирующее устройство, которое представляет собой Ениротноимпульсный регулятор температуры и

содержит датчик и задатчик температуры, подключенные к входу схемы сравнения, выход которой соединен с последовательно соединенными усилителем сигнала отклонения, пороговым элементом, усилителем мощности, объектом регулирования, к выходу которого подключен датчик температуры, причем второй вход порогового.элемента

10 соединен с генератором пилообразного напряжения, а к третьему входу порогового элемента подключен выход блока связи по возмущению, вход которого соединен с входом задатчика тем15пературы.

Данное устройство обладает более высокой точностью по сравнению с предыдущим за счет наличия комбинированного управления по возмущению и по 20 отклонению С 2 }Однако регулирование температуры термоэлектрического термостата по предлагаемой схеме не будет эффектив25. ным, если на объем регулирования воздействуют несколько возмущающих факторов.

Цель изобретения - повышение точности и надежности термоэлектрического 30 термостатирующего устройства. Поставленная цель достигается тем что в термоэлектрическое термостатирующее устрбйство, содержащее элемен сравнения, к первому и второму входа которого подключены соответственно датчик и задатчик температуры, а к выходу через усилитель подключен пер вый вход порогового элемента, к выходу которого через усилитель мощнос ти подключена термобатарея, а так же масштабирукхдий усилитель и генератор пилообразного напряжения, подключенный первым выходом к второму входу S порогового элемента, с третьим входом которого соединен выход масштаби рующего усилителя, введены последовательно включенные измерительный преобразователь термо-ЭДС термобатареи и блок памяти, причем управляющи вход измерительного преобразователя соединен с вторым выходом генератора пилообразного напряжения, а выход блока памяти соединен с входом масшт бирующего усилителя. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства, Устройство содержит датчик 1 и за датчик 2 температуры, элемент 3 срав нения, усилитель 4, пороговый элемен 5, усилитель б мощности, термобатаре 7, генератор 8 пилообразного напряжения, масштабирующий усилитель 9, измерительный преобразователь 10 термо-ЭДС термобатареи, блок 11 памяти. Устройство работает следующим образом. В статическом режиме, когда температура термостатирующего объема не отличается от заданной, т-,е. и устройство работает при , на выходе элемента 3 сравнения и на выходе масштабирующего усилителя 9 напряжение отсутствует. Т - текущее значение температуры, Е - текущее значение термо-ЭДС, - заданное .значение термо-ЭДС. При этом сигнал, формируемый .генератором 8 пилообразного напряжения, сравнивается на пороговом элементе 5 с постоянным напряжением и относительная длительность сигнала на выходе порогового элемента 5 выбирается равной ,5 Усилитель 6 мощности формирует импульсный .Ток, прбтеканадий череэ объект регулирования. Рассмотрим работу устройства в момент, когда температура термостатируемого объема Т отличается от заданной . Сигнал с датчика 1 температуры отличается от сигнала с задатчика 2 температуры,и,следовательно,на выходе элемента 3 сравнения имеется сигнал, отличный от нуля. Этот сигна усиливается усилителем 4 и подается на первый вход порогового элемента 5 .На второй вход порогового элемента 5 подается сигнал с первого выхода генератора 8 пилообразного напряжения. Одновременно в моменты, когда выходное напряжение генератора 8 пилообразного напряжения равно нулю, с второго выхода генератора пилообразного напряжения на управляющий вход измерительного преобразователя 10 термо-ЭДС подаётся сигнал на подключение измерительного преобразователя термо-ЭДС параллельно термобатарее 7. В эти моменты времени токовая цепь термобатареи 7 разорвана, и величина ;термо-ЭДС, возникающей на термоэлементах, определяется по формуле - E--6(Tr-T,)oLT, где б( - коэффициент дифференциальной ермо-ЭДС, Ё/к; т - температура горячего спая термобатареи, к; Т - температура холодного спая термобатареи, К. , . Любые возмущения, наьпример изменение температуры окружающей среды, изменение условий тештосброса и т.д. приводят к изменению Тр или Ту, что в свою очередь вызывает отклонение термо-ЭДС Е от расчетного значения Е з,ад Сигнал с выхода измерительного преобразователя 10 термо-ЭДС запоминается S блоке 11 памяти. Выходной сигнал блока 11 памяти соответствует текущим значениям термо-ЭДС, генерируемой на термобатарее 7 в моменты, когда сигнал генератора пилообразного напряжения равен нулю. Выходной сигнал блока 11 памяти подается на вход масштабирующего усилителя 9, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный разности подается: на третий вход порогового элемента 5. Пороговый элемент 5 предназначен для формирования широтно-модулированного сигнала, относительная длительность которого определяется величиной двух сигналов, один из которых поступает на первый вход порогового элемента и соответствует отклонению температуры термостатируемого объема от заданного уровня, а второй подается на третий вход порогового элемента и соответствует отклонению термо-ЭДС от заданного уровня. Выходной сигнал с порогового элемецта имеет относительную длительность©и и1Ьи, где k - длительность импульса тока -fcp - длительность периода. ,5. Выходной При сигнал с порогового элемента 5 подается на усилитель .6 мощности, формирующий импульсный ток, протекающий через термобатарею, причем относительная длительность импульсов, и, следовательно, среднее значение тока через батареи зависит и от величины сигнала отклонения температуры термостатируемого объема, и от величины термо-ЭДС, возникающей между горячим и холодным спаями.

Таким образом, канал регулг1рования по возмущению чувствителен к возмущению любой физической природы, что обеспечивает высокую точность термостатирования. Кроме того, надежность устройства повышается, так как в случае выхода из строя датчика температуры процесс термостатировани не нарушается. Регулирование температуры происходит за счет канала по возмущению. Формула изобретения Термоэлектрическое термостатирующее устройство, содержащее элемент сравнения, к первому и второму входам которого подключены соответственно датчик и задатчик температуры, а к выходу через усилитель подключен пер,вый вход порогового элемента,.- к выходу которого через усилитель мощности подключена термобатарея, а так же t масштабирующий усилитель и гейератор пилообразного напряжения, подключенный первым выходом к второму входу порогового элемента, с третьим вхо- . дом которого соединен выхОд масштабирующего усилителя, отличающ ве с я тем, что, с целый увеличения точности и надежности устройства,оно содержит последовательно включенные измерительный преобразователь термоЭДС термобатареи и блок памяти, причем управляющий вход измерительного преобразователя соединен с вторым выходом генератора пилообразного на|Пряжения а выход блока памяти соединен с входом масштабирующего усилителя. Источники информации, тринятые во внимание при экспертизе 1.Цветков Ю.Н., Аксенов С.С., Шумман В.М. Судовые термоэлектричесше охлаждающие устройства. Л., Судостроение, 1972, с.154-157. 2.Авторское свидетельство СССР /394763, кл. G 05 D 23/19, 1973 прототип).