Opis patentowy opublikowano: 1988 07 15 129 589 CZYitLNlA fil**} !**••»«¦ li l*w*i Int. Cl.8 G05D 23/27 Twórcy wynalazku: Leon Zaba, Wladyslaw Kucia Uprawniony z patentu: Osrodek Badawczo-Ptozwojowy Przemyslu Budowy Urzadzen Chemicznych „CEBEA", Kraków (Polska) Laboratoryjny zespól termostatyczny Przedmiotem* wynalazku jest laboratoryjny ze¬ spól termostatyczny przeznaczony glównie do prac przy których wymagana jest wysoka stabilnosc temperatury na przyklad do sprawdzania urzadzen do pomiaru temperatury metoda porównawcza z dokladnoscia ±0,005°K.Znane rozwiazania zespolów termostatycznych zawierajace regulator temperatury, uklad zasilaja¬ cy oraz bloki termiczne na rózne zakresy tempe¬ ratury, oparte sa na zasadzie nierównowagi ukladu wejsciowego, którym jest mostek Wheatstone'a. Sy¬ gnal nierównowagi ukladu pomiarowego doprowa¬ dzany jest w nich na wejscie typowego wzmacnia¬ cza elektronicznego, Rozwiazanie takie zapewnia dokladnosc stabilizacja termicznej w bioku termi^ cznym w granicach ±0,1CK, co dla celów wymaga¬ jacych wyzszej dokladnosci, np. przy sprawdzaniu urzadzen do pomiaru temperatury jest niewystar¬ czajace.Celem wynalazku jest uzyskanie w bloku ter¬ micznym zespolu termostatycznego wysoko stabil¬ nej temperatury T ±0,005°K, umozliwiajacej pre¬ cyzyjne sprawdzanie urzadzen tenmoime't metoda porównawcza, wymagajaca niezmiennej temperatury w obszarze, w którym umieszczone sa czujniki sprawdzane i czujnik wzorcowy.Zajgadnieniem technicznym, jakie nalezalo rozwia¬ zac dla osiagniecia tego celu bylo skonstruowanie ukladu pomiarowo-regulacyjnego reagujacego na wahania temperatury wielkosci 0,001°K.Cel wynalazku zostal osiagniety dzieki zespolowi termostatycznemu skladajacemu sie z termoregula¬ tora elektronicznego oraz dwóch bloków termicz¬ nych. W termoregulatorze zastosowany jest galwa- 5 nometr lusterkowy jako detektor sygnalu uchybu regulacji oraz przekaznik fotoelektryczny w postaci mostka Wheatstone'a z fotorezystor eun w jednej z jego galezi. Gailwanometr lusterkowy sprzezony jest za posrednictwem strumienia swiatla z prze- 10 kazniklem fotoelektrycznym. Takie nowe polacze¬ nie znanych elementów dalo w efekcie czlon o wlasciwosciach wzmacniacza przerzutnikowego o bardzo duzej czulosci, bardzo duzym wspólczynni¬ ku wzmocnienia, bardzo wysokiej stabilnosci oraz 15 bardzo malej histerezie. Wszystkie te czynniki po¬ zwolily uzyskac nie spotykana dotychczas mozli¬ wosc stabilizacji temperatury bloku termicznego na zadanej wysokosci w granicach nie przekracza¬ jacych ±0,005°IK. Tym samym zostaly stworami 20 warunki techniczne do sprawdzania urzadzen ter- mometrycznych z duza dokladnoscia w szerokim zakresie temperatury.Przedmiot wynalazku ukazany jest w przykladzie ^ wykonania na schemacie, z którego wynika, ze pod* stawowymi czesciami skladowymi opisanego nizej laboratoryjnego zespolu termostatycznego na zakres temperatury od 193°K do 453°K sa: termoregulator elektroniczny oraz blok termiczny. Termoregula- M tor jest dwustawnym regulatorem elektronicznym 129 589129 589 3 z wyjsciem w postaci tyrystorowego sterownika mocy pradu przemiennego.Uklad wejsciowy regulatora stanowi mostek Wheatstone'a 2 w galeziach którego znajduja sie: .rezystor termometryczny RT umieszczony w obiek¬ cie regulowanym, jakim jest blok termiczny 6, re¬ zystory "Ei, Eg stanowiace stale galezi mostka, wie¬ lostopniowy nastawnik N wielkosci regulowanej.Mostek 2 zasilany jest napieciem stalym z zasila¬ cza stabilizowanego 1. Kolejnym czlonem termo¬ regulatora jest galwanometr lusterkowy 4 o stalej C = 4,9-^15,0.10—• A/dz. Stanowi on detektor sy¬ gnalu uchybu regulacji Xw ukladu wejsciowego.W galwanometrze zamontowany jest w oslonie ze szczelina o szerokosci 0,2 mm, fotorezystor Er. Ja¬ ko zabezpieczenie galwanometru lusterkowego slu¬ zy rezystor Elt. Z galwanometrem lusterkowym sprzezony jest uklad przekaznika fotoelektrycznego 3, który stanowi mostek Wheatstone^ zasilany na¬ pieciem przemiennym z transformatora Tri.W sklad ukladu przekaznika fotoelektrycznego wchodza rezystory E9 i R6 stanowiace stale ele¬ menty galezi mostka, rezystor Es sluzacy do usta¬ wiania równowagi mostka, rezystor E4 do regula¬ cji wartosci sygnalu Us oraz rezystor EF fotoelek- tryczny, umieszczony w galwanometrze 4. Sygnal Us nierównowagi mostka stanowi napiecie syn¬ chronizacji dla przesuwnika fazy 5 ukladu steruja¬ cego. Przesuwnik fazy ukladu sterujacego stanowi generator monostabilny o regulowanym czasie eks¬ pozycji, zbudowany w oparciu o uklad scalony przerzutnika monostalbilnego UCY 74121. Uklad ste¬ rujacy przesuwnika fazy zasilany jest napieciem przemiennym z transformatora Tri poprzez prosto¬ wnik dwupolówkowy Prl. Kondensator Clf diody Zenera Bi oraz rezystor R9 staonwia elementy sta¬ bilizujace zasilanie przesuwnika.Poza tym w sklad przesuwnika wchodza: Pr2 — prostownik napiecia synchronizacji Us, R9, D2 — e1eimenty ograniczajace i formujace napiecie syn¬ chronizacji, Eio, C2 — elementy ustalajace zakres kata przesuwnika fazowego, Cj — kondensator zapobiegajacy przypadkowemu wzbudzeniu sie ukladu, Er, — rezystor do regiu^cji kata przesuniecia fazowego, Eu — rezystor ogra¬ niczajacy skladowa stala -plynaca przez tran¬ zystor I, T, Ru — elementy tranzystorowego wzmacniacza impulsów prostokatnych, Tr2— tran¬ sformator sterujacy tyrystorami, D* D4 — diody polaryzujace impulsy sterujace. Z punktu widzenia przeznaczenia laboratoryjnego zespolu termostatycz¬ nego, postawowym jego czlonem jest blok termicz¬ ny 6. Kazdorazowo, w zaleznosci od temepratury zadanej, przykladowy zespól termostatyczny pra¬ cuje z jednym z dwu nawzajem zamiennych blo¬ ków termicznych. Jeden z nich przeznaczony jest na zakres temperatury 303°K—453°K, a drugi 193°K—303°K.W dazeniu do pelniejszego przedstawienia wyna-; lazku zostana Opisane blizej obydwa bloki, z któ¬ rych jeden ukazany jest schematycznie na rysun¬ ku. Glównym elementem konstrukcyjnym bloku termicznego na zakres temperatury 303°K—453°K jest walec miedziany. Na jego powierzchni cylin¬ drycznej jest nawiniete bifilarnie uzwojenie grzej¬ ne, wykonane z drutu oporowego w izolacji z wló¬ kien szklanych. W czolowej powierzchni walca, 5 równolegle do jego osi, nawiercone sa symetrycz¬ nie otwory pomiarowe nie zaznaczone na rysunku, oraz otwór do umieszczenia rezystora termome- trycznego ET wspólpracujacego z termoregulato¬ rem. 10 Do zaopatrzonej w otwory pomiarowe czolowej powierzchni walca miedzianego przymocowa¬ na jest glowica termoizolacyjna. Zewnetrzna oslone walca stanowi cylinder z blachy stalowej zamkniety obustronnie dwiema tekstolitowymi po- 15 krywami. Walec miedziany umieszczony jest w oslonie wspólosiowo i przymocowany do pokrywy dolnej za pomoca wspornika z materialu termoizo¬ lacyjnego, a do pokrywy górnej za pomoca wspom¬ nianej glowicy termoizolacyjnej. Przestrzen miedzy 20 walcem miedzianym a oslona z blachy wypelniona jest wata mineralna.Blok termiczny na zakres temperatury 193°K— 303°K wyposazony jest równiez w walec miedzia¬ ny, o konstrukcji identycznej z opisana wyzej z 25 tym, ze uzwojenie grzejne umieszczone jest w po¬ wloce olowianej, stanowiacej zabezpieczenie przed wilgocia. Walec miedziany umieszczony jest pozio- mo w niskotemperaturowej komorze chlodniczej zaopatrzonej w kaskadowy agregat sprezarkowy 30 oraz system regulacji temperatury. Walec zamoco¬ wany jest przednia czescia, w której sa otwory po¬ miarowe, w bocznej scianie komory. Czesc tylna walca, za posrednictwem wspornika termoizolacyj¬ nego, spoczywa na dnie komory. Polozenie walca 35 jest wspólosiowe z struga chlodzonego powietrza, wymuszona przez wentylator komory.Uzwojenia grzejne walców miedzianych bloków termicznych zasilane sa z tyrystorowego ukladu wyjsciowego regulatora. W sklad tego zasilacza ^ wchodza tyrystory Tyx i Ty2 pracujace w ukladzie przeciwsobnym. Tyrystory zabezpieczone sa bez¬ piecznikami Bt i B2. Uklad zalaczany jest wylacz¬ nikiem W. Zalaczenie ukladu sygnalizowane jest zapaleniem sie lampki sygnalizacyjnej L. Natezenie 45 pradu plynacego przez uzwojenia grzejne walca miedzianego w bloku termicznym kontrolowane jest za pomoca amperomierza A.Zespól termostatyczny bedacy przedmiotem ni¬ niejszego wynalazku dziala jak nastepuje: sygnal ^ uchybu regulacji Xw zbierany z przekatnej ukladu wejsciowego 2 regulatora podany jest na wejscie galwanometru lusterkowego 4 powodujac zmiane kata wychylenia organu ruchomego w nastepstwie czego nastepuje skierowanie strumienia swietlnego 55 na fotorezystor EF, umieszczony bezposrednio w galwanometrze, w oslonie ze szczelina 0,2 mm. Fo¬ torezystor Ef stanowi jedna z galezi mostka Wheatstone'a w przekazniku fotoelektrycznym 3.Stan równowagi tego mostka, ustalony jest za po- M moca rezystora R, przy nieoswietlonym fotore- zystorze Er.Oswietlenie fotorezystora Ep wywolane sygnalem uchybu regulacji Xw powoduje skokowe pojawie¬ nie sie sygnalu napieciowego Us, które po wypro- w stowaniu prostownikiem Pr2 i uformowaniu przez5 129 589 • ogranicznik R8 D2 stanowi napiecie synchronizacji dla przesuwnika fazy 5 ukladu sterujacego. Ufor¬ mowany sygnal synchronizacji powoduje wyzwole¬ nie impulsów prostokatnych podanych nastepnie na baze tranzystora T spelniajacego role wzmac¬ niacza. Plynacy impulsowo prad w obwodzie kolek¬ tora tranzystora T, w który wlaczone jest szere¬ gowo uzwojenie pierwotne transformatora steru¬ jacego Tr2, powoduje indukowanie w uzwojeniach wtórnych tego transformatora impulsów wyzwala¬ jacych podawanych na bramki tyrystorów Tyl i Ty2 ukladu wyjsciowego 7 regulatora, powodu¬ jac przeplyw pradu przez uzwojenie grzejne G na "walcu miedzianym B bloku termicznego 6.Natezenie pradu plynacego przez uzwojenie grzej¬ ne jest kontrolowane za pomoca amperomierza A» Wartosc natezenia tego pradu regulowana jest za posrednictwem rezystora R7 przesuwnika fazy 5.Ly PL