PL170473B1 - Układ do regulacji temperatury i pomiaru natężenia strumienia cieplnego - Google Patents

Abstract

Układ do regulacji temperatury i pomiaru natężenia strumienia cieplnego, zawierający mostek oporowy, znamienny tym, że w gałęzi mostka z elementem czynnym (G) o rezystancji zależnej odjego temperatury włączonajestszeregowo dioda (D), przy czym równolegle do elementu czynnego (G) włączone jest źródło napięcia (M) i klucz (K) połączony jednocześnie z wyjściem komparatora (A), którego nieodwracające wejście połączone jest z maską układu a wejście odwracające z węzłem wyjściowym mostka i poprzez kondensator (C) z wyjściem komparatora (A), przy czym wjedną z gałęzi włączony jest opornik nastawny (N) a do wyjścia komparatora (A) przyłączonyjest miernik częstotliwości (H) wykorzystany jako precyzyjny miernik średniej mocy prądu elektrycznego.

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do regulacji temperatury i pomiaru natężenia strumienia cieplnego stosowany, zwłaszcza w elektrycznych urządzeniach grzewczych, termostatach, anemometrach i kalorymetrach.

Znanych jest szereg układów do stabilizacji temperatury elementu grzejnego. W najprostszej wersji w pobliżu elementu grzejnego umieszczony jest czujnik temperatury zasilany z własnego źródła energii, stanowiący element pętli sprzężenia zwrotnego oddziaływującego na zasilanie elementu grzejnego. Układ taki posiada dużą bezwładność, a tym samym małą dokładność. W celu podniesienia dokładności pomiaru temperatury czujnik stanowi element mostka oporowego.

Istota wynalazku polega na tym, że element grzejny zwany dalej elementem czynnym stanowi jednocześnie czujnik temperatury. Układ posiada w jednej z gałęzi mostka oporowego element o rezystancji zależnej od jego temperatury połączony szeregowo z diodą. Równolegle do elementu czynnego włączone jest źródło napięcia dużej mocy i klucz połączony jednocześnie z wyjściem komparatora, którego nieodwracające wejście połączone jest z masą układu a wejście odwracające z węzłem wyjściowym mostka i poprzez kondensator z wyjściem komparatora. W jedną z gałęzi włączony jest opornik nastawny do regulacji temperatury a do wyjścia komparatora przyłączony jest miernik mocy. Jako precyzyjny miernik mocy zastosowano miernik częstotliwości, ponieważ moc wydzielana w elemencie czynnym jest czerpana w postaci impulsów ze źródła o stałym napięciu w postaci impulsów o częstotliwości wprost proporcjonalnej do szybkości wymiany ciepła między elementem grzejnym a otoczeniem. Natężenie strumienia cieplnego pomiędzy elementem czynnym a jego otoczeniem określa się w oparciu o średnią moc dostarczaną do elementu czynnego.

Układ do regulacji temperatury i pomiaru natężenia strumienia cieplnego według wynalazku przedstawiony jest w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu do utrzymywania stałej temperatury w łaźni wodnej, zaś fig. 2 - schemat układu do pomiaru stężenia metanu w powietrzu.

Układ przedstawiony na fig. 1 zawiera mostek oporowy zasilany ze źródła prądu stałego małej mocy B o napięciu 5V, przy czym jedna gałąź składa się z grzałki G wykonanej z drutu oporowego, połączonej szeregowo z diodą D, zaś przyległą gałąź stanowi rezystor nastawny N. Równolegle do grzałki G włączone jest źródło prądu stałego dużej mocy M o napięciu 24V poprzez klucz K, przy czym węzeł mostka pomiędzy grzałką G a kluczem K jest połączony z masą układu. Klucz K stanowi przekaźnik, którego cewka połączona jest z wyjściem komparatora A przyłączonego poprzez wejście odwracające do drugiego węzła wyjściowego mostka.

170 473

Wyjście i wejście odwracające komparatora A połączone są poprzez kondensator C. Do wyjścia komparatora A przyłączony jest także miernik częstotliwości H, którego wskazania są wprost proporcjonalne do mocy czerpanej ze źródeł napięcia w celu utrzymania temperatury cieczy na zadanym poziomie. Przedstawiony układ utrzymuje zadaną temperaturę z dokładnością co najmniej 0,1°C w wyniku wydzielania impulsów w grzałce o stałej energii lecz o zmiennej częstotliwości, zależnej od szybkości odprowadzania ciepła z grzałki do cieczy. Przedstawiony układ służy do utrzymywania stałej, zadanej przez rezystor nastawny N temperatury cieczy, w której zanurzona jest grzałka G.

Układ przedstawiony na fig. 2 zawiera mostek zasilany ze źródła prądu stałego B o napięciu 5V, przy czym jedna gałąź zawiera spiralę X wykonaną z cienkiego drutu wolframowego, połączoną szeregowo z diodą D, zaś przyległa gałąź zawiera rezystor nastawny N. Równolegle do spirali X włączone jest źródło mocy M o napięciu 8V, poprzez klucz, który stanowi fototranzystor T o bazie połączonej optycznie z diodą świecącą przyłączoną do wyjścia komparatora A. Wejście odwracające komparatora A połączone jest z drugim węzłem wyjściowym mostka. Wyjście i wejście odwracające komparatora A połączone są poprzez kondensator C. Do wyjścia komparatora A przyłączony jest także miernik częstotliwości H. Przedstawiony układ służy do pomiaru stężenia metanu w powietrzu przepływającym przez zwężkę Z. W tym przypadku strumień przepływającego powietrza jest stały a strumień cieplny z grzałki do otoczenia zależy od stężenia metanu ponieważ ze wzrostem stężenia metanu przewodnictwo cieplne rośnie.

Działanie układu przedstawiono w oparciu o układ pokazany na fig. 1.

Mostek oporowy jest wzbudzany ze źródła napięcia B gdy dioda jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia, to jest gdy klucz mocy K jest rozwarty. Jeżeli mostek w tym stanie jest niezrównoważony, to kondensator C ładuje się, wskutek czego na wyjściu komparatora A pojawi się napięcie oddziaływujące na stan klucza K. Klucz K zacznie przewodzić gdy element czynny wystygnie poniżej żądanej temperatury. Gdy klucz K przewodzi dioda D polaryzuje się zaporowo, co powoduje przerwanie prądu wzbudzającego mostek i przerwanie ładowania kondensatora C. Grzałka G jest wtedy zasilana ze źródła napięcia M aż do całkowitego rozładowania kondensatora C i następnie otwarcia klucza K.

Częstotliwość doprowadzania impulsów do elementu czynnego zależy przede wszystkim od szybkości wymiany ciepła pomiędzy elementem czynnym a otoczeniem, a zatem na przykład od szybkości przepływu płynu, zmian ciśnienia, przewodnictwa cieplnego czy innych zmian parametrów ośrodka otaczającego element czynny.

Układ ma zastosowanie zarówno w utrzymywaniu stałej lub zaprogramowanej temperatury, na przykład w termostatach, komorach badań cieplnych, piecach i urządzeniach grzewczych, jak też do pomiarów wykorzystujących zmiany warunków cieplnych, to jest anemometrach, próżniomierzach czy katarometrach. Układ może mieć także zastosowanie do dokładnych pomiarów wartości ciepła właściwego, ciepła przemian fazowych i reakcji chemicznych.

170 473

Fig. 1

X Z

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Układ do regulacji temperatury i pomiaru natężenia strumienia cieplnego, zawierający mostek oporowy, znamienny tym, że w gałęzi mostka z elementem czynnym (G) o rezystancji zależnej od jego temperatury włączona jest szeregowo dioda (D), przy czym równolegle do elementu czynnego (G) włączone jest źródło napięcia (M) i klucz (K) połączony jednocześnie z wyjściem komparatora (A), którego nieodwracające wejście połączone jest z maską układu a wejście odwracające z węzłem wyjściowym mostka i poprzez kondensator (C) z wyjściem komparatora (A), przy czym w jedną z gałęzi włączony jest opornik nastawny (N) a do wyjścia komparatora (A) przyłączony jest miernik częstotliwości (H) wykorzystany jako precyzyjny miernik średniej mocy prądu elektrycznego.