RU2142701C1

RU2142701C1 - Heated tray

Info

Publication number: RU2142701C1
Application number: SU5018432A
Authority: RU
Inventors: Леонид Степанович Герасимович; Михаил Александрович Прищепов; Анатолий Викторович Крутов; Анатолий Казимирович Кисель
Original assignee: Белорусский аграрный технический университет
Priority date: 1991-07-22
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 1999-12-20

Abstract

FIELD: processes for drying food and vegetable materials, hydroponics. SUBSTANCE: tray is in the form of casing and body on surface of which there are stripes of heat sensitive material with positive and negative heat resistance factors. Said stripes are arranged alternatively in pairs and they are connected with temperature regulator. Such circuit allows to strictly maintain predetermined temperature mode at bridge type connection of stripes. EFFECT: improved design. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике сушки пищевых и растительных материалов, например картофеля, овощей и фруктов, нарезанных в виде кусочков в плотном слое, а также к области гидропоники для поддержания требуемой температуры и контроля влажности почвы при проращивании саженцев растений. The invention relates to a technique for drying food and plant materials, for example, potatoes, vegetables and fruits, cut into slices in a dense layer, as well as to the field of hydroponics to maintain the required temperature and control soil moisture when germinating plant seedlings.

Известно устройство для сушки пищевых растительных материалов в слое, которое содержит сушильную камеру, конвейерные ленты, стальные оребренные трубы - калориферы, V-образные пластины, закрепленные с возможностью перемещения на держателях с помощью болтов и гаек /1/. A device for drying food plant materials in a layer that contains a drying chamber, conveyor belts, steel finned tubes - heaters, V-shaped plates fixed with the possibility of movement on the holders with bolts and nuts / 1 /.

Известно устройство для сушки зернообразных продуктов, содержащее сушильную камеру, расположенный в ней стеллаж, камеру подогрева воздуха с теплогенератором, вентилятор, транспортеры для выгрузки и загрузочное устройство /2/. A device for drying grain products containing a drying chamber, a rack located therein, an air heating chamber with a heat generator, a fan, conveyors for unloading and a loading device / 2 /.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является поддон с обогревом, содержащий корпус из двойных перегородок, которые образуют герметичную камеру, в которой находится нагревательная пластина? соединенная с регулятором, снабженным наружной системой подстройки /3/. The closest in technical essence to the proposed technical solution is a heating pan containing a body of double partitions that form a sealed chamber in which the heating plate is located? connected to a controller equipped with an external adjustment system / 3 /.

Основными недостатками указанных устройств является высокая их сложность, а также отсутствие контроля температуры и влажности высушиваемого продукта, что значительно снижает его качество и приводит к повышению энергоемкости процесса. The main disadvantages of these devices is their high complexity, as well as the lack of temperature and humidity control of the dried product, which significantly reduces its quality and leads to an increase in the energy consumption of the process.

Целью изобретения является повышение качества технологического процесса за счет более точного поддержания температуры поддона и обеспечения возможности контроля влажности термообрабатываемого материала. The aim of the invention is to improve the quality of the process by more accurately maintaining the temperature of the pallet and providing the ability to control the humidity of the heat-treated material.

Указанная цель достигается тем, что поддон с обогревом, содержащий защитный кожух и корпус, на поверхности которого с нижней стороны расположен электронагревательный элемент, соединенный с регулятором температуры, отличающийся тем, что с целью повышения качества технологического процесса поддон покрыт изоляционной стеклоэмалью, а нагревательный элемент выполнен поверхностно-распределенным в виде попарно-чередующихся полос из термозависимых резистивных материалов с положительным и отрицательным температурными коэффициентами сопротивления, при этом одноименные полосы соединены между собой последовательно, а разноименные полосы имеют общую точку и образуют смежные плечи измерительного моста, к которым через коммутирующее устройство подключен источник напряжения, противоположные плечи этого моста образованы уравновешивающими сопротивлениями, при этом в измерительную диагональ включен усилитель, к выходу которого подключен пороговый элемент и реле времени, выполненные, например, в виде электромагнитного реле, параллельно обмотке которого подключен электрический конденсатор, два нормально разомкнутых контакта этого реле по одному включены в цепи управления коммутирующего устройства и второго реле времени, выполненного также в виде электромагнитного реле, обмотка которого запитана от источника напряжения до коммутирующего устройства и параллельно которой подключен электрический конденсатор и переменный резистор, при этом нормально замкнутый контакт второго электромагнитного реле, в свою очередь, включен в цепь управления третьего реле времени, также подключенного к источнику напряжения до коммутирующего устройства, один из нормально разомкнутых контактов которого с выдержкой времени на замыкание обеспечивает его самоблокировку, а второй - блокировку коммутирующего устройства в отключенном состоянии. This goal is achieved in that the pan is heated, containing a protective casing and a housing, on the surface of which is located on the lower side an electric heating element connected to a temperature controller, characterized in that in order to improve the quality of the process the pan is covered with insulating glass and the heating element is made surface-distributed in the form of pairwise alternating strips of thermally dependent resistive materials with positive and negative temperature coefficients resistance, while the same-name strips are interconnected in series, and the opposite-stripe strips have a common point and form adjacent arms of the measuring bridge, to which a voltage source is connected through a switching device, the opposite shoulders of this bridge are formed by balancing resistances, while an amplifier is included in the measuring diagonal, to the output of which is connected to a threshold element and a time relay, made, for example, in the form of an electromagnetic relay, in parallel with the winding of which an electric capacitor, two normally open contacts of this relay are included one by one in the control circuit of the switching device and the second time relay, also made in the form of an electromagnetic relay, the winding of which is powered from a voltage source to the switching device and in parallel with which an electric capacitor and a variable resistor are connected, while normally closed contact of the second electromagnetic relay, in turn, is included in the control circuit of the third time relay, also connected to a voltage source a switching device, which is normally one of the time-delayed open contacts on circuit ensures its automatic block, and the second - the lock switching device in the off state.

На фиг.1 показана схема размещения нагревательных элементов на поддоне и принципиальная схема устройства, обеспечивающего регулирование заданной температуры поддона и контролирование влажности термообрабатываемого материала; на фиг. 2 представлен разрез с обогревом; на фиг.3 представлены осциллограммы, поясняющие работу устройства регулирования температуры и контролирования влажности, где 3 а) - изменение напряжения на катушке 16 первого электромагнитного реле; 3 б) - то же, на катушке 20 второго реле; 3 в) - то же, на катушке 25 третьего реле. Figure 1 shows the layout of the heating elements on the pallet and a schematic diagram of a device that provides control of the set temperature of the pallet and control the humidity of the heat-treated material; in FIG. 2 shows a section through heating; figure 3 presents oscillograms explaining the operation of the device for temperature control and humidity control, where 3 a) is the voltage change on the coil 16 of the first electromagnetic relay; 3 b) - the same on coil 20 of the second relay; 3 c) - the same on coil 25 of the third relay.

Предложенный поддон выполнен в виде металлического корпуса 1, покрытого со всех сторон стеклоэмалью 2, которая выполняет двойное функциональное назначение. Снаружи поддона она играет роль диэлектрика, изолирующего резистивное покрытие 3 от металлического корпуса 1. Защитный кожух 4 может быть выполнен как из металла, так и из любого другого материала. Изнутри стеклоэмаль 2 выполняет роль покрытия, защищающего металлический корпус 1 от агрессивного воздействия термообрабатываемой среды. Само резистивное покрытие 3 выполнено в виде попарно-чередующихся полос 5, 6 с различными температурными коэффициентами сопротивления (ТКС). Например, полосы 5 имеют положительный ТКС, а полосы 6 - отрицательный. При этом все полосы резистивного покрытия с одинаковыми ТКС соединены между собой последовательно электродами 7, имеющими электрическую проводимость гораздо более высокую, чем резистивное покрытие 3, что обеспечивает хороший токоподвод к резистивному покрытию 3 и исключает неравномерность температурного поля, вызываемую повышением плотности тока при изменении направления силовых линий тока. Полученные таким образом участки поверхностно-распределенного электронагревателя с разноименными ТКС соединены между собой таким же электродом 8 и образуют смежные плечи измерительного моста, который через коммутирующее устройство 9 подключен к источнику переменного напряжения U. Противоположные плечи измерительного моста образованы уравновешивающими резисторами: постоянным 10 и переменным 11. Измерительная диагональ моста соединена с входом усилителя 12, в качестве которого использован транзистор 13, в цепь базы которого включен переменный резистор 14. На выход усилителя 12 через диод 15 подключена катушка 16 электромагнитного реле, с нормально разомкнутыми контактами 17, 18, выполняющего роль порогового элемента. Параллельно катушке 16 реле подключен электрический конденсатор 19, обеспечивающий выдержку времени на отключение этого реле. Контакт 17 включен в цепь управления коммутирующего устройства 9, а контакт 18 - в цепь катушки управления 20 второго электромагнитного реле, имеющего контакт 21. Параллельно катушке 20 этого реле подключен электрический конденсатор 22, обеспечивающий выдержку времени на отключение этого реле, и переменный резистор 23, обеспечивающий регулирование выдержки времени. Катушка 20 электромагнитного реле подсоединена непосредственно к источнику напряжения через диод 24, без которого не будет происходить зарядка конденсатора 22, а следовательно, и обеспечиваться задержка отключения второго реле. Через его нормально разомкнутый контакт 21 к источнику напряжения подсоединена катушка управления реле времени, имеющего три нормально разомкнутых контакта с выдержкой времени на замыкание 26, 27, 28, включенных соответственно в цепь управления коммутирующего устройства 9, в цепь сигнальной лампочки 29, указывающей на окончание процесса сушки и в цепь катушки управления 25 реле времени, обеспечивающей его самоблокировку. Устройство имеет также еще одну сигнальную лампочку 30, включенную после коммутатора 9 и обеспечивающую сигнализацию проведения процесса сушки путем питания. The proposed pallet is made in the form of a metal casing 1, covered on all sides with glass enamel 2, which performs a dual functional purpose. Outside the pallet, it plays the role of a dielectric insulating the resistive coating 3 from the metal casing 1. The protective casing 4 can be made of metal or any other material. From the inside, glass enamel 2 acts as a coating that protects the metal housing 1 from the aggressive effects of the heat-treated medium. The resistive coating 3 itself is made in the form of pairwise alternating strips 5, 6 with different temperature resistance coefficients (TCS). For example, bands 5 have a positive TCS, and bands 6 have a negative. Moreover, all the bands of the resistive coating with the same TCS are interconnected in series by electrodes 7 having an electrical conductivity much higher than the resistive coating 3, which provides a good current supply to the resistive coating 3 and eliminates the unevenness of the temperature field caused by the increase in current density when changing the direction of the power streamlines. The thus obtained sections of the surface-distributed electric heater with dissimilar TCS are interconnected by the same electrode 8 and form adjacent shoulders of the measuring bridge, which is connected through the switching device 9 to an alternating voltage source U. The opposite shoulders of the measuring bridge are formed by balancing resistors: constant 10 and variable 11 The measuring diagonal of the bridge is connected to the input of the amplifier 12, which is used as a transistor 13, in which resistor 14. The output of the amplifier 12 through the diode 15 is connected to the coil 16 of the electromagnetic relay, with normally open contacts 17, 18, acting as a threshold element. In parallel to the coil 16 of the relay, an electric capacitor 19 is connected, which provides a delay time for turning off this relay. Contact 17 is included in the control circuit of the switching device 9, and contact 18 is in the circuit of the control coil 20 of the second electromagnetic relay having contact 21. In parallel with the coil 20 of this relay, an electric capacitor 22 is connected, which provides a time delay for the relay to turn off, and a variable resistor 23, providing regulation of time delay. The coil 20 of the electromagnetic relay is connected directly to the voltage source through the diode 24, without which the charging of the capacitor 22 will not occur, and therefore, a delay in the shutdown of the second relay will be provided. Through its normally open contact 21, a time relay control coil is connected to the voltage source, which has three normally open contacts with a delay time of 26, 27, 28, respectively included in the control circuit of the switching device 9, in the signal lamp circuit 29, indicating the end of the process drying and in the circuit of the control coil 25 time relay, providing its self-locking. The device also has another signal light 30, turned on after the switch 9 and provides an alarm for the drying process by feeding.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

Продукт равномерным слоем распределяют на поддоне, а на электронагреватель через коммутирующее устройство 9 подают напряжение. При этом в измерительной диагонали моста сигнал ΔU (фиг.1) имеет наименьшее значение, так как балансировка измерительного моста проводится в холодном состоянии поддона, с помощью переменного резистора 14. По мере нагрева поддона этот сигнал ΔU увеличивается, так как изменяются сопротивления смежных плеч измерительного моста вследствие наличия ТКС. Попадая на вход транзисторного усилителя 12, усиливается и подается через диод 15 на катушку 16 первого электромагнитного реле. Достигнув напряжения срабатывания, первое реле замыкает свой контакты 17, 18 и тем самым отключает электронагреватель поддона от источника напряжения и запитывает катушку 20 второго электромагнитного реле. Контакты 17, 18 реле будут замкнуты до тех пор, пока не произойдет разрядка конденсатора 19 на катушку 16 до напряжения отключения первого реле. При этом контакт 17 разомкнется и обеспечит подачу напряжения через коммутатор 9 на электронагреватель поддона. Далее время подключения τ_вкл (фиг.3а) электронагревателя к источнику напряжения, а соответственно и к катушке 16 будет определяться снижением температуры поддона за время отключенного состояния τ_откл (фиг. 3а), которое будет для каждого цикла работы электронагревателя постоянным, так как определяется значением емкости конденсатора 19 и сопротивлением катушки 16. При этом диод 15 обеспечивает разрядку конденсатора 19 только на катушку 16, тем самым увеличивая как можно больше это время при определенной величине емкости конденсатора 19. Таким образом, подключая электронагреватель к источнику напряжения и отключая от источника на определенное время, обеспечивается регулирование температуры поддона. При этом время подключения τ_вкл будет определяться снижением температуры поддона или потерей им количества теплоты за промежуток времени τ_откл. На контролировании величины времени этого подключения τ_вкл основано контролирование влажности продукта. Нормально разомкнутый контакт 18, замыкаясь, запитывает катушку 20 второго электромагнитного реле. Второе электромагнитное реле, срабатывая через свой контакт 21, запитывает катушку управления 25 реле времени, которое начинает отсчет времени на замыкание своих контактов 26, 27, 28. Второе реле будет находиться во включенном состоянии до тех пор, пока замкнут контакт 18, первого электромагнитного реле, плюс еще время τ_раз (фиг.3б), в течение которого будет происходить разряд конденсатора 22 на катушку 20 и переменный резистор 23 до напряжения отключения второго электромагнитного реле. Если это время τ_раз будет меньше времени подключенного состояния электронагревателя к источнику питания τ_вкл, то катушка 25 реле времени обесточится и произойдет сброс начала отсчета реле времени на замыкание контактов. Время τ_раз, в течение которого будет происходить разрядка конденсатора 22, регулируется с помощью резистора 23. Увеличение значения этого сопротивления и приводит к увеличению времени разрядки конденсатора. Регулирование времени τ_раз проводится при расположенном на поддоне продукте с заданной влажностью, определенным равномерным слоем и при заданном температурном режиме поддона задаваемым резистором 14 путем изменения коэффициента усиления транзистора 13. Плавно уменьшая сопротивление переменного резистора 23, при указанных условиях добиваются самоблокировки реле времени. Затем таким же слоем загружают термообрабатываемый продукт и начинают процесс термообработки, который будет продолжаться до тех пор, пока влажность этого продукта не уменьшится до влажности того продукта при котором производилось регулирование. Сброс начала отсчета времени на замыкание контактов произойдет в том случае, если термообрабатываемый продукт имеет влажность большую, чем она была задана, так как в этом случае затрачивается значительное количество теплоты на ее испарение. Если же продукт будет иметь влажность, равную или меньшую заданной, то τ_вкл будет меньше τ_раз, тогда катушка 20 не отключится и соответственно не произойдет сброс начала отсчета реле времени. Повторение такого цикла хотя бы два раза приведет к срабатыванию реле времени (так как время его выдержки на срабатывание на два начальных цикла работы поддона τ_выд≥ 2τ_ц, где τ_ц= τ_вкл+τ_откл) (фиг.3в). Реле времени своими контактами 26, 27, 28, соответственно, блокирует коммутирующее устройство 9 в отключенном состоянии, включает сигнальную лампочку 29, а также самоблокируется.The product is evenly distributed on a pallet, and voltage is supplied to the electric heater through a switching device 9. Moreover, in the measuring diagonal of the bridge, the signal ΔU (Fig. 1) has the least value, since the balancing of the measuring bridge is carried out in the cold state of the pallet, using a variable resistor 14. As the pallet heats up, this signal ΔU increases, since the resistances of the adjacent arms of the measuring bridge due to the presence of TCS. Once at the input of the transistor amplifier 12, it is amplified and fed through a diode 15 to the coil 16 of the first electromagnetic relay. Having reached the operating voltage, the first relay closes its contacts 17, 18 and thereby disconnects the pallet's electric heater from the voltage source and energizes the coil 20 of the second electromagnetic relay. The relay contacts 17, 18 will be closed until the capacitor 19 is discharged to the coil 16 until the first relay disconnects. In this case, the contact 17 will open and provide a voltage supply through the switch 9 to the pallet electric heater. Next, the connection time τ _on (3a) of the electric heater to a voltage source and, accordingly, the coil 16 will be determined by temperature reduction of the pallet during the OFF τ _off (FIG. 3a), which is for each cycle of the constant electric heater, as determined by the value of the capacitance of the capacitor 19 and the resistance of the coil 16. In this case, the diode 15 provides the discharge of the capacitor 19 only to the coil 16, thereby increasing as much as possible this time with a certain value of the capacitance of the capacitor 19. Thus azom connecting to the electric voltage source and disconnecting from the source at a specific time, provided the tray temperature control. At the same time, the connection will be determined by τ _incl reduction pan temperature or amount of heat lost to them for a period of time τ _off. The control of the product’s humidity is based on controlling the time value of this connection τ _on . Normally open contact 18, closing, energizes the coil 20 of the second electromagnetic relay. The second electromagnetic relay, acting through its contact 21, energizes the control coil 25 of the time relay, which starts counting the time to close its contacts 26, 27, 28. The second relay will remain on until contact 18 of the first electromagnetic relay is closed , plus another time τ _times (figb), during which the discharge of the capacitor 22 to the coil 20 and the variable resistor 23 to the disconnection voltage of the second electromagnetic relay. If this time τ _times will be less than the time of the connected state of the electric heater to the power supply τ _on , then the coil 25 of the time relay will be de-energized and the reference of the time relay for closing the contacts will be reset. The time τ _times during which the discharge of the capacitor 22 will occur is controlled by a resistor 23. An increase in the value of this resistance leads to an increase in the discharge time of the capacitor. Time regulation is performed τ _times when the product is located on the pallet with a given moisture content, a certain uniform layer, and at a given temperature regime of the pallet, a resistor 14 can be set by changing the gain of the transistor 13. By gradually reducing the resistance of the variable resistor 23, under these conditions, the time relay will self-lock. Then the heat-treated product is loaded with the same layer and the heat treatment process is started, which will continue until the moisture content of this product decreases to the moisture content of the product at which the regulation was carried out. The reset of the reference time for contact closure will occur if the heat-treated product has a humidity higher than it was set, since in this case a significant amount of heat is spent on its evaporation. If the product has a humidity equal to or less than the specified value, then _on will be less than τ _times , then the coil 20 will not turn off and, accordingly, the timer will not reset. The repetition of this cycle at least twice will trigger the timer relay (since the time of its exposure to operation on two initial cycle of the tray T _vyd ≥ 2τ _p, where T _p = T _ON + T _OFF) (Figure 3B). The time relay, with its contacts 26, 27, 28, respectively, blocks the switching device 9 in the off state, turns on the signal light 29, and also self-locks.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает поддержание температурного режима, а также контролирование влажности термообрабатываемого продукта, что при проведении его сушки значительно снижает энергозатраты процесса, а при подогреве продукта дает информацию о его влажности. Thus, the present invention provides for maintaining the temperature regime, as well as controlling the humidity of the heat-treated product, which during drying significantly reduces the energy consumption of the process, and when heated, the product gives information about its humidity.

В случае использования предлагаемого поддона в качестве поддона для размещения рассады обеспечивается поддержание необходимого температурного и влажностного режимов почвы, что приводит к лучшему развитию рассады. In the case of using the proposed pallet as a pallet for placement of seedlings, the necessary temperature and humidity conditions of the soil are maintained, which leads to better development of seedlings.

Claims

1. A heated pan containing a protective casing and a housing on the surface of which there is an electric heating element connected to a temperature regulator, characterized in that the pan is covered with insulating glass enamel, and the heating element is surface-distributed in the form of alternating strips of thermally dependent resistive pairs materials with positive and negative temperature coefficients of resistance.

2. The pallet according to claim 1, characterized in that the heater bands of the same name are connected together in series, and the opposite ones on one side are connected to each other and are the arms of the measuring bridge, to which a voltage source is connected through the switching device of the temperature controller, and as opposite arms bridge connected balancing resistance.

3. The pallet according to claims 1 and 2, characterized in that an amplifier is included in the measuring diagonal of the bridge, to the output of which is connected a control unit made in the form of a threshold element and three time relays, an electric capacitor is connected in parallel to the winding of the first of them, two are parallel open the contacts of this relay are included one by one in the control circuit of the switching device and the second time relay, the winding of which is powered from the voltage source to the switching device and in parallel with which is connected an electric condensation a torus and a variable resistor, while the normally closed contact of the second relay is included in the control circuit of the third time relay, also connected to a voltage source to the switching device, one of the normally open contacts of which is turned on with a delay time for closing and self-locking of the switching device in the off state.

4. The pallet according to claim 3, characterized in that the time relay is made in the form of electromagnetic relays.