RU2328708C1 - Compact zero-thermostat with regulated thermal current - Google Patents

Compact zero-thermostat with regulated thermal current Download PDF

Info

Publication number
RU2328708C1
RU2328708C1 RU2007101001/28A RU2007101001A RU2328708C1 RU 2328708 C1 RU2328708 C1 RU 2328708C1 RU 2007101001/28 A RU2007101001/28 A RU 2007101001/28A RU 2007101001 A RU2007101001 A RU 2007101001A RU 2328708 C1 RU2328708 C1 RU 2328708C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylindrical chamber
junction
lower base
thermal conductivity
high thermal
Prior art date
Application number
RU2007101001/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Тагир Абдурашидович Исмаилов (RU)
Тагир Абдурашидович Исмаилов
Гарун Иль сович Аминов (RU)
Гарун Ильясович Аминов
Александр Александрович Губа (RU)
Александр Александрович Губа
Original Assignee
Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) filed Critical Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту)
Priority to RU2007101001/28A priority Critical patent/RU2328708C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2328708C1 publication Critical patent/RU2328708C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measuring techniques.
SUBSTANCE: zero-thermostat consists of an external cylindrical case, made from material with high thermal conductivity. A thermo-electric module is joined to the upper base on the inner side by a hot junction. The cold junction of the thermoelectric module is in good thermal contact with the cylinder case, made from material with high thermal conductivity. Inside the case, there is distilled water, a solid and liquid phase section. A ring shaped bob floats freely in the liquid phase, with surface made from material that can not be washed away by water. At the centre of the bob, there is a reference junction of a differential thermocouple, which should be kept at 0°C. The reference junction of the thermocouple is fixed to the centre of the bob by two thin caproic threads. The quantity of heat, taken to the lower base of the cylindrical case, is regulated through the action of a fan with an adjustable speed of rotation, fixed to the upper base of the external cylindrical case, which allows for maintaining the position of the borders of the phase section on a given level.
EFFECT: increased accuracy of temperature control of reference junctions of differential thermocouples, longer period of continuous operation.
2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам термостатирования контрольных спаев дифференциальных термопар.The invention relates to measuring equipment, in particular to a thermostating device for control junctions of differential thermocouples.

В промышленности и лабораторной практике для дистанционного измерения температуры обычно используются дифференциальные металлические термопары. Как известно, дифференциальная термопара имеет так называемый контрольный спай, который должен находиться при постоянной температуре. Обычно для удобства отсчета значений измеряемой температуры контрольные спаи термопар помещают в тающий лед, имеющий температуру 0°С.In industry and laboratory practice, differential metal thermocouples are commonly used for remote temperature measurements. As is known, a differential thermocouple has a so-called control junction, which should be at a constant temperature. Usually, for the convenience of reading the values of the measured temperature, the control junctions of the thermocouples are placed in melting ice having a temperature of 0 ° C.

В ряде случаев, применение тающего льда сопряжено с определенными эксплуатационными неудобствами. В связи с этим разработано несколько вариантов термоэлектрических нуль-термостатов, которые обеспечивают поддержание температуры на уровне 0°С.In some cases, the use of melting ice is associated with certain operational inconveniences. In this regard, several versions of thermoelectric zero thermostats have been developed that ensure that the temperature is maintained at 0 ° C.

Известна конструкция нуль-термостата, автоматическое поддержание температуры внутри рабочей камеры которого осуществляется специальной схемой двухпозиционного регулирования, температурным датчиком которой является малогабаритное ртутное реле [1]. Недостатком данного устройства является то, что точность регулировки температуры зависит от точности датчика, а также сложность конструкции и электрической схемы.A known design of a null thermostat, the automatic maintenance of the temperature inside the working chamber of which is carried out by a special on-off control circuit, the temperature sensor of which is a small-sized mercury relay [1]. The disadvantage of this device is that the accuracy of temperature control depends on the accuracy of the sensor, as well as the complexity of the design and electrical circuit.

Известно термоэлектрическое устройство с более высокой точностью [1]. Автоматическое поддержание температуры на уровне 0°С в этом приборе основано на изменении объема воды при ее замерзании. Это изменение объема регистрируется высокочувствительным контактным реле, включенным в схему управления, аналогичную той, что используется в предыдущем устройстве. Недостатки: сложная схема управления; сложная конструкция устройства; большие габариты.Known thermoelectric device with higher accuracy [1]. Automatic maintenance of temperature at 0 ° C in this device is based on a change in the volume of water when it freezes. This change in volume is recorded by a highly sensitive contact relay included in the control circuit, similar to that used in the previous device. Disadvantages: complex control scheme; complex device design; large dimensions.

Достаточно удачным решением является подход, при котором контрольный спай дифференциальной термопары размещается на границе раздела твердой и жидкой фазы вещества.A fairly successful solution is the approach in which the control junction of the differential thermocouple is located at the interface between the solid and liquid phases of the substance.

Малогабаритный прецизионный нуль-термостат [2], реализующий указанный подход, состоит из двустенной цилиндрической камеры, внутренний объем которой заполнен дистиллированной водой. Термоэлектрический модуль, закрепленный холодным спаем к верхнему основанию камеры и подводящий тепло от горячего спая посредством тепловода к нижнему основанию, используется для образования твердой и жидкой фаз воды и их границы раздела во внутреннем объеме. Подвод контрольного спая дифференциальной термопары к границе раздела твердой и жидкой фаз осуществляется с помощью поплавковой конструкции.The small-sized precision zero-thermostat [2] implementing this approach consists of a double-walled cylindrical chamber, the internal volume of which is filled with distilled water. The thermoelectric module, fixed by a cold junction to the upper base of the chamber and supplying heat from the hot junction by means of a heat pipe to the lower base, is used to form the solid and liquid phases of water and their interface in the internal volume. The reference junction of the differential thermocouple is brought to the interface between the solid and liquid phases using a float design.

Недостатком конструкции является зависимость положения границы раздела фаз от точности конструктивного исполнения устройства, температуры, влажности и других параметров окружающей среды, что способствует смещению со временем границы раздела фаз за допустимые пределы и приводит к ограничению срока непрерывной эксплуатации нуль-термостата в связи с полным замораживанием/расплавлением рабочего вещества (дистиллированной воды) во внутреннем объеме цилиндрической камеры.The design disadvantage is the dependence of the phase boundary position on the accuracy of the device design, temperature, humidity and other environmental parameters, which contributes to the displacement of the phase boundary beyond the permissible limits with time and limits the term of continuous operation of the null thermostat due to complete freezing / melting of the working substance (distilled water) in the internal volume of the cylindrical chamber.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков. Для достижения указанной цели предлагается прецизионный малогабаритный нуль-термостат, конструкция которого приведена на фиг.1. Устройство состоит из внешней цилиндрической камеры 1, выполненной из материала с высокой теплопроводностью, к верхнему основанию которой с внутренней стороны горячим спаем присоединен термоэлектрический модуль 2. Холодный спай термоэлектрического модуля 2 находится в хорошем тепловом контакте с внутренней цилиндрической камерой 3, выполненной из материала с высокой теплопроводностью, у которой боковая стенка обладает эластичностью за счет небольшой толщины. Внутри камеры 3 находится дистиллированная вода 4, разделенная границей раздела фаз 5 на твердую и жидкую фазы, где в жидкой фазе свободно плавает кольцеобразный поплавок 6, поверхность которого изготовлена из материала, не смачиваемого водой. В центре поплавка расположен контрольный спай дифференциальной термопары 7, который необходимо выдерживать при температуре 0°С. Выводы контрольного спая термопары 7 через специальное уплотнение 8 выведены наружу из устройства. Крепление контрольного спая термопары 7 в центре поплавка 6 осуществляется посредством двух тонких капроновых ниток 9, закрепленных своими концами на самом поплавке и пересекающихся в его центре (фиг.2). Вентилятор 10 крепится к верхнему основанию внешней цилиндрической камеры.The aim of the invention is to eliminate the above disadvantages. To achieve this goal, a precision small-sized zero-thermostat is proposed, the design of which is shown in figure 1. The device consists of an external cylindrical chamber 1 made of a material with high thermal conductivity, the thermoelectric module 2 is attached to the upper base of the inner junction from the hot junction 2. The cold junction of the thermoelectric module 2 is in good thermal contact with the inner cylindrical chamber 3 made of a material with high thermal conductivity, in which the side wall has elasticity due to the small thickness. Inside the chamber 3 there is distilled water 4, divided by a phase boundary 5 into solid and liquid phases, where an annular float 6 freely floats in the liquid phase, the surface of which is made of a material not wetted by water. In the center of the float is a control junction of the differential thermocouple 7, which must be maintained at a temperature of 0 ° C. The findings of the control junction of the thermocouple 7 through a special seal 8 brought out of the device. The control junction of the thermocouple 7 is fastened in the center of the float 6 by means of two thin nylon threads 9 fixed at their ends on the float and intersecting at its center (Fig. 2). The fan 10 is attached to the upper base of the outer cylindrical chamber.

При включении питания термоэлектрического модуля 2 начинается процесс замерзания воды в тонкостенной цилиндрической камере 3 и образуется граница раздела фаз 5 замерзшей и незамерзшей воды. Выталкивающая сила, действующая на поплавок 6, прижимает последний к границе раздела фаз 5, в результате чего поплавок находится в зоне замерзания (таяния) воды (т.е. при 0°С). Тепловая энергия, выделяемая на горячем спае термоэлектрического модуля 2, через стенки внешней цилиндрической камеры 1 передается на нижнее основание тонкостенной цилиндрической камеры 3. В результате работы термоэлектрического модуля происходит нагрев воды 4 в камере 3 с одной стороны (снизу) и охлаждение с другой стороны (сверху). Вследствие этого, в камере 3 постоянно присутствует граница раздела фаз 5, и контрольный спай 7 дифференциальной термопары постоянно находится при температуре таяния льда, т.е. 0°С. Увеличение объема дистиллированной воды 4 в результате фазового перехода компенсируется упругими стенками камеры 3.When the power of the thermoelectric module 2 is turned on, the process of freezing water in a thin-walled cylindrical chamber 3 begins and a phase boundary 5 of frozen and unfrozen water is formed. The buoyant force acting on the float 6 presses the latter against the phase boundary 5, as a result of which the float is in the freezing (melting) zone of the water (i.e., at 0 ° C). The thermal energy released on the hot junction of the thermoelectric module 2 is transmitted through the walls of the outer cylindrical chamber 1 to the lower base of the thin-walled cylindrical chamber 3. As a result of the thermoelectric module, water 4 is heated in chamber 3 on one side (bottom) and cooled on the other side ( on top). As a result of this, a phase boundary 5 is constantly present in chamber 3, and the control junction 7 of the differential thermocouple is constantly located at the ice melting temperature, i.e. 0 ° C. The increase in the volume of distilled water 4 as a result of the phase transition is compensated by the elastic walls of the chamber 3.

Количество теплоты, подводимой к нижнему основанию цилиндрической камеры регулируется посредством действия вентилятора 10 с изменяемой скоростью вращения. Скорость вращения вентилятора 10 рассчитывается таким образом, чтобы при температуре окружающей среды +25°С граница раздела фаз 5 находилась в геометрическом центре внутренней цилиндрической камеры 3. При смещении границы раздела фаз 5 вдоль вертикальной оси, вызванном изменением параметров окружающей среды, изменяется скорость вращения вентилятора 10, что приводит к изменению количества теплоты, подводимой к нижнему основанию внутренней цилиндрической камеры 3 таким образом, чтобы положение границы раздела фаз 5 оставалось неизменным.The amount of heat supplied to the lower base of the cylindrical chamber is controlled by the action of the fan 10 with a variable speed. The rotation speed of the fan 10 is calculated so that at an ambient temperature of + 25 ° С the phase boundary 5 is located in the geometric center of the inner cylindrical chamber 3. When the phase boundary 5 is shifted along the vertical axis due to a change in the environmental parameters, the fan speed 10, which leads to a change in the amount of heat supplied to the lower base of the inner cylindrical chamber 3 so that the position of the phase boundary 5 remains unchanged.

Данное устройство просто в изготовлении, надежно в работе и обеспечивает высокую точность поддержания температуры. Устройство имеет малые габариты и не дорого в изготовлении, может производиться серийно, вместе с дифференциальными термопарами, откалиброванными непосредственно на предприятии-изготовителе.This device is easy to manufacture, reliable in operation and provides high accuracy of temperature maintenance. The device has small dimensions and is not expensive to manufacture; it can be produced in series, along with differential thermocouples calibrated directly at the manufacturer.

Источники информацииInformation sources

1. Коленко Е.А. Термоэлектрические охлаждающие приборы. М.-Л.: Издательство Академии наук СССР. 1963 г., стр.135.1. Kolenko EA Thermoelectric cooling devices. M.-L.: Publishing House of the USSR Academy of Sciences. 1963, p. 135.

2. Патент РФ №2215270. Исмаилов Т.А., Аминов Г.И., Евдулов О.В., Юсуфов Ш.А. Прецизионный малогабаритный нуль-термостат.2. RF patent No. 2215270. Ismailov T.A., Aminov G.I., Evdulov O.V., Yusufov Sh.A. Precision small-sized zero thermostat.

Claims (1)

Малогабаритный нуль-термостат с регулируемым тепловым потоком, содержащий емкость, заполненную тающим льдом, приведенную в тепловой контакт с холодным спаем термоэлектрического модуля, горячим спаем сопряженного с радиатором, с емкостью, представляющей собой цилиндрическую камеру, выполненную из материала с высокой теплопроводностью, внутри которой находится дистиллированная вода, разделенная границей раздела фаз на твердую и жидкую фазы, где в жидкой фазе находится кольцеобразный поплавок, изготовленный из материала, имеющего плотность меньшую, чем плотность воды, и не смачиваемого ею, в центре которого расположен контрольный спай дифференциальной термопары, крепление которого осуществляется посредством тонких капроновых ниток, закрепленных своими концами на самом поплавке, при этом контрольный спай дифференциальной термопары вследствие выталкивающей силы, действующей на поплавок, постоянно находится в зоне замерзания (таяния) льда, а термоэлектрический модуль холодным спаем приведен в тепловой контакт с верхним основанием цилиндрической камеры, причем радиатор представляет собой внешнюю цилиндрическую камеру из материала с высокой теплопроводностью, контактирующую своим нижним основанием с нижним основанием цилиндрической камеры с тающим льдом, отличающийся тем, что на верхнем основании внешней цилиндрической камеры закреплен вентилятор, таким образом, что изменение скорости его вращения изменяет количество теплоты, подводимой к нижнему основанию внутренней цилиндрической камеры, таким образом, чтобы количество теплоты, подводимое к нижнему основанию внутренней цилиндрической камеры, оставалось неизменным.Small-sized null-thermostat with adjustable heat flux, containing a tank filled with melting ice, brought into thermal contact with a cold junction of a thermoelectric module, hot junction coupled to a radiator, with a tank, which is a cylindrical chamber made of a material with high thermal conductivity, inside of which there is distilled water separated by a phase boundary into solid and liquid phases, where in the liquid phase there is an annular float made of a material having a density it is less than the density of water and not wetted by it, in the center of which there is a control junction of the differential thermocouple, which is fastened by thin nylon threads fixed at its ends on the float, while the control junction of the differential thermocouple due to the buoyant force acting on the float, constantly located in the freezing (thawing) zone of ice, and the thermoelectric module by cold junction is brought into thermal contact with the upper base of the cylindrical chamber, and OP is an external cylindrical chamber made of a material with high thermal conductivity in contact with its lower base with the lower base of the cylindrical chamber with melting ice, characterized in that a fan is fixed on the upper base of the outer cylindrical chamber, so that a change in its rotation speed changes the amount of heat, supplied to the lower base of the inner cylindrical chamber, so that the amount of heat supplied to the lower base of the inner cylindrical chamber remained unchanged.
RU2007101001/28A 2007-01-09 2007-01-09 Compact zero-thermostat with regulated thermal current RU2328708C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007101001/28A RU2328708C1 (en) 2007-01-09 2007-01-09 Compact zero-thermostat with regulated thermal current

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007101001/28A RU2328708C1 (en) 2007-01-09 2007-01-09 Compact zero-thermostat with regulated thermal current

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2328708C1 true RU2328708C1 (en) 2008-07-10

Family

ID=39680806

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007101001/28A RU2328708C1 (en) 2007-01-09 2007-01-09 Compact zero-thermostat with regulated thermal current

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2328708C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757064C1 (en) * 2018-03-07 2021-10-11 Роузмаунт Инк. Heat flow sensor with increased heat exchange

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757064C1 (en) * 2018-03-07 2021-10-11 Роузмаунт Инк. Heat flow sensor with increased heat exchange

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107449795B (en) Ultrasonic device for measuring phase transition temperature/phase transition rate of material
RU2328708C1 (en) Compact zero-thermostat with regulated thermal current
RU2328709C1 (en) Compact zero-thermostat based on effect of melting boundary layer film
RU2215270C1 (en) Precision small-sized null thermostat
US3192727A (en) Isothermal reference apparatus
RU2331855C2 (en) Zero thermostat
RU2313771C1 (en) Compact zero-thermostat
RU2373503C1 (en) Zero- thermostat of modified construction
RU2344514C1 (en) Thermoelectric zero-thermostat
RU2183323C2 (en) Method of study of low-temperature properties of multi-component liquids and device for realization of this method
SU729563A1 (en) Thermostat
RU2338301C1 (en) Multichannel null-thermostat
RU2331854C2 (en) Compact precision zero thermostat
SU260223A1 (en)
SU551621A1 (en) Thermostat
SU239607A1 (en) ARTIFICIAL ZERO FOR CONTROL SPEAKS MEASURING THERMOPARS
RU2009125040A (en) MULTI-CHANNEL PRECISION ZERO-THERMOSTAT
SU233967A1 (en)
RU2006108154A (en) PRECISION ZERO-THERMOSTAT
SU879419A1 (en) Device for determination of petroleum product solidification temperature
SU1097870A1 (en) Thermoelectric cooler
SU1483434A1 (en) Thermostat-controlled volume
RU139169U1 (en) DEVICE FOR RESEARCH OF LOW-TEMPERATURE PROPERTIES OF MULTICOMPONENT LIQUIDS
SU1289544A1 (en) Thermostat
SU533843A1 (en) Method for determining partial pressure of water vapor in freeze drying plants

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110110