RU2807370C1 - Устройство для исследования температурных зависимостей различных сред - Google Patents
Устройство для исследования температурных зависимостей различных сред Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807370C1 RU2807370C1 RU2023117950A RU2023117950A RU2807370C1 RU 2807370 C1 RU2807370 C1 RU 2807370C1 RU 2023117950 A RU2023117950 A RU 2023117950A RU 2023117950 A RU2023117950 A RU 2023117950A RU 2807370 C1 RU2807370 C1 RU 2807370C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microcontroller
- port
- peltier element
- voltage amplifier
- inputs
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к портативным устройствам тепла или холода с программным управлением и предназначено для исследования температурных изменений параметров элементов электронной техники, жидких и газообразных сред. Устройство для исследования температурных зависимостей различных сред включает источник питания, радиатор, элемент Пельтье, датчик температуры, микроконтроллер, узел коммутации. На климатической камере установлена съемная крышка, в которой выполнено прозрачное окно. Между нижней частью элемента Пельтье и верхней частью радиатора нанесен тонкий слой термопасты. На нижней поверхности радиатора закреплены вентилятор и ножки. Выходы датчика температуры и вентилятора электрически параллельно соединены между собой входами макетной платы. Выходы элемента Пельтье соединены с входами усилителя напряжения, выходы которого соединены с входами порта для подачи питания на усилитель напряжения и порта для заземления усилителя напряжения микроконтроллера. Выход порта для передачи сигнала на персональный компьютер (ПК) с микроконтроллера соединен с входом порта ПК для приема сигнала с микроконтроллера ПК, в узле управления, который выполнен в виде параллелепипеда, в боковых поверхностях которого выполнены отверстия для установки кабелей. Техническим результатом является повышение скорости и точности измерений. 3 ил.
Description
Изобретение относится к портативным устройствам тепла или холода с программным управлением и предназначено для исследования температурных изменений параметров элементов электронной техники, жидких и газообразных сред.
Известна испытательная камера (патент РФ №2457470, опуб.27.07.2012 г. ), которая содержит электронный блок управления, включающий в себя блоки питания, задания необходимых параметров и индикации, управляющий контроллер, изотермический корпус с батареями из термоэлектрических модулей. Электронный блок управления выполнен в виде выносной конструкции и дополнительно содержит блок задания скорости изменения температуры и канал связи с управляющим стендомкомпьютером. Изотермический корпус выполнен в виде съемного узла, содержащего термоэлектрический агрегат с термостатируемой камерой, и основания со сквозным отверстием, в котором с уплотнением размещена соединительная муфта с закрепленным на ней поворотным столом, насаживаемая на вал приводного двигателя стенда и состоящая из трех коаксиально напрессованных друг на друга втулок.
Недостатками данного устройства являются наличие поворотного механизма, который снижает надежность конструкции и увеличивает потребляемую мощность.
Известна установка термостабилизации объекта испытаний (патент РФ №2610052, опубл. 07.02.2017), содержащая теплопроводящую пластину для размещения печатной платыс объектом испытаний, два термоэлектрических модуля, блок охлаждения и два датчика температуры, один из которых расположен на теплопроводящей пластине, блокуправления, соединенный с модулями, датчиками температуры и блоком охлаждения,при этом, последний содержит радиатор с вентиляторами, блок охлажденияснабженводоблоком, соединенным магистралями через насос с радиатором, первый и второйтермоэлектрические модули установлены последовательно между теплопроводящейпластиной и водоблоком, магистрали снабжены быстроразъемными герметичнымиклапанами, при этомвторой датчик температуры расположен на поверхности водоблокасо стороны второго термоэлектрического модуля.
Недостатком данного устройства является наличие водоблока и насоса, которыеиз-за необходимости прогрева теплоносителя увеличивают время выхода на заданный температурный режим, повышают затраты электроэнергии.
Известен термоэлектрический холодильник для хроматографа (патент РФ №2129745, опубл. 27.04.1999 г. ), состоящий из термобатареи охлаждения, сопряженной с ней охлаждаемой матрицы, радиатора, вентилятора, корпуса, крышки, тепловой изоляции и датчика температуры. Термобатарея выполнена из отдельных модулей, расположенных вдоль капилляра хроматографической колонки и параллельных по тепловому потоку, охлаждаемая матрица состоит из отдельных элементов, выполненных из высокотеплопроводного материала, например, из меди, и соединенных между собой гибким теплопроводом, а стыки между отдельными элементами матрицы залиты эластичным герметиком. Матрица имеет узкий паз прямоугольной формы, шириной, соответствующей диаметру капилляра, и глубиной, равной не менее трем диаметрам капилляра. Крышка имеет паз трапециевидной формы с углом в пределах 20o-30o, холодильник снабжен быстросъемной рамкой с винтовыми прижимами.
Недостатком устройства является встроенный хрупкий элемент- капилляр, уменьшающий надежность конструкции и вносящий ограничения в область применения.
Известно устройство для нагрева или охлаждения (патент РФ №2287208 опубл. 10.12.2005), содержащее термоэлектрическую батарею, составленную из элементов Пельтье, камеру, в которую помещается исследуемый объект, теплообменник, выполненный в виде радиатора, блок электропитания термоэлектрической батареи, переключатель, имеющий контакт со схемой измерения разности потенциалов электрических контактов термобатареи, автомат управления переключателем, циклически изменяющий его положение, датчик, электронный термометр с блоком сравнения измеренной температуры с заданной, присоединенный к датчику температуры и к автомату управления переключателем.Изобретение позволяет сократить длительность переходного процесса установления температуры и уменьшить погрешность измерения температуры.
Недостатком данного устройства является наличие автомата управления, прерывающего подачу электроэнергии при достижении определенной температуры, что при инерционности температурных изменений уменьшает точность измерений быстро протекающих процессов и уменьшает надежность установки.
Известно устройство термостатирования (патент РФ №72770опубл. 27.04.2008 г. ), принятое за прототип, содержащее теплоизоляционный корпус, внутрикоторого размещен объект термостатирования,на днище расположенатермоэлектрическая батарея, работающая от источника питания, выполненная на элементах Пельтье,одной поверхностьюприведенная в тепловой контакт с внешним радиатором, другой поверхностью приведена в тепловой контакт свнутренним радиатором, омываемым термостабилизирующим веществом.В устройство термостатирования дополнительновведен датчик, размещенный внутри термоизоляционного корпуса, модульуправления, содержащий измерительный узел, соединенный с датчиком,микропроцессор, соединенный с индикатором, фиксирующим значения температурыобъекта, и с n-твердотельными реле, которые через LC-фильтрсоединяют источник питания с элементами Пельтье, входящими втермоэлектрическую батарею, узел коммутации, осуществляющий подключениетермостатируемых объектов.
Недостатком данного устройства является наличие теплоносителя с мешалкой, обеспечивающей движение теплоносителя, которые увеличивают временные затраты на стабилизацию температуры.
Техническим результатом является повышение скорости и точности измерений.
Технический результат достигается тем, что на климатической камере установлена с возможностью съема крышка, в которой выполнено прозрачное окно, верхняя часть элемента Пельтье жестко соединена с нижней частью климатической камеры, при этом между нижней частью элемента Пельтье и верхней частью радиатора нанесен тонкий слой термопасты, а на нижней поверхности радиатора закреплены вентилятор и ножки, выходы датчика температуры и вентилятора электрически параллельно соединены между собой входами макетной платы, выходы элемента Пельтье соединены с входами усилителя напряжения, выходы которого соединены с входами порта для подачи питания на усилитель напряжения и порта для заземления усилителя напряжения микроконтроллера, выход порта для передачи сигнала на персонального компьютера (ПК) с микроконтроллера соединен с входом порта компьютера для приема сигнала с микроконтроллера персонального компьютера, в узле управления, который выполнен в виде параллелепипеда, в боковых поверхностях которого выполнены отверстия для установки кабелей.
Устройство для исследования температурных изменений различных сред поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - общий вид устройства;
фиг. 2 - элемент устройства;
фиг. 3 - блок-схема устройства
1 - климатическая камера;
2 - крышка;
3 - окно;
4 - элемент Пельтье;
5 - радиатор;
6 - вентилятор;
7 - датчик температуры;
8 - аналоговый порт;
9 - микроконтроллер;
10 - макетная плата;
11 - порт для подачи питания к макетной плате;
12 - порт для заземления макетной платы;
13 - усилитель напряжения;
14 - порт для подачи питания на усилитель напряжения;
15 - порт для заземления усилителя напряжения;
16 - порт для передачи сигналана ПК;
17 - порт компьютера для приема сигнала с микроконтроллера;
18 - персональный компьютер (ПК);
19 - адаптер;
20 - ножки;
21 - корпус.
Устройство для исследования температурных изменений содержит климатическую камеру 1 (фиг.1, 2, 3) сверху на которую установлена с возможностью съема крышка 2. В крышке 2 выполнено окно 3, например из стекла. Элемент Пельтье 4, выполненный в виде прямоугольной пластины. Верхняя часть элемента Пельтье 4 жестко соединена с нижней частью климатической камеры 1. Между нижней частью элемента Пельтье 4 и верхней частью радиатора 5нанесен тонкий слой термопасты. На нижней поверхности радиатора 5 закреплены вентилятор 6, а по углам ножки 20. На верхней поверхности элементаПельтье4закреплен датчик температуры 7, один выход которого соединен со входом аналогового порта8 микроконтроллера 9. Остальные выходы датчика температуры 7 и выходы вентилятора6 электрически параллельно соединены между собой входами макетной платы10.Выходы порта для подачи питания к макетной плате 11 микроконтроллера 9 и порта для заземления макетной платы 12 соединены через кабель с входами макетной платой 10. Выходы элемента Пельтье 4 соединены с входами усилителя напряжения 13. Выходы усилителя напряжения 13 соединены с входами порта для подачи питания на усилитель напряжения 14 и порта для заземления усилителя напряжения 15 микроконтроллера 9.Выход порта для передачи сигнала на ПК 16 с микроконтроллера 9 соединен с входом порта компьютера для приема сигнала с микроконтроллера 17персонального компьютера 18.Выход адаптера 19 соединен свходом микроконтроллера 9.Вузле управления 21, выполненном в виде параллелепипеда, в боковых поверхностях которого выполнены отверстия для установки кабелей. Вузле управления 21 последовательно установлены микроконтроллер 9, макетная плата 10 и усилитель 15.
Устройство для исследования температурных изменений работает следующим образом. На элемент Пельтье4 с порта для подачи питания на усилитель напряжения 14 микроконтроллера 9подается напряжение, под действием которого возникает электрический ток, вызывающий перенос тепловой энергии с горячей нижней поверхности на противоположную холодную поверхность элементаПельтье4, что в свою очередь приводит к охлаждению внутреннего объема климатической камеры 1. Тепло с горячей стороны элементаПельтье4отводится через радиатор 5, а нагретый воздух выдувается вентилятором 6.Радиатор установлен на ножки 20, для улучшения циркуляции воздуха. Величина температуры холодной стороны элементаПельтье4измеряется датчиком температуры 7. Полученный сигнал с датчика температуры 7 передается на аналоговый порт 8 микроконтроллера 9. На микроконтроллер 9 подается напряжение двенадцать вольт от адаптера 19. Так как температура поверхностей элементаПельтье4 зависит от тока, протекающего через него, то питание, подаваемое на элемент Пельтье4 с порта для подачи питания на усилитель напряжения14 микроконтроллера 9 сначала проходит через усилитель напряжения 13 для увеличения температурного диапазона. С порта для подачи питания к макетной плате11 и порта для заземления макетной платы 12 микроконтроллера 9 подается питание на макетную плату 10, на которой параллельно подключается датчик температуры 7 и вентилятор 6. Полученный аналоговый сигнал с датчика температуры 7 передается на аналоговый порт 8 микроконтроллера 9 и обрабатывается встроенным в микроконтроллер 9 аналого-цифровым преобразователем, с целью перевода аналогового сигнала в цифровой. Микроконтроллер 9 сравнивает аналоговый сигнал с датчика температуры 7 с заданным значением температуры климатической камеры 1 и по ПИД-закону вырабатывает сигнал, который подается на элемент Пельтье4.
Преобразованный с датчика температуры 7 цифровой сигнал передается от микроконтроллера 9 с порта для передачи сигнала ПК 16 на порт компьютера для приема сигнала с микроконтроллера 17. Полученный на компьютере 18 сигнал отображается на графическом интерфейсе для мониторинга текущего значения температуры расположенной внутри камеры стороны элемента Пельтье 4. Смена полярности подключения контактов элементаПельтье4на макетной плате 10 позволяет исследовать рабочее тело при нагревании. В этом случае сторона элементаПельтье4, расположенная внутри климатической камеры 1 нагревается.
Заданная через интерфейс компьютера температура климатической камеры достигается за счет постоянного контроля температуры внутри климатической камеры датчиком температуры, сигнал с которого поступает в микроконтроллер, где сравнивается и обрабатывается по закону ПИД-регулятора, после чего вырабатывается управляющее воздействие и через усилитель напряжения поступает на элемент Пельтье.
Заявленное техническое решение путем применения усилителя напряжения, слоя термопасты, вентилятора, конструкции камеры с крышкой, в которой выполнено прозрачное окно установленной с возможностью съема, персонального компьютера с управляющей процессом охлаждения объекта программой позволяет проводить исследуя температурные изменения жидких, газообразных сред.
Claims (1)
- Устройство для исследования температурных зависимостей различных сред, включающее источник питания, радиатор, элемент Пельтье, датчик температуры, микроконтроллер, узел коммутации, отличающееся тем, что на климатической камере установлена с возможностью съема крышка, в которой выполнено прозрачное окно, верхняя часть элемента Пельтье жестко соединена с нижней частью климатической камеры, при этом между нижней частью элемента Пельтье и верхней частью радиатора нанесен тонкий слой термопасты, а на нижней поверхности радиатора закреплены вентилятор и ножки, выходы датчика температуры и вентилятора электрически параллельно соединены между собой входами макетной платы, выходы элемента Пельтье соединены с входами усилителя напряжения, выходы которого соединены с входами порта для подачи питания на усилитель напряжения и порта для заземления усилителя напряжения микроконтроллера, выход порта для передачи сигнала на персональный компьютер (ПК) с микроконтроллера соединен с входом порта компьютера для приема сигнала с микроконтроллера персонального компьютера, в узле управления, который выполнен в виде параллелепипеда, в боковых поверхностях которого выполнены отверстия для установки кабелей.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807370C1 true RU2807370C1 (ru) | 2023-11-14 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5895858A (en) * | 1995-05-22 | 1999-04-20 | Analog Devices, Inc. | Integrated accelerometer test system |
| RU72770U1 (ru) * | 2007-11-06 | 2008-04-27 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-производственное предприятие "Эталон" | Устройство термостатирования |
| RU2341922C2 (ru) * | 2005-10-20 | 2008-12-20 | Владимир Миронович Вишневский | Устройство для температурной стабилизации электронных блоков |
| MD430Z (ru) * | 2011-02-24 | 2012-05-31 | ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНЖЕНЕРИИ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ "D. Ghitu" АНМ | Устройство для измерения теплопроводности термоэлектрических материалов в зависимости от температуры с помощью эффекта Пельтье |
| RU2465750C2 (ru) * | 2007-04-12 | 2012-10-27 | Ритталь Гмбх Унд Ко. Кг | Термоэлектрическое устройство для поддержания температурного режима |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5895858A (en) * | 1995-05-22 | 1999-04-20 | Analog Devices, Inc. | Integrated accelerometer test system |
| RU2341922C2 (ru) * | 2005-10-20 | 2008-12-20 | Владимир Миронович Вишневский | Устройство для температурной стабилизации электронных блоков |
| RU2465750C2 (ru) * | 2007-04-12 | 2012-10-27 | Ритталь Гмбх Унд Ко. Кг | Термоэлектрическое устройство для поддержания температурного режима |
| RU72770U1 (ru) * | 2007-11-06 | 2008-04-27 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-производственное предприятие "Эталон" | Устройство термостатирования |
| MD430Z (ru) * | 2011-02-24 | 2012-05-31 | ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНЖЕНЕРИИ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ "D. Ghitu" АНМ | Устройство для измерения теплопроводности термоэлектрических материалов в зависимости от температуры с помощью эффекта Пельтье |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8766656B2 (en) | Systems and methods for thermal control | |
| CN101285788B (zh) | 一种热电材料测量仪 | |
| US4534941A (en) | Analytical instrument thermoelectric temperature regulator | |
| US7457117B2 (en) | System for controlling the temperature of electronic devices | |
| CN109406573B (zh) | 一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置及测试方法 | |
| CN102353479B (zh) | 一种热电制冷器冷量测量装置 | |
| CN105588958A (zh) | 一种快速多功能电子元器件温度特性测量仪器及测试腔体 | |
| CN103196947A (zh) | 一种热电制冷片热电性能的测量装置及方法 | |
| RU2807370C1 (ru) | Устройство для исследования температурных зависимостей различных сред | |
| RU2485463C1 (ru) | Устройство для воздушного термостатирования калориметрической ячейки | |
| CN104597387B (zh) | 一种半导体制冷片参数测试装置及多参数测量方法 | |
| RU149884U1 (ru) | Устройство для тепловых испытаний радиоэлементов | |
| CN107329507A (zh) | 一种恒温控制系统 | |
| CN109187616A (zh) | 基于tec的液晶屏的温度冲击装置和液晶屏测试方法 | |
| NL2030144B1 (en) | The temperature-vacuum impacting device | |
| CN213600368U (zh) | 一种半导体制冷器极性反装试验的装置 | |
| Ramos et al. | A low-cost temperature controlled system to test and characterize sensors | |
| CN211825796U (zh) | 一种热电器材发电和制冷效率的测试仪器 | |
| CN206235899U (zh) | 太阳能电池温度控制测试基台 | |
| JP3442818B2 (ja) | 電子部品の環境試験装置 | |
| US3142986A (en) | Thermoelectric dew point hygrometer | |
| CN111394247A (zh) | 一种用于细胞原位培养的恒温加热系统 | |
| CN110887862A (zh) | 一种快速导热性能测试装置及其测试方法 | |
| CN213274655U (zh) | 一种温度传感器装配组件及温度传感器批量检测装置 | |
| CN109342495A (zh) | 一种太阳能测定液体导热系数实验仪及其测量方法 |