SU1654797A1 - Устройство дл термостатировани - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике термостатировани , в частности к устройствам термостатировани  небольших объектов. Целью изобретени   вл етс  повышение точности поддержани  температуры. Цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  термостатнрова- ни , содержащем контур прецизионного поддержани  температуры (блок 10 регулировани ), теплоизол ционный кожух 4, внутри которого расположена теплова  камера 1 из пьезокерами- ческого материала с точкой Кюри вблизи рабочей температуры, электроды возбуждени  2 и 3 которой, расположенные на внешней и внутренней поверхност х , подключены к выходу усилител  7 мощности, соединенного с генератором 8 переменного тока, температурный коэффициент частоты которого противоположен по знаку температурному коэффициенту частоты пьезоI (Л оэ Сл -U J со

Description

керамического материала, в качестве дополнительного нагревател  использован электрод 3 возбуждени , размещенный на внутренней поверхности тепловой камеры 1 и подключенный к выходу источника 13 тока, соединенного с контуром прецизионного поддержани  температуры. 1 з.п. ф-лы., 1 ил.

Изобретение относитс  к технике термостатировани , в частности к устройствам термостатировани  небольших объектов, и может быть использовано в различных област х науки и техники, где необходимо поддерживание посто нной температуры отдельных элементов или схем.

Цель изобретени  - повышение точности поддержани  температуры.

На чертеже представлена схема устройства дл  термостатировани .

Устройство содержит два контура. Первый контур используетс  дл  грубого вывода температуры на режим и включает нагреватель, образующий тепловую камеру 1 из пьезокерамики, с точкой Кюри вблизи температур термостатировани . На внешней и внутренней поверхност х тепловой камеры 1 нанесены любым из известных спосо- бов электроды 2 и 3 возбуждени  соответственно . Теплова  камера 1 помещена в теплоизол ционный кожух 4. Дно 5 и крышка 6 тепловой камеры 1 изготовлены из материала с большим значением коэффициента теплопроводности, например,алюмини  или меди, и имеют толщину, в 2-3 раза превышающую толщину стенок. Электроды 2 и 3 возбуждени  на внешней и внутренней по- верхност х тепловой камеры 1 подключены к выходу усилител  7 мощности, выполненного по двухтактной схеме с трансформаторным выходом. Вход усилител  7 мощности соединен с выходом генератора 8 переменного тока, содержащего в частной (задающей) цепи термочувствительный элемент 9, например пьезоэлектрический элемент или сегне- тоэлектрический конденсатор с отри- цательным знаком ТКЧ (частота генератора 8 уменьшаетс  с ростом температуры ) .

Дл  предотвращени  распол ризации пьезокерамического нагревател  - резонатора , при работе вблизи точки Кюри, на его электроды подаетс  посто нное смещающее напр жение от блока питани  (не показано) через раз

5

0

5 0 Q 5 -

5

5

в зываюший дроссель, преп тствующий закорачиванию по переменному току выхода усилител  7 мощности. Второй контур включает блок 10 регулировани , используетс  дл  прецизионного поддержани  температуры в тепловой камере 1 и включает пропорциональный регул тор температуры, содержащий термодатчик 11 в виде термочувствительного моста, состо щий из двух резисторов , выполненных из материала с малым температурным коэффициентом сопротивлени  (ТКС), например конс- тантана, и двух резисторов из материала с большим ТКС, например полупроводниковых резисторов. Между тер- мочувствительным мостом 11 и внутренней поверхностью тепловой камеры 1 обеспечено минимальное тепловое сопротивление. Одна диагональ моста запитана .стабильным напр жением, а друга  подключена к входу операционного усилител  12, совмещающего в себе функции предварительного усилител  и регулирующего устройства. Коэффициент передачи регулирующего устройства определ етс  глубиной обратной св зи и обеспечивает необходимое качество процесса регулировани .

Источник 13 тока выполнен на составном транзисторе, в коллекторную цепь которого включен электрод 3 возбуждени , и соединен с операционным усилителем 12 через коммутирующий элемент 14, управл емый компаратором 15 напр жени . Компаратор. 15 напр жени  одним входом подключен к выходу операционного усилител  12, а другим входом - к источнику 16 опорного напр жени , величина которого определ ет момент срабатывани  компаратора . В процессе настройки устройства дл  термостатировани  уровень опорного напр жени  подбираетс  таким образом, чтобы компаратор 15 срабатывал после грубого вывода температуры на режим.

Работа контура дл  грубого вывода температуры на режим основана на  влении резонансной автотермостаби- i

s

лизации, при этом гермочувстпт ель- ные источники тепла распределены по объему тепловой камеры 1,   регулирование мощности нагрева происходит автоматически при изменении условий теплового баланса между тепловой энегией , выдел емой в тепловой камере, и энергией, отдаваемой во внешнюю среду. Вследствие непрерывного изменени  мощности нагрева п зависимости от внешних условий принцип действи  этого устройства близок к системе с пропорциональным регулированием.

Частота генератора 8 переменного тока выбираетс  равной частоте рабочей точки, расположенной на склоне резонансной характеристики тепловой камеры 1, причем частота собственного резонанса должна быть немного выше частоты возбуждени .

Температура тепловой камеры 1 повышаетс  до установлени  теплового равновеси , когда подводима  мощность переменного тока сравн етс  с теплом, рассеиваемым в окружающую среду. При понижении температуры окружающей среды резонансна  частота тепловой камеры 1 приближаетс  к частоте возбуждающего напр жени  вследствие положительного знака ТКЧ, т.е, рабоча  точка смещаетс  вверх по резонансной характеристике. Так как рассеиваема  в тепловой камере 1 электрическа  мощность зависит от частоты возбуждени  упругих колебаний резонансно, то она возрастает , повыша  при этом температуру тепловой камеры 1. Аналогичное повышение температуры окружающей среды при

водит к уменьшению рассеиваемой в теп-40 мической. Например, при уменьшении

ловой камере 1 электрической мощности и понижению ее температуры. Во внутренней изотермической камере температура измен етс  во много раз меньше изменени  температуры окружаю- щей среды. При этом коэффициент стабилизации определ етс  крутизной резонансной характеристики тепловой камеры 1. При включении в частотно- задающей цепи генератора 8 термо- чувствительного элемента 9 происходит дополнительна  стабилизаци  температуры в изотермической камере, что объ сн етс  знаком ТКЧ генератора 8, противоположным температурному возму- щению.

После грубого вывода температуры на режим в работу включаетс  контур дл  прецизионного поддержани  темпера1654797

0

туры в тепловой камере 1 . Срабатывает компаратор 1 5 и подключает источник 13 тока к выходу операционного усилител  12.

Настройка работы блока 10 прецизионного регулировани  температуры осуществл етс  следующим образом. Вначале на режим вывод т контур дл  грубого вывода температуры. Регулировкой частоты генер атора 8 рабоча  точка на характеристике температурной зависимости мощности потерь выбираетс  так, чтобы максимальное отклонение температуры Т„ в тепловой камере от номинальной при работе устройства дл  термостатировани  в заданном интервале окружающих температур перекрывалось блоком 10. Достижение температуры, соответствующей этой точке, контролируетс  термочувствительным мостом 11 и определ ет момент включени  в работу контура блока 10 регулировани . Срабатывает компаратор 15, так как выходное напр жение операционного усилител  12, поступающее на один из его входов, становитс  меньше опорного напр жени  источника 16, поступающего на его другой вход. При этом на источник 13 тока поступает сигнал, соответствующий максимальной величине тока, протекающего через электрод 3.

По мере повышени  температуры электрода 3 величина тока уменыпает5 с  и наоборот, т.е. его температура поддерживаетс  посто нной. Поскольку электрод 3 нанесен равномерно по всей внутренней поверхности тепловой камеры 1, то последн   будет иэотер5

0

температуры окружающей среды (в пределах работы второго контура) напр жение на выходе операционного усилител  12 увеличиваетс  и, следовательно , увеличиваетс  ток источника тока 13, протекающий через электрод 3, увеличива  тем самым теплоотдачу.

Claims (1)

1. Устройство дл  термостатировани , содержащее теплоизол ционный кожух с расположенным в нем нагре- ьателем, образующим тепловую камеру и выполненным из пьезокерамики с точкой Кюри вблизи температур термоста- тнровани , электроды возбуждени , расположенные на внешней и внутренней поверхност х нагревател , подключен716547978

ные к выходу усилител  мощности, со-вани  содержит источник опорного

единенного с генератором переменногонапр жени , соединенный с первым вхотока , отличающеес  тем,дом компаратора, второй вход которого

что, с целью повышени  точности уст-соединен с первым выходом операционройства , электрод возбуждени , рас-ного усилител , входы которого  вл положенный на внутренней поверхностиютс  входами блока регулировани ,

нагревател , подключен к выходу источ-второй выход операционного усилител 

ника питани , вход которого соединени выход компаратора соединены с инс выходом блока регулировани , вхо- JQформационным и управл ющим входами

ды которого св заны с термодатчиком,коммутирующего элемента, выход котоустановленным в тепловой камере.рого  вл етс  выходом блока регулиро2 . Устройство по п.1, о т л и ч а-вани . ю щ е е с   тем, что блок регулиро