Пристій для управління температурою об’єкта

Реферат: UA 87108 U UA 87108 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до систем теплового контролю і автоматики і може бути використана для створення обладнання, необхідного при дослідженні впливу температури на фізичні властивості діелектриків і магнітовпорядкованих речовин, а також стабілізації та управління температурою різних досліджуваних об'єктів. Відомі пристрої з регульованою температурою всередині заданого об'єму містять прилади з електричними нагрівальними елементами, або пристрої, що використовують як активні елементи термоелектричні модулі (елемент Пельтьє) з відповідними пристроями управління і регулювання температури. Головною перевагою пристроїв першого типу є можливість отримання і регулювання температури в дуже широких межах - від кімнатної до (залежно від конструкції нагрівального елемента) 1500 °С і вище. Перевагою пристроїв, що використовують термоелектричні модулі, є можливість отримання температур як вище, так і нижче температури навколишнього середовища, однак межі зміни температури істотно менше - зазвичай від -10 °С до +80 °С [Chang Η., Guan J., Yang Μ. New design of temperature-controlled chamber for OLED panels // Int. J. Eng. and Appl. Sci. - 2008. - V. 4. - P. 119-123.] А верхня межа температурного діапазону визначається максимально допустимою різницею температур (ΔΤ) активної і пасивної поверхонь термоелектричного модуля (ΔΤ≈70 °С). Недоліком пристрою є обмежений діапазон регульованої температури. Як найближчий аналог вибрано термостабілізуючий пристрій з регульованою температурою [Євдокимов С.В., Яценко Α.Α., Яценко О.В. Простий підсилювач для піроелектричних вимірів // Вчені записки Таврійського національного університету імені В.І. Вернадського. Сер. фізмат. Науки. - 2010. - Т. 23 (62), № 1. - С. 125-130], який містить термоелектричний модуль, перший вивід якого з'єднаний із заземленим резистором, датчик температури, задатчик температури, блок управління, підсилювач потужності з біполярною вихідною напругою, активний теплообмінник, пасивний теплообмінник і теплоізолюючий кожух. Активний теплообмінник розташований всередині теплоізолюючого кожуха і знаходиться в тепловому контакті з активною поверхнею термоелектричного модуля. Пасивна поверхня термоелектричного модуля знаходиться в тепловому контакті з пасивним теплообмінником, який знаходиться в повітрі. Усередині активного теплообмінника розташований датчик температури, який з'єднаний з першим входом блока управління, другий вхід якого з'єднаний з виходом задатчика температури. Вихід блока управління з'єднаний із входом підсилювача потужності з біполярною вихідною напругою, з'єднаний з другим виводом термоелектричного модуля. Досліджуваний об'єкт розташовується всередині активного теплообмінника. Недоліком найближчого аналога є обмежений діапазон регульованої температури. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалити пристрій управління температурою об'єкта для розширення діапазону температур пристрою шляхом здійснення регульованого підігріву пасивного теплообмінника при отриманні температур вище температури навколишнього середовища. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для управління температурою об'єкта, що містить послідовно з'єднані термоелектричний модуль і заземлений резистор, активний теплообмінник і пасивний теплообмінник, які знаходяться в тепловому контакті з активною і пасивною поверхнею термоелектричного модуля, теплоізолюючий кожух, в якому розташований активний теплообмінник, датчик температури, який розміщено всередині активного теплообмінника, задатчик температури і блок управління, перший і другий входи якого з'єднані з виходом датчика температури і задатчика температури відповідно, підсилювач потужності з біполярною вихідною напругою, згідно з корисною моделлю, додатково містить другий заземлений резистор, другий блок управління і електрично регульоване джерело тепла, що знаходиться в тепловому контакті з пасивним теплообмінником, перший вивід термоелектричного модуля з'єднаний з підсилювачем потужності з біполярною вихідною напругою, другий вивід термоелектричного модуля з'єднаний із заземленим резистором, з'єднаний також з першим входом другого блока управління, другий вхід якого з'єднаний з першим виводом другого резистора, а другий вивід другого резистора заземлений, причому вихід другого блока управління з'єднаний з керуючим входом електрично регульованого джерела тепла, один вивід живлення якого з'єднаний з незаземленим виводом другого резистора, а другий вивід живлення електрично керованого джерела тепла з'єднаний з шиною живлення. Пристрій містить термоелектричний модуль (1), резистор (2), датчик температури (3), задатчик температури (4), блок управління (5), підсилювач потужності з біполярною вихідною напругою (6), активний теплообмінник (7), пасивний теплообмінник (8), теплоізолюючий кожух (9), другий блок управління (11), другий резистор (10) і електрично регульоване джерело тепла (12). Активний теплообмінник (7) розташований всередині теплоізолюючого кожуха (9) і 1 UA 87108 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 знаходиться в тепловому контакті з активною поверхнею термоелектричного модуля (1), перший вивід якого з'єднаний з резистором (2). Пасивна поверхня термоелектричного модуля (1) знаходиться в тепловому контакті з пасивним теплообмінником (8), який розміщено в повітрі. Усередині активного теплообмінника (7) розташований датчик температури (3), який з'єднаний з першим входом блока управління (5), другий вхід якого з'єднаний з виходом задатчика температури (4). Вихід блока управління (5) з'єднаний із входом підсилювача потужності з біполярною вихідною напругою (6), який з'єднаний з другим виводом термоелектричного модуля (1). Електрично регульоване джерело тепла (12), як таке може бути використаний потужний польовий транзистор, знаходиться в тепловому контакті з пасивним теплообмінником (8), при цьому другий вивід термоелектричного модуля (1) з'єднаний з виходом підсилювача потужності з біполярною вихідною напругою (6) , перший вихід термоелектричного модуля (1) з'єднаний з першим входом другого блока управління (11), другий вхід якого з'єднаний з першим виводом резистора (10), а другий вивід другого резистора (10) заземлений, причому вихід другого блока управління (11) з'єднаний з керуючим входом електрично регульованого джерела тепла (12), один вивід живлення якого з'єднаний з незаземленим виводом другого резистора (10), а другий вивід живлення електрично керованого джерела тепла (12) з'єднаний з шиною живлення. Досліджуваний об'єкт поміщається всередину активного теплообмінника (7). Пристрій забезпечує верхню межу робочої температури вище 120 °С, в той час як у аналогів - не більше 80 °С. Пристрій працює наступним чином. Напруги, які надходять із задатчика температури (4) і датчика температури (3), розташованого усередині активного теплообмінника (7), надходять на входи блока управління (5), який порівнює ці сигнали і підсилює різницевий сигнал. Посилений різницевий сигнал надходить на вхід підсилювача потужності з біполярною вихідною напругою (6), вихід якого з'єднаний з другим виводом термоелектричного модуля (1), перший вивід якого з'єднаний із заземленим резистором (2). Струм, що протікає скрізь термоелектричний модуль, пропорційний різниці напруги на входах блока управління (5). Залежно від знака різниці напруги на входах блока управління (5) знак струму через термоелектричний модуль буде або позитивним, або негативним, що відповідає або нагріванню, або охолодженню активної поверхні термоелектричного модуля і, відповідно, підвищенню або зниженню температури активного теплообмінника (7). Пасивний теплообмінник (8) при цьому навпаки - або охолоджується, або нагрівається. Зміна температури активного теплообмінника (7) продовжується до тих пір, поки різниця напруги на входах блока управління (5) не стане близька до нуля, що відповідає досягненню всередині активного теплообмінника (7) заданої температури. Якщо через термоелектричний модуль (1) протікає позитивний струм, що відповідає нагріву активного теплообмінника (7), на незаземленому виводі резистора (2) буде присутня позитивна напруга. Ця напруга подається на перший вхід другого блока управління (11), вихід якого з'єднаний з входом управління електрично регульованого джерела тепла (12), перший вивід якого через другий заземлений резистор (10) підключений до загальної шини живлення, а другий вивід - до позитивного виводу джерела живлення. Падіння напруги на другому заземленому резисторі пропорційне струму через електрично регульоване джерело тепла (12) і ця напруга подається на другий вхід другого блока управління (11). Другий блок управління (11) підсилює різницевий сигнал і посилений сигнал надходить на керуючий вхід електрично регульованого джерела тепла (12), змінюючи його струм. У результаті цього різниця напруги на входах другого блока управління (11) буде прагнути до нуля, а струм через електрично регульоване джерело тепла (12) буде пропорційний струму через термоелектричний модуль (1). При цьому пасивний теплообмінник (8) буде додатково підігріватися і його температура збільшиться. Якщо через термоелектричний модуль (1) протікає негативний струм, що відповідає охолодженню активного теплообмінника (7), на незаземленому виводі резистора (2) буде присутня негативна напруга. При цьому другий блок управління (11) припиняє проходження струму через електрично регульоване джерело тепла (12). Якщо задатчиком температури задається температура активної поверхні термоелектричного модуля (1) більше температури навколишнього середовища, то різниця температур між активною і пасивною поверхнею термоелектричного модуля (1) зменшується в порівнянні з аналогами. Це зменшує струм, що проходить через термоелектричний модуль, що збільшує його термін служби і дозволяє розширити діапазон температур, одержуваних всередині активної зони пристрою. Перевірка ефективності даного технічного рішення показала, що верхня межа робочої температури може перевищувати 120 °С, в той час як у аналогів - не більше 80 °С. 2 UA 87108 U Пристрій забезпечує розширення діапазону температур всередині робочої зони. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 Пристрій для управління температурою об'єкта, що містить послідовно з'єднані термоелектричний модуль і заземлений резистор, активний теплообмінник і пасивний теплообмінник, які знаходяться в тепловому контакті з активною пасивною поверхнею термоелектричного модуля, теплоізолюючий кожух, в якому розміщений активний теплообмінник, датчик температури, який розміщено всередині активного теплообмінника, задатчик температури і блок управління, перший і другий входи якого з'єднані з виходом датчика температури і задатчика температури відповідно, підсилювач потужності з біполярною вихідною напругою, який відрізняється тим, що додатково містить другий заземлений резистор, другий блок управління і електрично регульоване джерело тепла, що знаходиться в тепловому контакті з пасивним теплообмінником, перший вивід термоелектричного модуля з'єднаний з підсилювачем потужності з біполярною вихідною напругою, другий вивід термоелектричного модуля, з'єднаний із заземленим резистором, з'єднаний також з першим входом другого блока управління, другий вхід якого з'єднаний з першим виводом другого резистора, а другий вивід другого резистора заземлений, причому вихід другого блока управління з'єднаний з керуючим входом електрично регульованого джерела тепла, один вивід живлення якого з'єднаний з незаземленим виводом другого резистора, а другий вивід живлення електрично керованого джерела тепла з'єднаний з шиною живлення. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3