Установка для автоматического управления температурой

Установка для автоматического управления температурой используется в лабораторных условиях, производстве и в быту. Установка содержит корпус, в котором смонтированы терморегулятор, эмулятор печи, вентилятор и элемент, направляющий воздушный поток от вентилятора во внутреннюю полость эмулятора печи. Эмулятор печи состоит из прозрачной крышки, печатной платы с установленными на ней нагревателем и измерителем температуры и корпуса с двумя прорезями. В крышке эмулятора печи также выполнены две прорези и в прорези крышки и корпуса эмулятора печи установлены подвижные рамки, длина и ширина которых равна длине и ширине прорезей, а внутренние размеры рамок больше размера эмулятора печи по высоте. Технический результат заключается в том, что установка может использоваться как для проведения экспериментов по моделированию систем автоматического управления температурой, так и для управления микроклиматом рабочей зоны пользователя. 1 п.ф. 3 ил.

Полезная модель относится к установкам для автоматического управления температурой в лабораторных условиях, производстве и в быту.

Известно устройство - эмулятор печи ЭП10 [1], который используется в качестве объекта управления при наладке установок, функционирующих с применением терморегуляторов. Он используется при организации лабораторных работ в учебных заведениях, для изготовления различных

экспериментальных стендов и демонстрационных макетов, для проверки работы системы управления без подключения к реальному объекту. На печатной плате ЭП10 смонтированы встроенные нагреватель мощностью 10 Вт и измеритель температуры (термопреобразователь сопротивления ТСМ 50М), клеммные разъемы для подключения к сети питания (220 В) и терморегулятору, а также светодиод для индикации протекания тока через нагреватель (при включении нагрева). Печатная плата смонтирована в корпус, на который герметично установлена и закреплена с помощью винтов прозрачная крышка, что позволяет видеть устройство эмулятора, но в то же время предотвращает возможность проникновения внутрь и получения ожога или удара электрическим током. Печатная плата фиксируется в корпусе за счет ее прижима к корпусу крышкой. Поэтому длина печатной платы выполнена больше длины крышки, что также позволяет использовать ее клеммные разъемы без снятия крышки. Для удобства монтажа ширина печатной платы выполнена меньше чем ширина крышки.

Недостатком конструкции данного эмулятора является медленное охлаждение нагревателя после его отключения естественным путем за счет теплообмена с окружающей средой. Он не может быть использован при моделировании процессов принудительного охлаждения нагретых изделий, что имеет место, например при закалке сталей. Кроме этого при проведении лабораторных работ тратится время на остывание нагревателя для возврата в исходное состояние, с которого начинается использование эмулятора для моделирования следующим пользователем.

Известно также устройство - лабораторная установка для изучения двухпозиционного регулятора температуры [2]. В установке используются терморегулятор и эмулятор печи ЭП10. На прозрачную крышку эмулятора установлен дополнительно вентилятор, который создает воздушный поток. Воздушный поток непосредственно контактирует с нагревателем, что способствует его быстрому охлаждению после его отключения. Нагретый воздух при работе вентилятора отводится от нагревателя через прорези, изготовленные в крышке.

Недостатком конструкции данной лабораторной установки является ухудшение функциональных возможностей прозрачной крышки эмулятора печи ЭП10. Установленный на лицевую часть прозрачной крышки вентилятор закрывает элементы эмулятора, что ограничивает их видимость, а наличие прорезей в крышке приводит при проведении экспериментов к нежелательному прямому воздействию на пользователя воздуха, температура которого устанавливается в зависимости от параметров исследуемого процесса, а не с целью создания комфортных условий для его работы.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка для моделирования систем автоматического управления температурой [3]. В корпусе эмулятора печи, входящей в состав указанной установки выполнены две прорези шириной, равной расстоянию между крышкой и печатной платой и длиной, равной внутреннему размеру длины крышки, а в корпусе установки смонтирован элемент, направляющий воздушный поток от вентилятора в одну из прорезей корпуса эмулятора печи. Такая конструкция установки позволяет эффективно охлаждать нагревательный элемент эмулятора печи после его отключения за счет его непосредственного контакта с создаваемым вентилятором воздушным потоком, который попадает во внутреннюю полость эмулятора через одну из прорезей в его корпусе без ухудшения функциональных возможностей конструктивных элементов эмулятора печи. Прозрачная крышка эмулятора печи позволяет видеть устройство эмулятора, но в то же время предотвращает возможность проникновения внутрь и получения ожога или удара электрическим током. При проведении экспериментов она препятствует нежелательному прямому воздействию на пользователя воздуха, температура которого устанавливается в зависимости от параметров исследуемого процесса, а не с целью создания комфортных условий для его работы. Горячий воздух выводится из внутренней полости эмулятора через вторую прорезь в его корпусе в полость, образованную корпусом лабораторной установки и ее лицевой панелью.

Недостатком конструкции данной установки является ее ограниченные технологические возможности. Она используется только для проведения экспериментальных работ и не может использоваться для управления микроклиматом рабочей зоны пользователя после их завершения. Это связано с тем, что воздушный поток с регулируемой температурой может отводиться только во внутреннюю полость установки и поэтому не может использоваться для непосредственного воздействия на пользователя и создавать ему комфортные температурные условия для работы.

Задача, решаемая полезной моделью, заключается в разработке конструкции установки, которая может использоваться как для проведения экспериментов по моделированию систем автоматического управления температурой, так и для управления микроклиматом рабочей зоны пользователя.

Для решения поставленной задачи используется установка для автоматического управления температурой, содержащая корпус установки, в котором смонтированы терморегулятор, эмулятор печи, вентилятор и элемент, направляющий воздушный поток от вентилятора в эмулятор печи. Эмулятор печи состоит из прозрачной крышки, печатной платы с установленными на ней нагревателем и измерителем температуры и корпуса эмулятора печи с двумя прорезями. Ширина прорезей равна расстоянию между крышкой и печатной платой, а длина прорезей равна внутреннему размеру длины крышки. В крышке эмулятора печи также выполнены прорези. В прорези крышки и корпуса эмулятора печи установлены подвижные рамки, длина и ширина которых равны длине и ширине прорезей в корпусе и крышке, а внутренние размеры рамок больше размера эмулятора печи по высоте.

Такая конструкция установки позволяет использовать ее как для проведения экспериментов по моделированию систем автоматического управления температурой, так и для управления микроклиматом рабочей зоны пользователя за счет управления направлением воздушного потока с заданной температурой посредством изменения положения подвижных рамок, установленных в прорези крышки и корпуса эмулятора. Для управления микроклиматом рабочей зоны пользователя рамки устанавливаются в положение, при котором прорези крышки и корпуса эмулятора открыты. В таком положении воздушный поток от вентилятора попадает во внутреннее пространство эмулятора через прорези в его корпусе, нагревается при включенном нагревателе до требуемой температуры и выводится в рабочую зону пользователя через прорези в его крышке. При выключенном нагревателе воздушный поток имеет комнатную температуру. Для проведения экспериментов по моделированию систем автоматического управления температурой рамки устанавливаются в положение, при котором прорези крышки закрыты, а прорези корпуса открыты. В таком положении воздушный поток от вентилятора посредством элемента, служащего для его направления, попадает во внутреннее пространство эмулятора через одну из прорезей в его корпусе и охлаждает нагревательный элемент эмулятора печи после его отключения. Затем горячий воздух выводится из внутренней полости эмулятора через вторую прорезь в его корпусе во внутреннюю полость корпуса установки. Прозрачная крышка эмулятора печи позволяет видеть устройство эмулятора и положение рамок, но в то же время предотвращает возможность проникновения внутрь и получения ожога или удара электрическим током и препятствует нежелательному прямому воздействию горячего воздуха на пользователя при проведении экспериментов.

На фиг.1 изображен общий вид установки для автоматического управления температурой, на фиг.2 представлен разрез А-А фиг.1 (вариант использования установки для управления микроклиматом рабочей зоны пользователя), на фиг.3 представлен разрез А-А фиг.1 (вариант использования установки для проведения экспериментальных работ).

Установка для автоматического управления температурой содержит корпус 1, в котором смонтированы терморегулятор 2, эмулятор печи 3, вентилятор 4 и элемент 5, направляющий воздушный поток от вентилятора 4 в эмулятор печи 3. Эмулятор печи 3 состоит из прозрачной крышки 6, печатной платы 7, с установленным на ней нагревателем 8 и измерителем температуры 9, и корпуса 10 эмулятора печи. В корпусе 10 выполнены две прорези 11 шириной, равной расстоянию между крышкой 6 и печатной платой 7 и длиной, равной внутреннему размеру длины крышки 6. В крышке 6 эмулятора печи 3 выполнены прорези 12. В прорези 11 и 12 корпуса 10 и крышки 6 установлены подвижные рамки 13, длина и ширина которых равна длине и ширине прорезей 11 и 12, а внутренние размеры рамок 13 больше размера эмулятора печи 3 по высоте.

Установки для автоматического управления температурой работает следующим образом. Двухканальный терморегулятор 2, установленный в корпус 1 установки включает нагреватель 8, установленный на печатную плату 7 эмулятора печи 3 или вентилятор 4 в зависимости от величины температуры, измеренной измерителем температуры 9. Если измеренная величина температуры меньше заданной, то автоматически включается нагреватель 8. Если измеренная величина температуры больше заданной, то автоматически включается вентилятор 4, воздушный поток от которого направляется элементом 5 в зависимости от его положения в прорези 11 или в одну из прорезей 11 корпуса 10 эмулятора печи 3. Через прорези 11 воздушный поток попадает во внутреннюю полость эмулятора печи 3, образованную прозрачной крышкой 6 и корпусом 10. Он охлаждает нагреватель 8 и в зависимости от положения рамок 13 выходит через вторую прорезь 11 во внутреннее пространство корпуса 1 установки или через прорези 12 в крышке 6 выводится в рабочую зону пользователя.

Опытные испытания установки для автоматического управления температурой показали, что она может использоваться как для проведения экспериментов по моделированию систем автоматического управления температурой, так и для управления микроклиматом рабочей зоны пользователя.

Источники, принятые во внимание:

1. http://www.owen.ru/ Каталог продукции. Эмулятор печи ЭП10. 2011 г.

2. http://www.owen.ru/ Лабораторная работа «Изучение двухпозиционного регулятора температуры». Томский политехнический университет. 2010 г.

3. Решение о выдаче патента на полезную модель от 14.03.2011 по заявке 2011105802/12(008227) от 16.02.2011 «Установка для моделирования систем автоматического управления температурой».

Установка для автоматического управления температурой, содержащая корпус установки, в котором смонтированы терморегулятор, эмулятор печи, вентилятор и элемент, направляющий воздушный поток от вентилятора в эмулятор печи, состоящий из прозрачной крышки, печатной платы с установленными на ней нагревателем и измерителем температуры и корпуса эмулятора печи с двумя прорезями шириной, равной расстоянию между крышкой и печатной платой, и длиной, равной внутреннему размеру длины крышки, отличающаяся тем, что в крышке эмулятора печи выполнены прорези и в прорези крышки и корпуса эмулятора печи установлены подвижные рамки, длина и ширина которых равна длине и ширине прорезей, а внутренние размеры рамок больше размера эмулятора печи по высоте.