Термостат /его варианты/

 

1. Термостат, содержащий два электрода , выполненные в виде концентрических тел вращения, межэлектродный зазор которых частично заполнен электропроводным порошком, а электроды подключены к блоку питания, подключенному к блоку управления , соединенному с термодатчиком и нагревателем, размещенными на внутреннем электроде, охвать1вающем термостатируемый объект, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона термостатирования , в зазоре между электродами установлен промежуточный сферический электрод, образующий две несообщающиеся между собой полости, причем промежуточный сферический электрод и электрически соединенные между собой внешний и внутренний электроды подключены к противоположным полюсам блока питания, а радиусы электродов связаны соотношением: PI (Гэ - Га ь (Рг- PI) 1-3 где PI - радиус внутреннего электрода; rj радиус промежуточного электрода; г -радиус внешнего электрода. 2. Термостат, содержащий два электрода выполненные в виде концентрических тел вращения, межэлектродный зазор которых частично заполнен электропроводным порошком , а электроды подключены к блоку питания, подключенному к блоку управления , соединенному с термодатчиком и нагревателем , размещенными на внутреннем электроде , охватывающем термостатируемый объект, отличающийсятем, что, с целью (Л расширения диапазона термостатирования, в зазоре между электродами установлен промежуточный цилиндрический электрод, образующий две несообщающиеся между собой полости, причем промежуточный цилиндрический электрод и электрически соединенные между собой внутренний и внешний электроды подключены к противоположным полюсам блока питания, а радиусы О5 электродов связаны соотношением о оо (-)Га fi 00 4 гдег -радиус внутреннего электрода; Гг - радиус промежуточного электрода; rj - радиус внешнего электрода.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4Ш 05 D 2330

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОЙСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ г, (Г,- гг) Pg ь (rà r1д

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3644486/24-24 (22) 27.09.83. (46) 07.06.85. Бюл. № 21 (72) Ю. Е. Тетеля, В. П. Усенко, В. В. Пушков и А. А. Пении (71) Специализированное конструкторскотехнологическое бюро твердотельной электроники с опытным производством Института прикладной физики АН. Молдавской ССР (53) 621.555 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 438863, кл. F 28 F.. 13/16, 1974.

Авторское свидетепьство СССР № 935891, кл.,G 05 D 23/30, 1982. (54) ТЕРМОСТАТ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Термостат, содержащий два электрода, выполненные в .виде концентрических тел вращения, межэлектродный зазор которых частично заполнен электропроводным порошком, а электроды подключены к блоку питания, подключенному к блоку управления, соединенному с термодатчиком и нагревателем, размещенными на внутреннем электроде, охватывающем термостатируемый объект, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона термостатирования, в зазоре между электродами установлен промежуточный сферический электрод, образующий две несообщающиеся между собой полости, причем промежуточный сферический электрод и электрически соединенные между собой внешний и внутренний электроды подключены к противоположным

„„SU„„1160384 А полюсам блока питания, а радиусы электродов связаны соотношением: где г, — радиус внутреннего электрода; г, — радиус промежуточного электрода; г, — радиус внешнего электрода.

2. Термостат, содержащий два электрода, выполненные в виде концентрических тел вращения, межэлектродный зазор которых частично заполнен электропроводным порошком, а электроды подключены к блоку питания, подключенному к блоку управления, соединенному с термодатчиком и нагревателем, размещенными на внутреннем электроде, охватывающем . термостатируемый в объект, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона термостатирования, в зазоре между электродами установлен пронежуточный дилиндрический электрод, образующий две несообщающиеся между собой полости, причем промежуточный ци- Я линдрический электрод и электрически соединенные между собой внутренний и внешний электроды подключены к противоположным полюсам блока питания, а радиусы электродов связаны соотношением С5

Ь а, О (". )"= ",* с где г, — радиус внутреннего электрода;

r — радиус промежуточного электрода;

- r — радиус внешнего электрода.

1160384

55

Изобретение относится к теплотехнике, точнее к устройствам для термостатирования различных объектов, и основано на воздействии электрического поля на дисперсную электропроводную среду.

Целью изобретения является расширение диапазона термостатирования объекта.

На фиг. 1 и 2 схематически изображены варианты выполнения предлагаемого термостата.

По первому варианту (фиг. 1) термостат состоит из внешнего сферического элек. трода 1, в котором на диэлектрических шайбах 2 установлен шаровой (внутренний) электрод 3. В шаровом электроде 3 установлен термостатируемый объект 4, например кристалл оптического преобразователя частоты. Торцы кристалла защищены оптическими окнами 5 и отделены от полости,-образованной электродами 1 и 3 диэлектрическими шайбами 2. При термостатировании других объектов, например электронных блоков, через торцы осуществляются электрические соединения. На шаровом электроде 3 размещены нагреватель 6 и термодатчик 7, подключенные к последовательно соединенным блоку 8 управления и блоку 9 питания. В зазоре между сферическим 1 и шаровым 3 электродами концентрически установлен промежуточный сферический электрод 10, разделяющий межэлектродный зазор на две несообщающиеся полости 11 и 12, частично заполненные электропроводным порошком 13. Сферический 1 и шаровой 3 электроды соединены между собой электрически и соединены с одним из полюсов блока 9 питания, а промежуточный электрод 10 — с противоположным полюсом блока 9 питания. Один из полюсов блока 9 питания может быть заземлен.

По второму варианту выполнения (фиг. 2) термостат состоит из внешнего цилиндрического электрода 14, в котором на диэлектрических шайбах 2 установлен внутренний цилиндрический электрод 15. Во внутреннем электроде 15 установлен термостатируемый объект 4, например кристалл оптического преобразователя частоты.

От окружающей среды термостатируемый объект 4 отделен оптическими окнами 5.

При термостатировании других объектов оптические окна 5 могут быть исключены.

На внутреннем электроде размещен нагреватель 6 и термодатчик 7, подключенные к последовательно соединенным блоку 8 управления и блоку 9 пита )ия.

В зазоре между электродами 14 и 15 параллельно установлен промежуточный цилиндрический электрод 16, разделяющий зазор на две несообщающиеся полости 17 и 18, частично заполненные электропроводным порошком 1. Цилиндрические электроды 14 и 15 электрически соединены между

45 собой и одним из полюсов блока 9 питания, а промежуточный электрод 16 — с противоположным полюсом блока 9 питания. Один из полюсов блока 9 питания может быть заземлен.

Несообщающиеся полости заполняются электропроводным порошком на 0,5 — 2 /р от объема полости, так как указанная объемная концентрация электропроводного порошка является оптимальной с точки зрения получения максимального диапазона изменения термического сопротивления полостей.

Термостат работает следующим образом.

При подаче разности потенциалов на соединенные цилиндрические электроды 14, 15 и промежуточный цилиндрический элек- трод 16 от блока питания 9 в полости 17 между внутренним цилиндрическим электродом 15 и промежуточным цилиндрическим электродом 16, а также в полости 18 между промежуточным цилиндрическим электродом

16 и цилиндрическим внешним электродом

14 возникает электрическое поле, приводящее частицы электропроводного порошка 13 в автоколебательное движение. При столкновении с электродами 14 — 16, находящимися при различной температуре, частицы электропроводного порошка 13 осуществляют перенос тепла от более нагретой поверхности к менее нагретой. Термостат со сферическими электродами (по первому варианту) работает аналогично.

Поскольку частота столкновений является функцией приложенного напряжения, переносимый частицами электропроводного порошка 13 тепловой поток функционально зависит от напряжения, вырабатываемого блоком 9 питания. Изменение величины этого напряжения, осуществляемое блоком 8 управления, соединенным с термодатчиком 7, позволяет поддержать неизменной температуру термостатируемого объекта 4. При наличии в термостатируемом объекте 4 достаточного собственного тепловыделения можно исключить нагреватель 6, или использовать его для ускорения достижения рабочего режима. В противоположном случае внутренний электрод снабжается нагреватслем 6, темловыделение в котором регулируется блоком 8 управления. Это позволяет дополнительно улучшить точность термостатирования.

Расширение диапазона температуры термостатируемого объекта 4 в сторону верхней границы достигается уменьшением лучистого теплопереноса, обеспечиваемого установкой в межэ1ектродном зазоре промежуточного электрода 16.

Сохранение нижней границы диапазона температуры требует согласованного управления автоколебательным движением частиц

1160384 электропроводного порошка 13 в обеих полостях при одинаковых разностях потенциалов между электродами 14.16 и 15.16. Согласованное управление, обеспечиваемое равенством пороговых напряженностей электрического поля в обеих полостях, позволяет осуществить как одновременное начало автоколебательного движения (и, следовательно, теплопереноса), так и одновременное достижение максимального теплопереноса.

Равенство пороговых напряженностей в обеих полостях достигается соответствующим выбором радиусов электродов 14 — 16.

В сферической полости, ограниченной проводящими поверхностями радиусами

r,<г,; напряженность электрического поля определяется выражением Е (r) = е,/r,, где е — заряд сферической области радиусом r . .Аналогично в сферической полости, ограниченной проводящими поверхностями радиусами г <гз, Ед (г) = ez/r, где е — заряд сферической области радиусом r,.

Величины зарядов e„e a могут быть найдены из соотношений е =сiЮ, e =cU, где U— разность потенциалов между электродами.

Величины емкостей, образованных поверхностями с радиусами r, r и r,, г соответственно равны

cg = г Ip /(lg — r„); cp = г Ip /(fg — г ), откуда ф

Ю

r r>u r r> U е,= е = — — — — — > (г. — гД иЪ вЂ” ),)

Поскольку начало автоколебательного движения частиц электропроводного порошка 13 начинается с внутренних поверхностей электродов 1 и 10 (радиусами rz, r3), то равенство пороговых напряженностей электрического поля в обеих полостях можно записать в виде

E (rz) = E z(r ), откуда е,/г = е /г, или, 1",г З/г (г — г ) = rzrqU/гз(гз — г ).

Упрощение этого выражения приводит к приведенному отношению радиусов электродов га ra (з — гг)

) з < га Ъ)

Аналогично для полостей, образованных электропроводными цилиндрическими электродами г,

Е (г) = 2л,/r; Ez(r) = 2m<(r) гдето,, и — заряд на единицу длины внутренних (для каждой полостИ) электродов.

Поскольку электрические ем кости конденсаторов в этом случае определяются выражениями с = 1/2In (г г ); с — — 1/2;Ь(гз/г ), то из условия равенства напряженности электрического поля на внутренних поверхностях электродов 14 и 16 Е (г ) = Е1(гз) получают

2U/2ã, Ь(г /r,) = 2И/2г In(r /rz).

Упрощение этого выражения приводит к следующему отношению цилиндрических электродов

В проведенных вычислениях предполагается, что толщина промежуточного электрода 16 мала, что обычно и требуется на практике во избежание увеличения перепада температуры на промежуточном электроде 16, что уменьшает диапазон температуры термостатируемого объекта 4.

Конкретный выбор варианта выполнения термостата зависит от термостатируемого объекта и изменения его положения в пространстве. Для случая, когда термостатируемое тело занимает произвольное положение в пространстве (т.е. вращается вокруг всех трех осей), работоспособным будет первый вариант (сфера в сфере). Изготовление такого термостата для тел протяженных (типа цилиндра) связано с определенными не40 удобствами и повышенными затратами. Для таких тел подходит второй вариант выполнения термостата, однако в этом случае исключается возможность вращения вокруг оси, перпендикулярной образующей цилиндра.

1160384 уФ

42

Фиг. /

gr f6 и б

Соста в ител ь Ю. Тетеля

Редактор А. Шандор Техред И. Верс Корректор М. Максимишинец

Заказ 3774/45 Тираж 863 Подписное

ВНИ И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4