Прецизионный малогабаритный нуль-термостат

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам термостатирования контрольных спаев дифференциальных термопар. Нуль-термостат состоит из внешней цилиндрической камеры, выполненной из материала с высокой теплопроводностью. К верхнему основанию с внутренней стороны горячим спаем присоединен термоэлектрический модуль. Холодный спай термоэлектрического модуля находится в хорошем тепловом контакте с цилиндрической камерой, выполненной из материала с высокой теплопроводностью. Внутри камеры находится дистиллированная вода, разделенная границей раздела фаз на твердую и жидкую фазы. В жидкой фазе свободно плавает кольцеобразный поплавок, изготовленный из материала, не смачиваемого водой. В центре поплавка расположен контрольный спай дифференциальной термопары, который необходимо выдерживать при температуре 0^oС. Выводы контрольного спая термопары через специальное уплотнение выведены наружу из устройства. Крепление контрольного спая термопары в центре поплавка осуществляется посредством двух тонких капроновых ниток, закрепленных своими концами на самом поплавке и пересекающихся в его центре. Технический результат: повышение точности термостатирования контрольных спаев дифференциальных термопар. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройством термостатирования контрольных спаев дифференциальных термопар.

В промышленности и лабораторной практике для дистанционного измерения температуры обычно используются дифференциальные металлические термопары. Как известно, дифференциальная термопара имеет так называемый контрольный спай, который должен находиться при постоянной температуре. Обычно для удобства отсчета значений измеряемой температуры контрольные спаи термопар помещают в тающий лед, имеющий температуру 0^oС.

В ряде случаев, применение тающего льда сопряжено с определенными эксплуатационными неудобствами. В связи с этим разработано несколько вариантов термоэлектрических нуль-термостатов, которые обеспечивают автоматическое поддержание температуры на уровне 0^o.

Известна конструкция нуль-термостата, автоматическое поддержание температуры внутри рабочей камеры которого осуществляется специальной схемой двухпозиционного регулирования, температурным датчиком которой является малогабаритное ртутное реле [1]. Недостатком данного устройства является то, что точность регулировки температуры зависит от точности датчика, а так же сложность конструкции и электрической схемы.

Известно термоэлектрическое устройство с более высокой точностью 0,001^oС [1] . Автоматическое поддержание температуры на уровне 0^oС в этом приборе основано на изменении объема воды при ее замерзании. Это изменение объема регистрируется высокочувствительным контактным реле, включенным в схему управления, аналогичную той, что используется в предыдущем устройстве. Недостатки: сложная схема управления; сложная конструкция устройства; большие габариты.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Для достижения указанной цели предлагается прецизионный малогабаритный нуль-термостат, конструкция которого приведена на фиг.1.

Устройство состоит из внешней цилиндрической камеры 1, выполненной из материала с высокой теплопроводностью, к верхнему основанию которой с внутренней стороны горячим спаем присоединен термоэлектрический модуль 2. Холодный спай термоэлектрического модуля 2 находится в хорошем тепловом контакте с цилиндрической камерой 3, выполненной из материала с высокой теплопроводностью, у которой боковая стенка обладает эластичностью за счет небольшой толщины. Внутри камеры 3 находится дистиллированная вода 4, разделенная границей раздела фаз 5 на твердую и жидкую фазы, где в жидкой фазе свободно плавает кольцеобразный поплавок 6, изготовленный из материала, не смачиваемого водой. В центре поплавка расположен контрольный спай дифференциальной термопары 7, который необходимо выдерживать при температуре 0^oС. Выводы контрольного спая термопары 7 через специальное уплотнение 8 выведены наружу из устройства. Крепление контрольного спая термопары 7 в центре поплавка 6 осуществляется посредством двух тонких капроновых ниток 9, закрепленных своими концами на самом поплавке и пересекающихся в его центре (фиг. 2).

Принцип работы предлагаемого термоэлектрического нуль-термостата следующий. При включении питания термоэлектрического модуля 2 начинается процесс замерзания воды в тонкостенной цилиндрической камере 3 и образуется граница раздела фаз 5 замерзшей и не замерзшей воды. Выталкивающая сила, действующая на поплавок 6, прижимает последний к границе раздела фаз 5, в результате чего поплавок находится в зоне замерзания (таяния) воды (т.е. при 0^oС). Тепловая энергия, выделяемая на горячем спае термоэлектрического модуля 2, через стенки внешней цилиндрической камеры 1 передается на нижнее основание тонкостенной цилиндрической камеры 3. В результате работы термоэлектрического модуля происходит нагрев воды 4 в камере 3 с одной стороны (снизу) и охлаждение с другой стороны (сверху). Вследствие этого, в камере 3 постоянно присутствует граница раздела фаз 5, и контрольный спай 7 дифференциальной термопары постоянно находится при температуре таяния льда, т.е. 0^oС. Увеличение объема дистиллированной воды 4 в результате фазового перехода компенсируется упругими стенками камеры 3.

Данное устройство просто в изготовлении, надежно в работе и обеспечивает точность поддержания температуры 0,0005^oС. Так как устройство имеет малые габариты и не дорого в изготовлении, то может производиться серийно, вместе с дифференциальными термопарами, откалиброванными непосредственно на предприятии-изготовителе.

Литература 1. Коленко Е.А. Термоэлектрические охлаждающие приборы. Москва-Ленинград. Издательство Академии наук СССР. 1963 г., стр. 135.

Формула изобретения

Прецизионный малогабаритный нуль-термостат, содержащий емкость, заполненную тающим льдом, приведенную в тепловой контакт с холодным спаем термоэлектрического модуля, горячим спаем сопряженного с радиатором, отличающийся тем, что емкость представляет собой цилиндрическую камеру, выполненную из материала с высокой теплопроводностью, у которой боковая стенка обладает эластичностью за счет небольшой толщины, внутри которой находится дистиллированная вода, разделенная границей раздела фаз на твердую и жидкую фазы, где в жидкой фазе свободно плавает кольцеобразный поплавок, изготовленный из материала, имеющего плотность меньшую, чем плотность воды, и не смачиваемого ею, в центре которого расположен контрольный спай дифференциальной термопары, крепление которого в центре поплавка осуществляется посредством двух тонких капроновых ниток, закрепленных своими концами на самом поплавке и пересекающихся в его центре, при этом контрольный спай дифференциальной термопары вследствие выталкивающей силы, действующей на поплавок, постоянно находится в зоне замерзания (таяния) льда, а термоэлектрический модуль холодным спаем приведен в тепловой контакт с верхним основанием цилиндрической камеры, причем радиатор представляет собой внешнюю цилиндрическую камеру из материала с высокой теплопроводностью, контактирующую своим нижним основанием с нижним основанием тонкостенной цилиндрической камеры с тающим льдом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2