Термоэлектрический термостат

 

Изобретение относится к биологическому исследовательскому оборудованию космических аппаратов, а именно к термоэлектрическим термостатам для биологических исследований преимущественно в условиях микрогравитации. Цель изобретения - повышение надежности термостата при отказе узла теплосброса. Термостат содержит термостатируемую камеру 1, полупроводниковую термобатарею 2, датчик 3 температуры, усилитель 4, ШИМ 5, ключевой элемент 6, фильтр 9, замыкающий контакт 12 включения, источник 14 питания , преобразователь 15, вентилятор 16, коммутатор 17, первый 19 и второй 24 коммутаторы , мультивибратор 20, триггер 25. Наличие схемы аварийного отключения, выполненной на двух компараторах, мультивибраторе , коммутаторе и триггере с их связями, исключает расплавление горячих спаев термобатареи. 1 ил. т С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 05 0 23/30

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент cccp) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

14

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4688660/24 (22) 06.05.89 (46) 07.02.93, Бюл. N 5 (71) Опытное производство Института проблем онкологии им.P.Е. Кавецкого и Научнопроизводственное объединение "Квант" (72) В.И,Бутырский и В.Г.Беляк (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1269113, кл. G 05 D 23/19, 1986.

Оборудование космического производства./Под ред. акад. В,П.Бермина, М.: Машиностроение, 1988, с.89. (54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ TEPMOCTAT (57) Изобретение относится к биологическо му исследовательскому оборудованию космических аппаратов, а именно к термоэлектрическим термостатам для био„„Я „„1793432 Al логических исследований преимущественно в условиях микрогравитации. Цель изобретения — повышение надежности термостата при отказе узла теплосброса.

Термостат содержит термостатируемую камеру 1, полупроводниковую термобатарею

2, датчик 3 температуры, усилитель 4, ШИМ

5, ключевой элемент 6, фильтр 9, замыкающий контакт 12 включения, источник 14 питания, преобразователь 15, вентилятор 16, коммутатор 17, первый 19 и второй 24 коммутаторы, мультивибратор 20, триггер 25.

Наличие схемы аварийного отключения, выполненной на двух компараторах, мультивибраторе, коммутаторе и триггере с их связями, исключает расплавление горячих спаев термобатареи. 1 ил, 1793432

15

25

50

Изобретение относится к биологическому исследовательскому оборудованию космических аппаратов, а именно к термоэлектрическим термостатам для биологических исследований преимущественно в условиях микрогравитации, Известен термостабилизатор, содержаI щий датчик и задатчик температуры, элемент сравнения, компаратор, термобатарею, запоминающий элемент, . ключ и генератор импульсов. В данном термостабилизаторе питание термобатареи осуществляется импульсами тока. В паузах между импульсами питания непосредственно на тех же клеммах термобатареи измеряется ЭДС Зеебека, которая сравнивается с разностным сигналом от датчика и задатчика температуры. Регулирование перепада температуры на термобатарее по результатам сравнения достигается изменением количества поданных на термобатарею импульсов тока питания, Недостатками этого термостабилизатора являются невысокая точность поддержания заданной температуры при больших перепадах температуры окружающей среды. высокий уровень электромагнитных помех от импульсов тока питания термобатареи, наличие гармоник в спектре тока питания термобатареи, не создающих термоэлектрического эффекта. Кроме того, существенным недостатком конструкции является отсутствие системы принудительного теплосброса от горячего спая термобатареи. Данная система теплосброса обязательна в условиях невесомости;

Как известно, к термостатам для биологических исследований в космосе предъявляются требования высокой точности, экономичности и электромагнитной совме- 4 стимости с другой бортовой аппаратурой, Указанные недостатки не позволяют использовать термостабилизатор в качестве термостата для биологических исследований в космосе. Наиболее близким по техни- 4 ческой сущности к заявляемому термостату является выбранный в качестве прототипа термостат, используемый для проведения биологических экспериментов в условиях микрогравитации. Этот термостат содержит полупроводниковую термобатарею, термостатируемую камеру с размещенным в ней датчиком температуры, к выходу которого подключены последовательно соединенные усилитель, первые широтно-импульсный модулятор, ключ и фильтр, при этом силовой вход первого ключа подсоединен через за.-мыкающий контакт включения к источнику питания, а также последовательно соединенные вторые широтно-импульсный модулятор, ключ, фильтр, формирователь переменного напряжения и вентилятор принудительного охлаждения термобатареи, причем . силовой вход второго ключа связан с силовым входом первого ключа. Этот же термостат имеет ограничитель сигнала, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход — с входом второго широтно-импульсного модулятора.

Существенным недостатком данного термостата является то, что в случае отказа узла теплосброса отключение термостата может быть произведено лишь по команде с Земли на основании телеметрических данных, поступающих с борта космического аппарата. Такая система аварийного отключения инерционна и ненадежна, так как зависит от внимания и субъективных особенностей оператора. В случае несвоевременного отключения термостата возмо- . жен выход из строя термобатареи из-за перегрева и возникновения пожара на борту, что может привести к аварийной ситуации.

Целью изобретения является повышение надежности термостата при отказ узла теплосброса.

Цель. достигается тем, что в термостат введены последовательно соединенные первый компаратор, мультивибратор и коммутатор, а также последовательно соединенные второй компаратор и триггер, выходом подключенный к управляющему входу ключевого элемента, а выход фильтра и второго компаратора соединены через перекидной контакт коммутатора с термобатареей.

На чертеже представлена схема термостата.

Термастат содержит термостатируемую камеру 1 с размещенными в ней полупроводниковой термобатареей 2 (холодный спай ее смонтирован внутри камеры, а горячий — снаружи) и датчиком 3 температуры, к которому подключены последовательно соединенные усилитель 4, широтно-импульсный модулятор (LUNM) 5, ключевой элемент

6, имеющий информационный вход 7 и управляющий вход 8, фильтр 9, при этом силовой вход 10 ключевого элемента 6 соединен с первой клеммой 11 замыкающего контакта

12 включения, вторая клемма 13 которого соединена с источником 14 питания. Упомянутые выше элементы представляют собой контур, регулирующий температуру внутри термостата, Термостат содержит также узел принудительного теплосброса с термобатареи, с ее горячего спая. Этот узел состоит из последовательно соединенных преобразова1793432 телей 15 и вентилятора 16. Вход преобразо- батареи 2. Выход 23 коммутатора 17 оказывателя 15 соединен с клеммой 11 замыкаю- вается отключенным от второго компаратощего контакта 12. ра 24. Сигнал на триггер 25 не поступа..т.

Для автоматического аварийного от- Поэтомунауправляющемвходе8нетзапреключения термостата в случае отказа узла 5 щающегосигналанавыключениеключевого теплосброса в нем имеется схема, состоя- элемента 6. щая из коммутатора 17 с первым входом 18, При большой разности температур с первого компаратора 19 и мультивибратора усилителя 4 на ШИМ 5 поступает большой

20. Причем эти элементы включены в схему сигнал. ШИМ 5 вырабатывает импульсы с последовательно друг с другом, при этом 10 минимальной скважностью, которые постукоммутатор 17 имеет также второй управля- пают на фильтр 9. Далее постоянный сигнал ющий вход 21 и два выхода 22 и 23. поступает на первый вход 18 коммутатора

Крометого, всхему введены последова- 17 и на вход первого компаратора 19. С тельно соединенные второй компаратор 24 выхода компаратора 19 на вход мультивиби триггер 25. Коммутатор 17 выполнен на 15 ратора 20 поступает разрешающий сигнал. электромагнитном реле, имеющем перекид- Мультивибратор вырабатывает импульсы ной контакт, соединяющий термобатарею 2 большой скважности. С приходом импульса или с фильтром 9, или с вторым компарато- с мультивибратора на управляющий вход 21 ром 24. коммутатора17 он отключает вход 18 от выТермостат работает следующим обра- 20 хода 22 и соединяет между собой выходы 22 зом. и 23, При этом на вход второго компаратора

Включением контакта 12 замыкаются 24 оттермобатареи поступает ЭДС Зеебека. его клеммы 13 и 11 и напряжение питания Если ее величина меньше заранее установот источника 14 подается на электронную ленного значения, соответствующего пресхему термостата, в том числе на вход 10 25 дельному перегреву горячего спая ключа 6 и на вход преобразователя 15, По- термобатареи, то второй компаратор 24 не следний преобразует постоянное напряже- включает триггер 25 и термостат продолжание в переменное, которое необходимо для ет работать в режиме периодической пропитания двигателя переменного тока венти- верки ЭДС Зеебека. Период измерения лятора 16. Данный тип двигателя выбран из 30 выбирается в зависимости от тепловой соображений более высокой надежности по инерционности и может составлять 20 — 60 сравнению с двигателями постоянного тока, мин.

Усилитель 4 вырабатывает разностный В случае отказа узла принудительного сигнал между сигналом от датчика 3 и сиг- теплосброса, что может иметь место при налом, соответствующим требуемой темпе- 35 выходе из строя вентилятора, преобразоваратуретермостатирования, Сигналсвыхода теля или уменьшения плотности воздуха усилителя 4 поступает на вход ШИМ 5. В (разгерметизация космического аппарата). зависимости от величины разностного сиг- температура горячего спая существенно нала ШИМ 5 подает на информационный увеличивается; а следовательно, возрастает вход 7 ключевого элемента 6 импульсы раз- 40 и ЭДС Зеебека. Последняя поступает от терличной скважности, С выхода ключа 6 мощ- мобатареи 2 через коммутатор 17 на вход ные импульсы поступают на фильтр 9 и компаратора 24. При этом срабатывает преобразуются в постоянное напряжение, триггер 25, который подает запрещающий которое через коммутатор 17 питает термо- 45 сигнал на вход 8 ключевого элемента 6. Побатарею 2. Величина постоянного напряже- следний закрывается и отключает питание ния питания термобатареи обратно от термобатареи, что предотвращает распропорциональна скважности импульсов плавление горячих спаев термобатареи. В ключевого элемента 6. дальнейшем включение термостата может

При малой разности между заданной 50 быть произведено только на Земле. после температурой и температурой в камере 1 устранения причин неисправности, термостата с усилителя 4 на ШИМ 5 посту- Введение в термастат схемы аварийнопает малый сигнал и, следовательно, термо- го отключения, которая выполнена из двух батарея 2 питается малым напряжением. компараторов, мультивибратора, коммутаПри этом первый компаратор 19 подает на 55 тора и триггера с их связями, позволяет повход мультивибратора 20 запрещающий высить надежность биологических сигнал. С мультивибратора на управляю- экспериментов, так как биообъекты при отщий вход 21 коммутатора 17 управляющие ключении термостата могут быть сохранены импульсы не поступают и коммутатор пере- при температуре окружающей среды, обесдает постоянноенапряжение, поступающее печивается пожаробезопасность и сохранот фильтра 9, на выход 22 и на вход термо- ность окружающей среды, обеспечивается

1793432 пожаробезопасность и сохранность аппаратуры. Повышается общая надежность а п паратур ы обеспечения медико-биологических экспериментов, что снижает затраты на проведение этих экспериментов в космосе.

Составитель Ю. Самошин

Техред М;Моргентал Корректор С. Лисина

Редактор С. Кулакова

Заказ 505 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Термоэлектрический термостат, содер. жащий датчик температуры, установленный в термостатируемой камере, выходом подключенный к последовательно соединенным усилителю, широтно-импульсному модулятору, ключевому элементу и фильтру, а также узел принудительного теплосброса с термобатареи, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности термостата при отказе узла теплосброса, введены последовательно соединенные первый компаратор, мультивибратор и коммутатор, а также последовательно соединенные второй компаратор и триггер, выходом подключенный к управляющему входу ключевого элемента, а выход фильтра и вход второго компаратора соединены через перекидной контакт коммутатора с термобатареей.