Термоконвертер

 

Изобретение относится к технике регулирования температуры при помощи каскадных термобатарей и обеспечивает повышение динамической точности регулирования температуры. Термоконвертер содержит термобатарею 9, каждая секция 8 которой связана с соответствующим усилителем мощности 7 и с источником питания 12 через две группы контактов 10, 11, микропрограммное управление которыми осуществляется в зависимости от информации датчика температуры 1 и датчика 2 массового расхода термостабилизируемого потока жидкости. 2 ил. 1

Изобретение относится к устройствам для регулирования температуры и может быть использовано для термостатирования жидкостей в магистралях преимущественно аппаратуры медицинского назначения.

Известны устройства для регулирования температуры, содержащие различного рода нагреватели, датчик температуры, задатчик температуры и цифровые схемы обработки и управления [1] Указанные устройства обеспечивают только нагрев объекта и не позволяют регулировать температуру нагрева с достаточной динамической точностью.

Известны также устройства, обеспечивающие нагрев или охлаждение различных объектов при помощи термобатареи [2, 3] из которых ближайшим по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является устройство для регулирования температуры по [3] содержащее термобатарею, секции которой подключены последовательно-параллельно к выходу усилителя мощности через группы размыкающих контактов релейного элемента, а вход усилителя мощности, обмотки релейного элемента и выходы датчика температуры и задатчика температуры подключены к устройству управления, включающему дифференциальный усилитель, нуль-орган, широтно-импульсный модулятор, регулятор и элемент выделения модуля.

Известное устройство не может быть использовано для термостатирования потоков жидкости и различного рода магистралях, особенно в медицинской аппаратуре, где при ограниченной площади теплообмена требуется высокая точность термостатирования в широком диапазоне резких изменений массового расхода жидкости, поскольку включение или выключение сразу всех секций термобатареи влечет за собой измерение температуры потока, выходящее за пределы заданной точности, что в медицинской аппаратуре недопустимо.

Целью изобретения является создание устройства, пригодного для термостатирования потоков жидкости в магистралях преимущественно медицинской аппаратуры, а следовательно, повышение динамической точности регулирования температуры потока.

На фиг. 1 представлена схема предложенного термоконвертера; на фиг. 2 блок-схема алгоритма работы микроконтроллера.

Термоконвертер содержит датчик температуры 1 и датчик 2 массового расхода термостабилизируемого потока жидкости, выходами подключенные к коммутатору 3, блок управления 4 и связанные с ним задатчик температуры 5 термостабилизируемого потока жидкости, обмотки релейного элемента 6 и усилители мощности 7, количество которых соответствует числу секций 8 термобатареи 9. Каждая секция 8 снабжена первой группой контактов 11 и второй группой контактов 10 релейного элемента 6. Одни одноименные выводы каждой секции 8 подключены к размыкающим контактам соответствующей первой группы контактов 11, а другие к размыкающим контактам соответствующей второй группы контактов 10, замыкающие контакты всех первых групп контактов 11 соединены с источником питания 12, а замыкающие контакты первых групп 11 соединены с соответствующими усилителями мощности 7.

Устройство управления 4 содержит аналого-цифровой преобразователь 13 и микроконтроллер 14. Вход аналого-цифрового преобразователя 13 соединен с выходом коммутатора 3, вход которого подключен к микроконтроллеру 14.

Термоконвертер работает следующим образом. Поддержание заданной температуры производится по программе, размещенной в микроконтроллере 14 устройства управления 4, путем дискретного регулирования мощности термобатареи 9. В исходном состоянии обмотки релейного элемента 6 обесточены. Этому состоянию соответствует положение контактов первой 11 и второй 10 групп контактов, показанное на фиг. 1. От задатчика температуры 5 в микроконтроллер 14 вводится код температуры уставки Т_у, а от датчика температуры 1 через коммутатор 3 и аналого-цифровой преобразователь 13 код аналогового сигнала температуры (блоки 15, 16 на фиг. 2).

При первом цикле прохождения программы в микроконтроллере 14 выполняются все операции (блоки 15-23) приведенного на фиг. 2 алгоритма. Микроконтроллер 14 вычисляет температуру рассогласования Δ Т Т_у Т, анализирует знак Δ Т, и по результатам анализа возбуждает обмотки релейного элемента и переключает группы контактов 10 и 11, переводя термобатарею в режим нагрева или охлаждения в зависимости от знака Δ Т (блоки 17-19). Далее по запросу микроконтроллера 14 вводится код сигнала 2 массового расхода и микроконтроллер (блок 21) вычисляет величину К NG х х ΔT/G_max Δ T_max, где N число секций термобатареи, G_max и Δ T_max- наибольший массовый расход и допустимый диапазон температуры, задаются условиями эксплуатации аппаратуры. Затем микроконтроллер 14 округляет К в сторону увеличения и вырабатывает запрет на включение N-K усилителей мощности 7 (выработка кода маски, блок 22), после чего анализирует модуль Δ Т и включает программу дискретного регулирования усилителей мощности 7 для включения/выключения К секций 8 термобатареи 9.

При последующих циклах прохождения программы выполняются только операции (блоки 15-17, 20-23) приведенного алгоритма, связанные с обеспечением равенства выходной температуры потока жидкости и температуры уставки с учетом массового расхода жидкости в режиме, определенном при первом проходе программы, если заведомо известно, что реальные изменения температуры и массового расхода не потребуют изменения режима работы, установленного в первом цикле прохождения программы (нагрев или охлаждение).

В общем случае в каждом цикле прохождения программы выполняются все операции алгоритма (фиг. 2) последовательно, в результате чего обеспечивается термостатирование потока жидкости с динамической точностью, определяемой характеристиками термобатареи и временем прохождения программы в микроконтроллере.

Формула изобретения

ТЕРМОКОНВЕРТЕР, содержащий датчик температуры и подключенный к входу блока управления задатчик температуры термостабилизируемого потока жидкости, усилитель мощности, вход включения которого соединен с первым выходом блока управления, второму выходу которого подключен управляющий вход релейного элемента, а также термобатарею, каждая секция которой через размыкающие контакты соответствующей первой группы контактов релейного элемента соединена первым выводом с источником питания, отличающийся тем, что термоконвертер содержит датчик массового расхода термостабилизируемого потока жидкости, коммутатор и N-1, где N -число секций термобатарей, дополнительных усилителей мощности, подключенных входами включения к первому выходу блока управления, при этом каждая секция термобатарей вторым выводом через замыкающий контакт соответствующей второй группы контактов релейного элемента соединена с источником питания, а через размыкающий контакт той же группы контактов релейного элемента - с выходом соответствующего усилителя мощности, соединенным через замыкающий контакт соответствующей первой группы контактов релейного элемента с первым выводом соответствующей секции термобатареи, датчик температуры и датчик массового расхода термостабилизируемого потока жидкости подключены к соответствующим входам блока управления через коммутатор, управляющий вход которого связан с соответствующим выходом блока управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2