Термостат

 

Изобретение относится к термометрии и предназначено для поверки термометров. Термостат содержит градуировочную ванну, теплоноситель, нагреватель, крышку и стакан с отверстиями у основания. Внутри стакана размещен шнек, снабженный осевым вибровозбудителем. Технический результат выражается в получении стационарного однородного температурного поля. 1 ил.

Изобретение относится к термометрии и предназначено для поверки термометров.

Цель изобретения - повышение точности поверки, расширение диапазона температур при поверке, увеличение производительности и безопасности труда при поверочных работах.

Известны термостаты для поверки (градуировки) термометров, содержащие градуировочную ванну, жидкий теплоноситель, мешалку, нагреватель, терморегулятор (а. с. 1500867, кл. G 01 K 15/00, 1989; а.с. 1508108, кл. G 01 K 15/00, 1989).

В термостатах этих конструкций в диапазоне температур до 100^oС в качестве теплоносителя используется вода. В диапазоне температур до 200^oС используются легкие минеральные масла, в диапазоне до 300^oС тяжелые минеральные масла. Верхний предел температуры, ограничивающий использование масел, определяется температурой вспышки, температурой окисления, а для силиконовых масел температурой выделения токсичных веществ (200^oС). При температурах, превышающих 300^oС, используются расплавленные соли нитрата калия и нитрида натрия. Смеси этих солей используются в диапазоне от 150 до 600^oС. Соли коррозионно активны. Попадание небольшого количества влаги в соляную ванну может послужить причиной серьезного взрыва.

Таким образом, к недостаткам известных устройств следует отнести узость диапазонов воспроизводимых температур, токсичность и взрывоопасность при эксплуатации.

Если к аналогам отнести печи, используемые для градуировки термоэлектрических термометров (как бы "сухие термостаты"), то здесь следует отметить их крайне низкую производительность при проведении поверочных работ.

Наиболее близким устройством по достигаемому результату к заявленному является продувной (проточный) термостат (Т.Куинн. Температура. - М.: Мир, 1985, с. 141-142), содержащий градуировочную ванну, порошок окиси алюминия в качестве сыпучего теплоносителя, вход и выход для продувочного газа, нагреватель, крышку с отверстиями для градуируемых термометров. Термостат работает в интервале температур от комнатной до 900^oС.

Основным недостатком устройства прототипа является низкая однородность температурного поля (неизотермичность) внутри массы порошка-теплоносителя, находящегося в рабочей зоне градуировочной ванны термостата. Причиной этого недостатка являете то, что поднимающиеся в порошке раковины (пузыри) продувочного газа нарушают равномерность объемной плотности теплоносителя. Пузыри неконтролируемы по размеру и по траектории движения, это вызывает анизотропию теплоемкости и теплопроводности сыпучего материала, которая при возмущающем теплоотводе в окружающую среду со стороны градуируемых термометров приводит к перепадам температуры, что в свою очередь приводит к неточности поверки термометров.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении данного результата, является получение стационарного однородного температурного поля, выравнивание температуры во всей массе сыпучего теплоносителя.

Сущность изобретения состоит в том, чтобы, вызывая посредством новых конструктивных элементов активное принудительное перемешивание сыпучего теплоносителя, создавать условия для эффективного теплообмена между его частицами и получать в результате стационарное однородное температурное поле.

Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство термостата, содержащее градуировочную ванну, порошок окиси аллюминия, нагреватель, крышку с отверстиями, стакан с отверстиями у основания, причем внутри стакана размещен шнек, с возможностью вибрационного перемещения вдоль оси вращения, снабженный осевым вибровозбудителем, а размер частиц порошка окиси алюминия лежит в пределах 10...50 мкм.

На чертеже изображено устройство предлагаемого термостата, общий вид.

Термостат содержит градуировочную ванну 1, представляющую собой цилиндрический резервуар, помещенный во внешний корпус и теплоизолированный от него посредством материала с плохой теплопроводностью.

Градуировочная ванна заполнена сыпучим теплоносителем 2 (порошком окиси алюминия с размером частиц 10...50 мкм).

На внутренней поверхности градуировочной ванны размещен электрический нагреватель 3.

На днище градуировочной ванны вертикально закреплен стакан 4 с отверстиями 5 у основания. Внутри стакана размещен шнек 6 в виде стержня с винтовым желобом.

Градуировочная ванна закрыта теплоизолирующей крышкой 7 с отверстиями 8 для градуируемых термометров и стержня шнека.

С внешней стороны крышки на стержне шнека размещен редуктор и осевой вибровозбудитель 11.

Работает устройство следующим образом.

На электрический нагреватель 3 посредством электронного терморегулятора (на схеме не показан) подается электрическая мощность, равная мощности тепловых потерь термостата в окружающую среду.

Тепловые потери не являются стационарными и изотропными, они различны в разные моменты времени и в разных направлениях.

Данное обстоятельство потенциально заключает в себе причину неоднородности температурного поля в рабочей зоне термостата.

Нестационарность тепловых потерь в определенной степени компенсирует терморегулятор, подводящий к градуировочной ванне электрическую мощность с некоторыми колебаниями около конкретного среднего значения.

Амплитуда колебаний определяется техническими характеристиками терморегулятора и теплофизическими свойствами термостата.

Влияние анизотропии тепловых потерь на изотермичность рабочей зоны термостата устраняет шнек, приводимый во вращение через редуктор 9 и подвергаемый продольным вибрациям через вибровозбудитель вдоль оси своего вращения. Вибрации, возбуждаемые в сыпучем материале, в определенной степени придают ему свойства жидкости. В связи с этим сыпучий теплоноситель 2 через отверстия 5 в стакане 4 попадает на винтовой желоб шнека 6 и, поднимаясь по винтовому пути вверх, высыпается из стакана и опускается вниз.

Таким образом, происходит активное принудительное перемешивание порошка теплоносителя и благодаря эффективному теплообмену между его частицами происходит выравнивание температуры во всей массе сыпучего теплоносителя.

В результате работы такого устройства обеспечивается однородность температурного поля (изотермичность) в рабочей зоне градуировочной ванны термостата.

Формула изобретения

Термостат, содержащий градуировочную ванну, порошок окиси алюминия, нагреватель, крышку с отверстиями, стакан с отверстиями у основания, отличающийся тем, что внутри стакана размещен шнек с возможностью вибрационного перемещения вдоль оси вращения, снабженный осевым вибровозбудителем, причем размер частиц порошка окиси алюминия лежит в пределах 10-50 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1