§ 2. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ УЛЬТРАТЕРМОСТАТ

В современной радиоэлектроника, а также в лабораторной практике часто требуется стабилизировать температуру с высокой степенью точности. Существующие конструкции ультратермостатов по своим параметрам и условиям эксплуатации не всегда отвечают практическим требованиям. Так, например, наиболее распространенный ультратермостат Геплера имеет следующие

педостатки: электродвигатель создает помехи и вибрацию прибора; используемый теплоноситель — вода — вызывает коррозию внутренних частей термостата; контактный термометр не обеспечивает требуемой надежности работы. Все эти факторы снижают эксплуатационные возможности прибора.

Электронный ультратермостат с термоэлектрическим охлаждением свободен от перечисленных выше недостатков. Отсутствие в приборе движущихся частей и вызывающих коррозию жидкостей, плавность и непрерывность регулирования в сочетании с высокой степенью стабилизации температуры обеспечивают высокие эксплуатационные качества прибора, позволяющие использовать его в наиболее ответственных радиоэлектронных устройствах для стабилизации температуры опорных элементов Вестона, отдельных элементов и узлов схем, а также при проведении лабораторных исследований.

Рис. 106. Блок-схема термоэлектрического ультратермостата.

Электронный ультратермоотат поддерживает постоянную температуру в объеме при изменении температуры окружающей среды от 10 до 30°.

В камере термостата, не содержащей каких-либо термостатируемых тел, стабильная температура устанавливается в течение не более 10 мин. Если в камеру поместить два нормальных элемента Вестона, стабильная температура в ней устанавливается через 2 часа. Термоэлектрический ультратермостат питается от сети напряжением 220 в при потребляемой мощности

Принцип действия ультратермостата. Электронный ультратермостат, блок-схема которого приведена на рис. 106, представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования температуры. Он состоит из регулируемого объекта (термостата), чувствительного элемента и электронного регулятора. Электронный регулятор состоит из усилителя с вибропреобразователем на входе и исполнительного элемента (усилителя мощности).

В качестве чувствительного элемента, воспринимающего изменение температуры в камере термостата, использован мост, образованный двумя термосопротивлениями типа последовательно включенными в противоположные плечи моста, и двумя манганиновыми сопротивлениями, включенными в два других плеча моста. Последовательное включение термосопротивлений преследует цель уменьшить рассеиваемую мощность на каждом

из них до величины ниже предельно допустимой при допустимой мощности

Мост питается от батареи, состоящей из шести элементов с общим напряжением 9 в, и сбалансирован при температуре 21°. При изменении температуры в камере термостата возникает разбаланс моста. Сигнал разбаланса поступает на вход усилителя и после преобразования вибропреобразователем в сигнал переменного тока с частотой 50 гц усиливается двумя первыми каскадами усилителя на лампах Усиленное переменное напряжение детектируется на втором контакте вибропреобразователя. Усилитель постоянного напряжения выполнен на лампе по схеме катодной компенсации. Сигнал, полученный на выходе усилителя, подается на усилитель мощности то дно связанный каскад на лампах питающий подогреватель камеры термостата. Фаза управляющего сигнала такова, что система, непрерывно компенсирует сигнал разбаланса моста. Броски показаний гальванометров измерительных схем, которые наблюдаются при использовании термостатов, работающих по принципу позиционного регулирования, исключаются благодаря непрерывности регулирования в этом приборе.

Для нормальной работы термостата необходимо охлаждений рабочей камеры. В данном ультратермостате применяется термоэлектрическое охлаждение, исключающее неудобства, связанные с использованием временно действующих охладителей. Полупроводниковая термобатарея питается от отдельного нестабилизированного выпрямителя, размещенного в блоке электронного регулятора с выходным напряжением 3 в и рабочим током 4 а. Температура внутри холодной камеры понижается на 12° относительно температуры окружающей среды. Максимально допустимый ток через термобатарею 8 а. Отвод тепла от горячих спаев термобатареи осуществляется системой воздушных радиаторов, расположенных веерообразно вокруг нижней части термостата.

Конструкция ультратермостата. Конструктивно ультратермостат выполнен в виде двух отдельных блоков: термостата и электронного регулятора, соединенных между собой кабелем со штепсельными разъемами.

Блок термостата состоит из двух частей: холодильника и камеры термостата. Термоэлектрическая часть прибора представляет собой теплоизолированную цилиндрическую камеру объемом в нижней части которой на текстолитовом кольце смонтирована термоэлектрическая батарея, состоящая из 72 последовательно соединенных термоэлементов. Горячие спаи термобатареи снабжены системой радиаторов, обеспечивающей достаточный теплоотвод в окружающую среду. Камера холодильника теплоизолирована пенопластом толщиной

Холодные спаи термоэлементов снабжены системой красномедных пластин, расположенных вертикально по всей внутренней

Рис. 107. Схема блока измерения температуры ультратермостата.

боковой поверхности рабочего объема, что создает достаточно хороший теплообмен между термобатареей и воздухом внутри камеры. Для ввода проводов от термостатируемых объектов и датчиков контроля стабильности температуры в крышке камеры имеется отверстие, закрываемое пробкой из пенопласта. Термочувствительный элемент — мост с термосопротивлениями — расположен близко от стенки камеры. На внешней поверхности камеры термостата располагается трехсекционная обмотка подогревателя. Мощность подогревателя может изменяться до что в сочетании с непрерывным охлаждением камеры позволяет стабилизировать температуру, не изменяя настройки датчика.

Электронный регулятор конструктивно выделен в отдельный блок. В этом блоке расположены: стабилизирова источник анодного напряжения 250 в, с током нестабилизированный источник питания усилителя мощности с напряжением 350 в и током нестабилизированный источник питания термобатареи с напряжением 3 в и током 4 а; батарея питания термочувствительного моста.

Схема измерения температуры. На рис. 107 приведена схема блока измерения температуры в камере термостата. В камеру помещается нормальный элемент Вестона III класса медный термометр сопротивления и образцовая катушка Термометр сопротивления, образцовую катушку и магазин включают последовательно в цепь батареи с напряжением 1.5 в.

Рис. 108. Изменение температуры со временем в рабочей камере термоэлектрического ультратермостата.

Изменение температуры в камере определяют косвенным путем, измеряя потенциометром ППТН-1 изменение напряжения на термометре сопротивления, при постоянном напряжении на образцовой катушке. В начале измерения напряжение на термометре сопротивления и образцовой катушке устанавливают равным При последующих измерениях напряжение на образцовой катушке контролируют потенциометром ППТН-1 с погрешностью до

В качестве индикатора используют фотокомпенсационный усилитель с чувствительностью на шкалу. При

необходимости это напряжение подгоняют при помощи магазина Подключение потенциометра ППТН-1 к образцовой катушке и термометру сопротивления осуществляется масляным переключателем

При постоянном напряжении на образцовой катушке изменение напряжения на термометре сопротивления обусловливается в основном изменением температуры в камере термостата. Изменение температуры по изменению напряжения на термометре сопротивления определяется по формуле

где изменение температуры в камере; К — коэффициент пропорциональности, равный в рассматриваемом случае изменение напряжения на термометре сопротивления.

График изменения температуры во времени в рабочей камере, построенный на основании экспериментальных данных, приведен на рис. 108.