×
10.02.2014
216.012.9fd4

ТЕРМОСТАТ ДЛЯ КАЛИБРОВКИ И ПРОВЕРКИ ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002506624
Дата охранного документа
10.02.2014
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к термостату для калибровки и поверки океанографических приборов. Технический результат заключается в повышении точности термостатирования до 0,001°C и в сокращении времени выхода термостата в заданную точку температуры в 3 раза за счет оптимизации алгоритма регулирования. Для этого предложен термостат, содержащий рабочую теплоизолированную камеру и размещенные в ней охлаждающий элемент Пельтье с вентилятором, подключенные непосредственно к стабилизированному источнику питания, резистивный нагревательный элемент, управ-ляемый исполнительным ключом в виде силового транзистора, и электронный регулятор температуры, состоящий из мостовой схемы с датчиком и задатчиком температуры, с уси-лителем разбаланса моста, при этом электронный регулятор температуры дополнен последовательно включенными между мостовой схемой и входом силового транзистора блоком плавного регулирования мощности нагревателя и блоком упрежде-ния включения и выключения нагревательного элемента, при этом блок упреждения включения и выключения нагревательного элемента выполнен на операционном усилите-ле с дифференцирующей RC-цепочкой в инвертирующей обратной связи операционного усилителя, а блок плавного регулирования мощности нагревательного элемента выполнен в виде генератора пилообразного напряжения треугольной формы с регулируемым поро-гом отсечки, построенного из двух логических элементов ИЛИ с интегрирующей RC- цепью на выходе генератора. 1 ил.
Основные результаты: Термостат, содержащий рабочую теплоизолированную камеру и размещенные в ней охлаждающий элемент Пельтье с вентилятором, подключенные непосредственно к стабилизированному источнику питания, резистивный нагревательный элемент, управ-ляемый исполнительным ключом в виде силового транзистора, и электронный регулятор температуры, состоящий из мостовой схемы с датчиком и задатчиком температуры, с уси-лителем разбаланса моста, отличающийся тем, что электронный регулятор температуры дополнен последовательно включенными между мостовой схемой и входом силового транзистора блоком плавного регулирования мощности нагревателя и блоком упрежде-ния включения и выключения нагревательного элемента, при этом блок упреждения включения и выключения нагревательного элемента выполнен на операционном усилите-ле с дифференцирующей RC-цепочкой в инвертирующей обратной связи операционного усилителя, а блок плавного регулирования мощности нагревательного элемента выполнен в виде генератора пилообразного напряжения треугольной формы с регулируемым поро-гом отсечки, построенного из двух логических элементов ИЛИ с интегрирующей RC- цепью на выходе генератора.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области океанографической техники и предназначено для калибровки и поверки измерительных приборов при использовании совместно с эталонным цифровым термометром.

Известны термостаты, содержащие теплоизолированный корпус и размещенные в нем блок питания, вентилятор, нагреватель и блок охлаждения, управляемые первым и вторым задатчиками и блоком регулирования температуры (Патент RU №95112630 от 27.07.1997 г. Термостат). Недостатком этого термостата является необходимость использования дополнительных хладоэлементов (предварительно охлажденных закладных емкостей) и электрического аккумулятора, что ограничивает продолжительность рабочего сеанса и тем самым создает неудобства в работе, снижающие производительность труда.

Известно также "Устройство для регулирования температуры" аналогичного назначения, используемого в электрорадиотехнических системах (патент RU №2160920 C2 от 20.12.2000 г.). Это устройство содержит последовательно включенные термочувствительный узел, усилитель с переключательной характеристикой компаратора и нагреватель. Устройство отличается тем, что в термочувствительный узел введен дополнительно высокоомный резистор. Кроме того, устройство отличается тем, что усилитель с переключательной характеристикой компаратора содержит первый и второй транзисторы и выходной транзисторный ключ, к коллектору которого подключен нагреватель. Преимуществом данного устройства согласно описанию является уменьшение потребления энергии в состоянии «выключено» и «уменьшение габаритов». Недостатком данного устройства, с точки зрения поставленной задачи, является низкая точность термостатирования, обусловленная двухпозиционным режимом работы регулятора. Этот недостаток связан с использованием усилителя с переключательной характеристикой компаратора. При двухпозиционном принципе регулирования нагреватель устанавливается в положение «включено» или «выключено» только в момент достижения заданной точки температуры. При этом неизбежно происходит перерегулирование за счет инерционности нагревательного элемента. В результате температура рабочей камеры все время колеблется около заданной точки термостатирования с некоторой амплитудой по пилообразному закону. Амплитуда и период колебаний температуры определяются соотношением теплоемкости нагревателя к теплоемкости содержимого рабочей камеры, а также временем запаздывания реакции датчика температуры. В типичном случае амплитуда колебаний температуры составляет от 0,1 до 1°C, а период колебаний - от одной секунды до минуты. Для целей калибровки океанографических приборов такие параметры термостата не приемлемы, так как требования к точности калибровки находятся на уровне 0,001°C и выше.

Наиболее близким техническим решением к заявленному по совокупности признаков является "Устройство для стабилизации температуры изделия" (патент RU 5359309 от 10.01.2009 г.). Согласно описанию этого изобретения устройство содержит связанные между собой стабилизированные цепи питания, первый и второй датчики температуры, два усилителя, генератор тока и выходной силовой транзистор, управляющий включением нагревателя.

Техническим результатом изобретения согласно прототипу является повышение надежности его работы путем исключения вероятности перегрева при одном отказе любого элемента за счет совмещения роли регулятора температуры и нагревателя без снижения надежности исполняемой функции.

Недостатком прототипа с точки зрения поставленной задачи является низкая точность стабилизации температуры, обусловленная его структурной схемой. Согласно структурной схеме температура устройства поддерживается на заданном уровне в некотором интервале от tmin до tmax, ограниченном первым и вторым задатчиками температуры. Так работает, например, бытовой холодильник, периодически включаясь при достижении температуры верхней границы заданного интервала и выключаясь при достижении нижней границы. Такие характеристики устройства не удовлетворяют требованиям поставленной задачи.

Задачей настоящего изобретения является создание термостата для калибровки измерительных приборов со стабильностью поддержания температуры в рабочей камере на уровне 0,001°C в нескольких заданных точках рабочего диапазона. При этом предполагается, что абсолютная погрешность калибровки обеспечивается эталонным цифровым термометром. Кроме того, в задачу изобретения входит повышение производительности труда оператора, выполняющего калибровку, которая обеспечивается достаточно быстрым процессом установления заданной температуры в термостате.

Указанные цели достигаются тем, что в термостате, содержащем рабочую тепло-изолированную камеру и размещенные в ней охлаждающий элемент Пельтье с вентилятором, подключенные непосредственно к стабилизированному источнику питания, резистивный нагревательный элемент, управляемый исполнительным ключом в виде силового транзистора, и электронный регулятор температуры, состоящий из мостовой схемы с датчиком и задатчиком температуры, с усилителем разбаланса моста, отличающийся тем, что электронный регулятор температуры дополнен последовательно включенными между мостовой схемой и входом силового транзистора блоком плавного регулирования мощности нагревателя и блоком упреждения включения и выключения нагревательного элемента, при этом блок упреждения включения и выключения нагревательного элемента выполнен на операционном усилителе с дифференцирующей RС-цепочкой в инвертирующей обратной связи операционного усилителя, а блок плавного регулирования мощности нагревательного элемента выполнен в виде генератора пилообразного напряжения треугольной формы с регулируемым порогом отсечки, построенного из двух логических элементов ИЛИ с интегрирующей RC-цепью на выходе генератора.

Блок-схема термостата представлена на Фиг. 1. В состав блок-схемы входят расположенные в теплоизолированной камере: стабилизированный источник питания 1, измерительный мост, в плечи которого подключены задатчик температуры 3 типа регулируемого потенциометра и термисторный датчик температуры 4, блок упреждения 5, построенный из операционного усилителя 6 и дифференцирующий цепочки 7, усилитель 8 сигнала разбаланса моста, исполнительный ключ 9 в виде полевого транзистора, резистивный нагревательный элемент 10, элемент Пельтье 11, вентилятор 12, блок плавного регулирования мощности нагревателя 13 в виде двух логических инверторов ИЛИ 14 и интегрирующей RC-цепочки 15.

Работа схемы происходит в следующем порядке. После включения стабилизированного источника питания 1, термостат начинает работать. Если температура окружающей среды выше заданной точки термостатирования, то включается охлаждающий элемент Пельтье 11 и доводит температуру рабочей камеры до температуры несколько ниже точки термостатирования. Далее элемент Пельтье остается постоянно включенным и не регулируется, поскольку ввиду его большой тепловой инерции регулирование не целесообразно. После выхода температуры камеры ниже точки термостатирования датчик температуры 4 выдает положительный сигнал разбаланса моста, который усиливается усилителем 8 и через исполнительный ключ на транзисторе 9 включает резистивный нагреватель 10. Тепловая мощность нагревателя выше мощности охлаждающего элемента Пельтье, поэтому рабочая камера начинает быстро нагреваться. На начальном участке нагрева камеры сигнал разбаланса датчика температуры имеет большую величину, вызывая ограничение усилителя 8. Ограниченный сигнал имеет постоянный уровень, близкий к напряжению питания, поэтому блок упреждения включения и выключения нагревателя 5 и блок плавного регулирования мощности 13, реагирующие на скорость изменения сигнала, не принимают участия в регулировании температуры. При подходе температуры к точке термостатирования в интервале порядка 0,1°C сигнал разбаланса моста 2 снижается на столько, что усилитель разбаланса 8 выходит из ограничения и переходит в линейный режим усиления. На этом этапе вступают в работу блоки упреждения 5 и плавного регулирования мощности нагревателя 13. Принцип действия блока упреждения заключается в том, что он вырабатывает выходной сигнал управления, пропорциональный скорости изменения температуры с учетом знака изменения. Эту функцию выполняет дифференцирующая RC-цепочка 7, включенная в обратную связь операционного усилителя 6. Выходной сигнал блока упреждения 5 складывается с сигналом разбаланса моста с учетом знака и тем самым вызывает упреждающее включение или отключение нагревателя. Чем больше скорость изменения температуры, тем раньше срабатывает блок упреждения. В результате упреждающего отключения нагревателя температура некоторое время продолжает по инерции изменяться в ту же сторону, но с меньшей скоростью и подходит к точке термостатирования по экспоненте, не переходя границу. На этой же стадии процесса нагрева, когда усилитель сигнала разбаланса выходит из ограничения и переходит в линейный режим, в работу включается блок плавного регулирования мощности нагревателя 13. Принцип действия этого блока заключается в том, что он вырабатывает сигнал пилообразного напряжения треугольной формы достаточно высокой частоты по отношению к инерционности рабочей камеры термостата. Этот сигнал вызывает прерывистое включение нагревателя короткими импульсами относительно высокой частоты. За счет тепловой инерции нагревателя импульсный режим сглаживается и воспринимается как плавное регулирование. При этом сохраняется высокий КПД управляющего ключа, который в отличие от действительно плавного аналогового регулятора задатчика температуры 3 не рассеивает на себе остаточной мощности. Плавно изменяемым параметром прерывистого включения является скважность управляющих импульсов, которая может изменяться от нуля до единицы. Длительность управляющих импульсов плавно регулируется сигналом разбаланса моста 2 путем изменения порога отсечки пилообразного напряжения. Пилообразное напряжение треугольной формы вырабатывается генератором пилообразного напряжения, построенным из двух логических элементов ИЛИ и интегрирующей RC-цепочки. В результате плавного регулирования мощность нагревателя автоматически устанавливается в точке термостатирования на таком уровне, при котором мощность теплового потока из термостата в окружающую среду равняется суммарной мощности нагревателя и охладителя. При этом регулирование температуры осуществляется устойчиво без колебаний. Остаточная погрешность регулирования температуры определяется чувствительностью датчика температуры 4 и коэффициентом усиления усилителя сигнала разбаланса моста 8.

Заявленные преимущества изобретения обеспечиваются его отличительными признаками. Высокая точность термостатирования на уровне 0,001°C достигается благодаря высокой чувствительности датчика температуры и большому коэффициенту усиления усилителя 8 сигнала разбаланса моста. При высокой чувствительности электронного регулятора его устойчивость обеспечивается только благодаря действию блоков упреждения включением нагревателя 5 и плавного регулирования мощности нагревателя 13. Без их участия схема регулирования неизбежно возбуждается на низкой частоте с большой амплитудой автоколебаний температуры.

Быстрый выход термостата на заданную температуру достигается за счет того, что большую часть цикла регулирования рост или снижение температуры происходит при максимальной мощности нагревателя или охладителя. И только при подходе температуры к точке термостатирования на 0,1°C включается режим плавного регулирования с относительно малой скоростью роста или снижения температуры. Такой алгоритм функционирования регулятора обеспечивает минимально возможное время выхода термостата в рабочую точку и соответственно высокую производительность труда при выполнении операций калибровки и поверки. Экспериментальные исследования опытного образца термостата подтвердили ожидаемые технические характеристики.

Термостат, содержащий рабочую теплоизолированную камеру и размещенные в ней охлаждающий элемент Пельтье с вентилятором, подключенные непосредственно к стабилизированному источнику питания, резистивный нагревательный элемент, управ-ляемый исполнительным ключом в виде силового транзистора, и электронный регулятор температуры, состоящий из мостовой схемы с датчиком и задатчиком температуры, с уси-лителем разбаланса моста, отличающийся тем, что электронный регулятор температуры дополнен последовательно включенными между мостовой схемой и входом силового транзистора блоком плавного регулирования мощности нагревателя и блоком упрежде-ния включения и выключения нагревательного элемента, при этом блок упреждения включения и выключения нагревательного элемента выполнен на операционном усилите-ле с дифференцирующей RC-цепочкой в инвертирующей обратной связи операционного усилителя, а блок плавного регулирования мощности нагревательного элемента выполнен в виде генератора пилообразного напряжения треугольной формы с регулируемым поро-гом отсечки, построенного из двух логических элементов ИЛИ с интегрирующей RC- цепью на выходе генератора.
ТЕРМОСТАТ ДЛЯ КАЛИБРОВКИ И ПРОВЕРКИ ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-8 из 8.
27.05.2013
№216.012.4524

Тензометр

Использование: для длительного мониторинга механических напряжений и деформаций в морских ледостойких сооружениях. Сущность: тензометр выполнен в виде герметизированного цилиндрического корпуса с выдвижным штоком. Внутри корпуса размещен емкостной первичный преобразователь, один электрод...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483277
Дата охранного документа: 27.05.2013
10.06.2013
№216.012.49a0

Гидроакустический автономный волнограф

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения и регистрации морского волнения методом импульсной эхолокации узконаправленным лучом в направлении от дна к поверхности воды. Волнограф содержит пьезокерамический излучатель коротких посылок несущей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484428
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4dc6

Способ и устройство для обнаружения и диагностики дефектов в морских ледостойких платформах

Использование: для обнаружения и диагностики механических дефектов в морских ледостойких платформах башенного типа. Сущность: на палубе платформы устанавливают двухкомпонентный датчик горизонтальных ускорений инфразвукового диапазона и с его помощью регистрируют в компьютере амплитуду, форму и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485492
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.11.2013
№216.012.7f63

Компаратор для измерения солености морской воды

Изобретение может быть использовано в качестве рабочего и эталонного средства измерений. Компаратор согласно изобретению содержит первичный преобразователь температуры и индуктивный первичный преобразователь электрической проводимости с входным и выходным тороидальными трансформаторами,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498284
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.01.2015
№216.013.1b14

Способ и устройство акустико-эмиссионной диагностики дефектов морских ледостойких сооружений

Использование: для акустико-эмиссионной диагностики морских ледостойких сооружений. Сущность изобретения заключается в том, что в критичных узлах конструкции сооружения устанавливают акустико-эмиссионные преобразователи звукового диапазона частот, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538360
Дата охранного документа: 10.01.2015
20.02.2015
№216.013.2b9d

Способ и устройство для измерения толщины и плотности гололедных отложений

Изобретение относится к области измерения и регистрации гололедных отложений на длинномерных конструкциях типа морских буровых установок, линий электропередач и т.п. Целью настоящего изобретения является создание способа и устройства, обеспечивающих непрерывный, через точно определенные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542622
Дата охранного документа: 20.02.2015
13.01.2017
№217.015.741c

Гидроакустическая система подводной связи

Использование: изобретение относится к гидроакустике и может использоваться в системах подводной цифровой связи в условиях высокого уровня помех от многолучевости распространения акустического сигнала; сущность: защита от помех многолучевости и реверберации достигается применением в передатчике...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597685
Дата охранного документа: 20.09.2016
13.01.2017
№217.015.74a2

Гидроакустическая многоэлементная антенна

Использование: для приема цифровых данных в многолучевом гидроакустическом канале связи с выраженным эффектом замираний сигнала, обусловленных интерференцией акустических лучей; сущность: антенна выполнена из отдельных приемных элементов в виде тонкостенных пьезокерамических колец с широкой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597687
Дата охранного документа: 20.09.2016
Показаны записи 1-10 из 10.
27.05.2013
№216.012.4524

Тензометр

Использование: для длительного мониторинга механических напряжений и деформаций в морских ледостойких сооружениях. Сущность: тензометр выполнен в виде герметизированного цилиндрического корпуса с выдвижным штоком. Внутри корпуса размещен емкостной первичный преобразователь, один электрод...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483277
Дата охранного документа: 27.05.2013
20.06.2013
№216.012.4dc6

Способ и устройство для обнаружения и диагностики дефектов в морских ледостойких платформах

Использование: для обнаружения и диагностики механических дефектов в морских ледостойких платформах башенного типа. Сущность: на палубе платформы устанавливают двухкомпонентный датчик горизонтальных ускорений инфразвукового диапазона и с его помощью регистрируют в компьютере амплитуду, форму и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485492
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.11.2013
№216.012.7f63

Компаратор для измерения солености морской воды

Изобретение может быть использовано в качестве рабочего и эталонного средства измерений. Компаратор согласно изобретению содержит первичный преобразователь температуры и индуктивный первичный преобразователь электрической проводимости с входным и выходным тороидальными трансформаторами,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498284
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.02.2014
№216.012.9fca

Способ обнаружения айсбергов

Изобретение относится к области дистанционного зондирования ледяного покрова и может быть использовано для обнаружения айсбергов. Сущность: получают спутниковые радиолокационные снимки. Выделяют зоны аномального значения радиолокационного сигнала, сравнивая его с эталонным значением....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506614
Дата охранного документа: 10.02.2014
13.01.2017
№217.015.6c85

Термозонд одноразового действия с акустическим каналом связи для измерения распределения температуры воды с глубиной на ходу судна

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температурного профиля по глубине как на ходу судна, так и в дрейфе. Предложен термозонд, содержащий корпус, головную часть с грузом и измерительно-передающий блок, связанный с приемным блоком с помощью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592723
Дата охранного документа: 27.07.2016
13.01.2017
№217.015.741c

Гидроакустическая система подводной связи

Использование: изобретение относится к гидроакустике и может использоваться в системах подводной цифровой связи в условиях высокого уровня помех от многолучевости распространения акустического сигнала; сущность: защита от помех многолучевости и реверберации достигается применением в передатчике...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597685
Дата охранного документа: 20.09.2016
13.01.2017
№217.015.74a2

Гидроакустическая многоэлементная антенна

Использование: для приема цифровых данных в многолучевом гидроакустическом канале связи с выраженным эффектом замираний сигнала, обусловленных интерференцией акустических лучей; сущность: антенна выполнена из отдельных приемных элементов в виде тонкостенных пьезокерамических колец с широкой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597687
Дата охранного документа: 20.09.2016
13.01.2017
№217.015.79e6

Риометрический способ определения жёсткости геомагнитного обрезания

Изобретение относится к способам определения «жесткости геомагнитного обрезания» (ЖГО) - одного из геофизических параметров, который используется для мониторинга радиационной обстановки и распространения коротких радиоволн в магнитосфере и ионосфере высоких авроральных широт после мощных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599333
Дата охранного документа: 10.10.2016
13.01.2017
№217.015.890d

Способ типизации задач обработки данных дистанционного зондирования

Изобретение относится к области обработки информации, а более конкретно к анализу информации, получаемой от космических средств дистанционного зондирования Земли. Технический результат - повышение достоверности информации. Способ включает регистрацию параметров собственного или отраженного при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602339
Дата охранного документа: 20.11.2016
13.01.2017
№217.015.8975

Способ оперативного гидрометеорологического ледового обеспечения и ледово-информационная система для его осуществления

Изобретение относится к области гидрометеорологии и может быть использовано для оперативного гидрометеорологического ледового обеспечения. Сущность: измеряют значения параметров атмосферы и гидросферы, выполняют их обработку, анализ и прогноз состояния. Создают информационный продукт и доводят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602428
Дата охранного документа: 20.11.2016
+ добавить свой РИД