Термостатирующее устройство: Устройство термостатирующее измерительное «Термостат А2» купить

Устройство термостатирующее Термостат А2

Главная / Специализация по отрасли промышленности / Приборы для анализа качества нефтепродуктов / Устройство термостатирующее Термостат А2

Термостат А2 предназначен для создания и поддержания заданной температуры рабочей среды в интервале от + 15 °С до + 100 °С при определении кинематической вязкости нефтепродутов в соответствии с ГОСТ 33. Термостат снабжен автоматической системой контроля и регулирования температуры, цифровым индикатором текущей температуры и электронными секундомерами. Предусмотрена возможность автоматического расчёта кинематической вязкости.

Технические характеристики:

Диапазон измерения и поддержания температуры среды	от 15 до 100 °С
Абсолютная погрешность измерения температуры	не более ± 0,01 °С
Среднее квадратическое отклонение абсолютной погрешности поддержания температуры	не более 0,01 °С
Номинальная ступень квантования	0,001 °С
Количество одновременно устанавливаемых вискозиметров	4 шт
Время установления рабочего режима с температурой от 15 до 40 °С с температурой  от 40 до 100 °С	не более 20 мин не более 30 мин
Абсолютная погрешность измерения времени в течение 1 часа	не  более ± 1 с
Градиент температуры по горизонтали	±1,0х10-3 °С/см
Время непрерывной работы	не более 8 ч
Глубина рабочей камеры	250 мм

560214 — Термостатирующее устройство — PatentDB.

ru

Термостатирующее устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е пп 56О214

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Сьветеких

Сьциалкстических

Респубпик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.10.74 (21) 2064190j24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30.05.77. Бюллетень М 20

Дата опубликования описания 29.06.77 (51) М. Кл.»- G 05D 23/19

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и откр. :тий (53) УДК 621-555.6 (088 8) (72) Авторы изобретения

Э. В. Осипов и И. И. Очковский (71) Заявитель (54) ТЕРМОСТАТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к технике термоэлектрического охлаждения, и может быть применено для термостатирования на заданном уровне узлов и панелей электронной аппаратуре и других подобных объектов.

Известны устройства, осуществляющие термостатирование различных объектов на заданном температурном уровне следующим способом (1).

Измеряют температуру термостатируемого объекта, сравнивают температуру термостатируемого объекта с заданным уровнем термостатирования, принудительно изменяют величину и направление пропускаемого через термоэлектрический исполнительный элемент тока соответственно величине и знаку отклонения температуры объекта от заданного уровня термостатирования (контур термостатирования по отклонению температуры объекта от заданного уровня).

Таким образом, температура объекта автоматически поддерживается на заданном уровне.

Однако известные устройства обладают сравнительно низкой надежностью и точностью термостатирования на заданном уровне.

Это обусловлено тем, что при изменении температуры окружающей среды и соответственно условий теплосъема с горячего и холодного спаев термоэлектрического элемента существенно изменяется его выходная (тепловая) характеристика, а также наличием неизбежной и сравнительно большой статической ошибки.

5 Известные устройства также не предусматривают защиту от перегрева и выхода из строя термоэлектрического исполнительного элемента при непредвиденном значительном увеличении теплового сопротивления иа его

10 горячем спае (увеличение теплового сопротивления между горячим спаем и устройством теплосъема, выход из строя вентилятора или прекращение подачи воды соответствсиио при воздушном или водяном охлаждении горячего

15 спая, нарушение параметров теловой трубки и т. д.).

Наиболее близким техническим решением и изобретению является термостатирующее устройство, содержащее датчик и задатчик тем20 пературы объекта, подкчючениые к Олоку сравнения, соединенному через блок управления с термоэлектрическим исполнительным элементом (2).

25 Данное устройство также имеет сравнительно низкие надежность и точность термостатироваиия па заданном температурном уровне.

Цель изобретения — повышение иадежиоЗЭ сти и точности термостатироваиия.

560214

Это достигается тем, что устройство содержит дополнительный термоэлектрический исполнительный элемент, датчик температуры холодных спаев допол!!ительпого термоэлектричсского исполнительного элемента, запомипающий, дифференцирующий и релейпые элементы и дополнительный блок управления, выход которого подключен к дополнительному термоэлектрическому исполнительному элементу, а входы — к выходам первого и второго релсйиых элементов, соединенных с дифференцпрующим элементом.

Вход последнего подсоединен к датчику температуры холодных спаев дополнительного термоэлектрического испол!!ителы!ого элемента, сосдицсппому с третьим рслс!!пым элсме!!Том !! через замыкающий контакт первого релейного элемента с запоминающим элеме!гто.!, выход ко торого подключен к третьему релейному элс менту, а выход третьего релейного элсмента— к дополнительному блоку управлеш!я. Повышенная падежность предложен!!ого устройства обусловлена тем, что в широком диапазоне изменеш!я окружающей температуры и условий теплосъема со спаев термоэлектрических исполнительных элементов опо предусматривает автоматическое изменение тока, пропускаемого через дополнигельпый термоэлектрический исполпительпьш элемент, послсдшш работает в оптимальном режиме (рс>к!!м максимальной холодопропзводптельпости или на заданном смещсшш от него — зависит от степени загрублсция устройства). Все это, помимо оптпмальпых условий работы, служит надежпой автоматической защитой от перегрева и выхода из строя термоэлектрических элементов при непредвиденном значительном увеличении теплового сопротивления ца их горячем . спае (выход пз строя вентилятора или прекращение подачи воды соответственно при воздушном или водяном охлаждении спая, увеличение теплового сопротивления между спаем и устройством теплосъема, парушецие параметров тепловой трубки и т. и.).

В этом случае автоматически уменьшается ток, протекающий через дополнительный элемент, а первый элемент из режима нагрева может перейти в режим охлаждения. Если же увеличепие теплового сопротивления горячего спая большое, то первый термоэлектрический элемент вообще может отключаться и объект термостатируется в режиме максимальной холодопроизводительпости дополнительного тсрмоэлектрического исполпительпого элемента для существующего теплового сопротивления его горячего спая, т. е. работоспособность объекта не нарушается.

Высокая надежность предлагаемого устройства достигается такжv и тем, что оио предусматривает двухкоптурцое тсрмостатирование, каждый контур которого практически может работать самостоятельно, т. с. при выхо де одного контура из строя второй самостоятельно термостатируст объект на зада!!!!!.м уровне при некотором уменьшепии точности.

l3

2д

3 зз

6 !

Таким образом повышается надежность и технический ресурс работы термоэлектрических элементов и соответственно термостатируемого объекта.

Точность термостатировапия на задаш-.ом температурном уровне повышается также, что основную холодопроизводительность получают за счет дополнительного термоэлектрического элемента, работающего в экстремальном режиме, а незначительпые отклоиеиия от заданного температурного уровня «выбира!отся» благодаря первому термоэлектрическому элементу, осуществляющему термостатирование по отклонению. При этом оба элемента работают в улучшенных условиях теплосъема, так как дополнитсльпыи работает в рсжиме охлаждения, первый — режиме подогрева, а их спап соединены между собой терм!шески параллельно. Это повышает чувствительность первого термоэлектрического элемента и соответственно точность термостатирования и позволяет умепьшить его вес и габариты за счет возможного увеличения крутизны выходной (тепловой) характеристики.

На чертеже приведепа фупкциоцальпая схс»а термостатирующего устройства.

Первый контур термостатирова!шя го отклоисни!о содержит подкл!о !с!!!!ые друг к другу согласно exes!e тсрмоэлсктричсский исполнительный элемент 1, который может работать как В режиме Охлажде!!!!5!, Так и режиме нагрева, датчик 2 температуры термостатирусмого объекта (датчик 0„,), задатчик 3 re:!пературы (задатчик O» ), блок 4 сравнения, осуществляюший сравнение измеренного и заданпого зпачепий температуры и вырабат ваюший сигнал, п1:опорциональный ошибке термостатирования, и блок 5 управления.

Элемснт 1 и датчик 2 термически соединены с объектом 6, к которому приложепо внешнее возмущепие в виде температуры О„окружающей среды.

Второй контур термостатировация в режиме максимальной холодопроизводительности (минимально возможной для конкретного термоэлектрического элемента и условий его работы температуры холодпого спая) содер кит термически соединенный с объектом 6 дополиительный термоэлектрический исполнительный элемент 7, датчик 8 температуры холод-!!ого спая элемента 7 (датчик Т,.) и дополнительный блок 9 управления. Он также снаб>кеп запомипающим 10, дифференцирующим ! 1 и тремя рслсйными 12, 13 и 14 элементами.

Датчик 8 температуры термически соединен с холодным спаем термоэлектрического элемента 7 и годключен к входу 15 релейного элемспта 12 и к входу дифферепцирующего элемента ll непосредствепно, а к входу запоминающего элемента 10 через замыкающие контакты релейного элемента 13. Выход запоминающего элемепта 10 подсоединен к второму входу 16 релейпого элемента 12, выход диффсренцирующего элемента 11 — к входам релейных элемептов 14 и 13 через разделитель

560214

65 ные диоды 17 и 18 соответственно с прямым и обратным включением, а выходы релейных элементов 12, 13 и 14 — к входу блока 9 управления, выход которого подключен к термоэлектрическому элементу 7, Работает второй контур термостатирования следующим образом.

Перед включением устройства запоминающий элемент 10 устанавливают на нуль (установиа мо кет проводиться автоматически при включении термостатирующего устройства). При включении устройства на входы 15 и

16 релейного элемента 12 прикладывается разность потенциалов, соответствующая температура холодного спая элемента 7, так как на выходе запоминающего элемента 10 нуль.

Релейный элсмснт 12, включаясь, воздействует на вход блока 9 управления, после чего последний начинает увеличивать величину тока, пропускаемого через термоэлектрический элемент 7. По достижении заданной скорости изменения величины этого тока и соответственно температуры холодного спая элемента

7 (в данном случае она уменьшается, т. е. производная отрицательная), дифферепцирующий элемент 11 включает релейный элемент 13.

Последний блокирует вход дополнительного блока управления и своими замыкающими контактами подключает датчик 8 температуры к входу запоминающего элемента 10, после чего входы 15 и 1б релейного элемента

12 имеют равные потенциалы и оп, обесточиваясь, отключается от входа блока 9 управления.

При достижении значения температуры холодного спая элемента 7, близкого к экстремальному (скорость изменения теAtïåðàòóðы стремится к нулю), диффереицирующей элемент 11 обесточивает релейный элемент 13, а последний отключается от входа блока 9 управления и отключаст вход запоминающего элемента 10 от датчика 8 температуры. Блок

9 у правления прекращает изменять величину тока, пропускаемого через термоэлектрический элемент 7, температура холодного спая которого перестает изменяться, а напряжение, соответствующее значению этой температуры, устанавливается в запоминающем элементе 10.

Если в процессе работы термостатирующего устройства произойдет изменение температуры окружающей среды и условия теплосъема со спаев элемента 7 или просто изменятся условия теплосъема с его спаев (нарушится контакт горячего сная с устройством теплосъема, например радиатором, выйдет из строя вентилятор, изменится температура или прекратится подача воды, снимающей тепло с горячего спая и т. п.), то начнет изменяться (увеличиваться или уменьшаться) температура холодного спая элемента 7 вследствие изменения ее экстремальной зависимости от тока. 13 этом случае включается релейный элемент 12 аналогично указанному и блок 9 управления начинает изменять величину тока, пропускаемого через элемент 7 (увеличивать или уменьшать — безразлично). Если температура холодного спая элемента 7 вследствие изменения величины его тока уменьшается, то устройство работает аналогично описанному, вследствие чего достигается новое значение температуры холодного спая элемента 7, близкое к экстремальному для данных условий теплосъема.

Когда из-за изменения величины тока элемента 7 температура его холодного сная увеличивается (производная положитсльная), то дифференцирующий элемент 11 включает релейный элемент 14, который, самоблокируясь, воздействует на вход блока 9 управления и производит реверс изменения величины тока (с увеличения на уменьшение li наоборот), после чего температура холодного спая начинает уменьшаться (производная отрицательная) . Дифференцирующий элемент 11 включает релейный элемент 13, и устройство работает аналогично. Достигается новое, близкое к минимальному экстремальному, значению температуры холодного сная элемента 7, и схема устанавливается в исходное состояние.

В процессе выхода на заданный температурный уровень первый контур термостатпрования работает в режиме охлаждения или подогрева (зависит от температуры О„ и О,щ, а после выхода в режиме подогрева.

Термостатирующее устройство в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды (от — 30 до 40 С) позволяет получить точность термостатпрования примерно на 30% выше, чем при использовании контура термостатировапия только по отклонению

Формула изобретения

Термостатирующее устройство, содержащее датчик и задатчик температуры объекта, подключенные к блоку сравнения, соединенному через блок управления с термоэлектрическим исполнительным элементом, о т л и ч а ю щ е еся тем, что, с целью повышения надежности и точности термостатирования, устройство содержит дополнительный термоэлектрический исполнительный элемент, датчик температуры холодных спаев дополнительного термоэлектрического исполнительного элемента, запоминающий, дифференцирующий и релейные элементы и дополпптель ый блок управления, выход которого подключен к дополнительному термоэлектрическому исполнительному элементу, а входы подключсны к выходам первого и второго релейных элементов, соединенных с дифференцирующим элементом, вход которого подключен к датчику температуры холодных спаев дополнительного термоэлектрического исполнительного элемента, соединенному с третьим релейным элементом и через замыкающий контакт первого релейного элемента с запоминающим элементом, выход которого соединен с третьим релейным

560214

Составитель Л. Птенцова

Техред Е. Хмелева

Редактор И. Грузова

1(орпектор Л Орлова

Заказ 1451/13 Изд. ¹ 492 Тираж 1109 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5I(-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 элементом, выход которого подключен к дополнительному блоку управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Зорин И. В. и Зорина 3. Я. Термоэлектрические холодильники и генераторы, М., «Энергия», 1973, с. 45.

2. Ильярский О. И., Удалов Н. П. Термоэлектрические элементы. М., «Энергия», 1970, 5 с. 43.

    

Термостатирующее устройство для проведения нанокалориметрических измерений

Область техники

Изобретение относится к научному приборостроению и представляет собой устройство, которое может быть использовано для сочетания методов нанокалориметрии и рентгеновской дифракции и проведения комбинированных in-situ исследований структуры и теплофизических свойств материалов различного типа в широком температурном интервале, в т.ч. и при отрицательных температурах. В заявляемом решении реализованы конструкционные особенности, позволяющие использовать нанокалориметрические сенсоры нового поколения с двумя активными областями, одна из которых предназначена для исследуемого образца. Модифицированное термостатирующее устройство позволяет создавать контролируемую атмосферу вокруг нанокалориметрического сенсора, что позволяет реализовать сложные нанокалориметрические эксперименты, ранее недоступные научному сообществу.

Уровень техники

Из уровня техники известны устройства, описанные в патентах US 5288147 A «Датчик дифференциального термического анализатора на основе термопар» и US 5788373 A «Способ и устройство для дифференциального термического анализа». Указанные патенты лежат в основе коммерческого прибора компании Mettler Toledo «Flash DSC1». Также известен патент RU 2620028 C1 «Термостатирующее устройство для нанокалориметрических измерений на чипе со сверхбыстрыми скоростями нагрева и охлаждения», в котором описано наиболее близкое решение к заявляемому устройству.

В патенте US 5288147 A представлен дифференциальный датчик для термического анализа, состоящий из двух низкоомных дифференциальных термоэлектрических батарей. Каждая термобатарея состоит из серии последовательно соединенных термопар. Контакты измерительных термопар расположены равномерно как вокруг измерительной области, так и вокруг аналогичной области для образца сравнения (эталонной). Дифференциальный термоаналитический датчик может быть использован, например, для дифференциальных измерений тепловых потоков ячейки с исследуемым образцом и эталонной (т. е. пустой) ячейки, при этом измерение разности тепловых потоков реализуется на основе принципа компенсации мощности.

В патенте US 5788373 A описаны метод и устройство для проведения дифференциальных термоаналитических экспериментов с использованием исследуемого образца и образца сравнения. Образец сравнения может быть представлен, например, пустым тиглем с известным весом, либо может заменяться расчетами с использованием математической модели, принимающей во внимание реальное поведение теплофизического устройства. Термоаналитические кривые исследуемого образца и эталонного образца сравниваются для определения разности температур, при этом ошибка измерения сильно зависит от положения обоих образцов по отношению к нагревательным элементам.

Из уровня техники известно устройство «Термостатирующее устройство для нанокалориметрических измерений на чипе со сверхбыстрыми скоростями нагрева и охлаждения» (патент RU 2620028 C1), выбранное в качестве прототипа. Термостатирующее устройство содержит корпус, выполненный с возможностью подключения к коннектору, для соединения с блоком электроники, и размещенные в корпусе нанокалориметрический сенсор, элемент Пельтье, выполненный в виде пластины, электронную плату, предназначенную для передачи сигнала с сенсора на коннектор, систему жидкостного охлаждения элемента Пельтье, при этом в корпусе выполнены соосные рентгенопрозрачные окна для прохождения излучения, система жидкостного охлаждения выполнена в качестве отдельного блока, изготовленного из медной пластины, а активная область сенсора для исследуемого образца расположена в проекции упомянутых отверстий. Использование данного устройства возможно в различных измерительных системах, включающих, как правило, платы цифро-аналогового преобразователя и усилителей сигналов, подаваемых на нанокалориметрические сенсоры и снимаемых с нанокалориметрических сенсоров, а также контролирующее программное обеспечение, позволяющее проводить нанокалориметрические измерения не только в режимах линейных нагревов (так называемая DC- калориметрия), но и в режимах температурной модуляции (АС-калориметрия). Возможность температурной модуляции позволяет достигнуть достаточной точности измерений в режиме относительно низких скоростей нагрева / охлаждения. В свою очередь, в DC-режиме возможно достичь скорости нагрева активной области нанокалориметрического сенсора до 1000000°С/сек, а скорость охлаждения — до 5000°С/сек за счет герметичности устройства и наличия специальной системы охлаждения. Также в данном устройстве реализована возможность использования дополнительного (эталонного) нанокалориметрического сенсора для проведения дифференциальных нанокалориметрических измерений.

Однако прототип имеет ряд недостатков, один из которых — относительно большая толщина прибора в активной области. Это обусловлено наличием системы жидкостного охлаждения выполненной в качестве отдельного блока, наличием керамических тепловых экранов и воздушных прослоек между окнами и внутренними элементами устройства. Существенным недостатком также является необходимость использования двух нанокалориметрических сенсоров, из-за чего усложняется процесс синхронного считывания сигналов с сенсоров, а полученные экспериментальные данные сильно зависят от положения этих сенсоров на элементе Пельтье. При работе в области отрицательных температур устройство-прототип имеет недостаток, связанный с конденсацией влаги на мембранах, закрывающих конструкционные корпусные отверстия. Данная влага препятствует проведению экспериментов с использованием оптической микроскопии или рентгеновской дифракции. Раскрытие изобретения

Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением является разработка термостатирующего устройства с малой толщиной в зоне активной области сенсора для возможности интеграции с микро- и нанофокусной линией рентгеновской дифракции на синхротроне. Устройство должно быть выполнено в виде отдельного блока с возможностью размещения нескольких типов нанокалориметрических сенсоров (в корпусах типа XEN-40014, FlashDSC и др., выпускаемые компанией Xensor Integration), а также с возможностью регулирования температуры сенсора. Устройство может быть интегрировано в экспериментальное оборудование для измерения теплофизических и структурных параметров образцов.

Техническим результатом является повышение качества проводимых исследований за счет создания конструкции термостатирующего устройства со ступенчатым профилем для уменьшения его толщины в зоне активной области сенсора, позволяющем его размещать в современном нанокалориметрическом оборудовании и проводить исследования физико-химических параметров образца с реализацией возможности нагрева образца до 450°С и охлаждения образца до -20°С, а также за счет создания электронной платы для осуществления связи с коннектором. Кроме того, конструкция устройства позволяет использовать нанокалориметрические сенсоры нового поколения, имеющие две активные зоны, одну из которых можно использовать в качестве эталонной ячейки.

Технический результат достигается тем, что заявляемое устройство включает корпус, содержащий основание и крышку, выполненный с возможностью подключения к коннектору контрольно-измерительного блока нанокалориметра, и снабженный рентгенопрозрачными окнами — мембранами из рентгенопрозрачного материала, закрывающими конструкционные отверстия. В данном корпусе предусмотрена возможность размещения нанокалориметрического сенсора с двумя активными областями, одна из которых предназначена для исследуемого образца, элемента Пельтье прямоугольной формы, системы жидкостного охлаждения и теплоотводящей пластины. Последняя изготовлена из материала с высокой теплопроводностью (например, со значением коэффициента теплопроводности не менее 350 Вт/(м⋅К)) и снабжена сквозным отверстием для беспрепятственного прохождения излучения, используемого при изучении образцов методами рентгеновской дифракции или оптической микроскопии. В корпус встроены две электронные платы для возможности подключения различных нанокалориметрических сенсоров, одна из которых предназначена для передачи сигнала с сенсора на коннектор, а вторая снабжена отверстием для прохождения излучения и пружинными контактами для передачи сигнала с сенсора на первую электронную плату и расположена между крышкой и сенсором. Устройство выполнено с разделением его объема на три зоны по длине, где первая зона предназначена для размещения первой электронной платы, вторая — для размещения системы жидкостного охлаждения, третья — является рабочей, предназначенной для размещения сенсора, при этом корпус (и основание) имеет меньшую толщину в рабочей зоне (например, от 5 мм до 10 мм), например за счет выполнения основания со ступенчатым профилем в поперечном сечении. Конструкция устройства выполнена таким образом, что вне зависимости от типа сенсора, его активная область располагается непосредственно в проекции отверстия теплоотводящей пластины. Для подключения нанокалориметрических сенсоров XEN-40014 или FlashDSC используются пружинные контакты с золотым покрытием, а для остальных типов сенсоров предусмотрен соответствующий коннектор. Вторая электронная плата представляет собой пластину, изготовленную из двустороннего фольгированного стеклотекстолита с пружинными контактами и проводящими дорожками, при этом часть пружинных контактов расположена по окружности вокруг отверстия, а оставшаяся часть — с противоположной стороны платы с возможностью подключения к контактным площадкам первой платы.

Система жидкостного охлаждения может быть выполнена в виде каналов в основании корпуса для прохождения охлаждающей среды или в виде выреза в форме меандра в нижней части корпуса устройства. Над данным вырезом размещается элемент Пельтье и уплотняется по периметру специальной прокладкой, прижим которой осуществляется с помощью медного теплоотвода, необходимого для теплового контакта между нанокалориметрическим сенсором и системой охлаждения.

Таким образом, поставленная задача решается размещением в корпусе модуля охлаждения, состоящего из системы жидкостного охлаждения (7), элемента Пельтье (5) и теплоотводящей пластины (4). Система жидкостного охлаждения нужна для отвода тепла, генерируемого элементом Пельтье. В конструкции корпуса устройства имеются держатели для сенсоров различной геометрии. Для обеспечения возможности проведения исследований с использованием методов оптической микроскопии и рентгеновской дифракции, в корпус и крышку устройства встроены мембраны из нитрида кремния.

Заявляемое устройство имеет ряд преимуществ перед прототипом, из которых наиболее важным является возможность проведения экспериментов с использованием нанокалориметрических сенсоров нового поколения. Это особенно актуально в связи с развитием технологий, используемых в области нанокалориметрии и выходом на коммерческий рынок нового типа нанокалориметрических сенсоров. Кроме того, превосходством предлагаемого термостатирующего устройства является компактность конструкции и эргономичность в процессе эксплуатации. Небольшие размеры термостатирующего блока упрощают адаптацию устройства к различным лабораторным условиям, что ускоряет процесс калибровки устройства и его интегрирования в различные экспериментальные установки. В устройстве, выбранном за прототип, система жидкостного охлаждения выполнена в качестве отдельного блока, изготовленного из медной пластины, в то время как в заявляемом устройстве система жидкостного охлаждения располагается непосредственно в корпусе, благодаря чему достигается максимально возможная компактность прибора, а ступенчатый профиль устройства в поперечном сечении обеспечивает минимальную толщину прибора в рабочей зоне. Также, геометрия отверстия в термостатирующем устройстве обеспечивает возможность проведения экспериментов по МУРР (малоугловое рассеяние рентгеновских лучей) и ШУРР (широкоугловое рассеяние рентгеновских лучей) как в геометрии на просвет, так и с использованием отраженного скользящего пучка рентгеновских лучей.

Значительным преимуществом также является отсутствие необходимости использования дополнительного эталонного нанокалориметрического сенсора, так как в заявляемом устройстве предусмотрена возможность работы со специальными дифференциальными сенсорами с измерительной и эталонной ячейками. Стоит отметить, что при работе в области отрицательных температур устройство-прототип имеет недостаток, связанный с конденсацией влаги на мембранах, закрывающих конструкционные корпусные отверстия. В заявляемом изобретении данная проблема решается за счет размещения в непосредственной близости к мембранам специальных отверстий, через которые производится обдув инертным газом.

Заявляемое устройство является универсальным, его конструкция позволяет использовать прибор в любых устройствах, основанных на использовании как отдельных методов исследования материалов, например, нанокалориметрических методов, оптической микроскопии, сканирующей зондовой микроскопии, рентгеновской дифракции, так и приборах, совмещающих два и более из вышеупомянутых методов.

При монтаже заявляемого устройства в экспериментальную установку для измерения структурных параметров образца необходимо учитывать высокую чувствительность нанокалориметрического сенсора к любым побочным электрическим сигналам. Так, в экспериментах может использоваться широкий диапазон частот модуляции температуры — от 1.0 Гц до 40 кГц, при этом точность измерения фазового смещения температурного отклика образца, обеспечиваемого контрольно-измерительным блоком нанокалориметра, лучше 0.05°. В предлагаемом устройстве реализована стабильная передача аналогового сигнала, получаемого нанокалориметрическими сенсорами до контрольно-измерительного блока нанокалориметра без каких-либо потерь интенсивности сигнала и без внесения дополнительных шумов благодаря использованию электрической платы (2) с покрытием контактных площадок иммерсионным золотом.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен вид устройства с разнесенными конструктивными элементами.

На фиг. 2 изображен общий вид термостатирующего устройства с размещенным внутри сенсором типа XEN-40014.

На фиг. 3 изображен общий вид электронной платы с пружинными контактами.

На фиг. 4 представлена разводка электронных печатных плат.

На фиг. 5 изображена электрическая схема соединений.

Позициями на чертежах обозначены: 1 — крышка, 2 — электронная плата с пружинными контактами (вторая электронная плата), 3 — нанокалориметрический сенсор, 4 — теплоотводящая пластина, 5 — модуль Пельтье, 6 — основание корпуса, 7 — каналы жидкостного охлаждения, 8 — электронная плата с коннектором (первая электронная плата), 9 — штуцеры для подвода или отвода сред, 10 — рентгенопрозрачные окна, 11 — пружинные контакты, 12 — коннектор.

Осуществление изобретения.

Ниже представлено более подробное описание заявляемого устройства, не ограничивающее сущность, представленную в независимом пункте формулы, а лишь демонстрирующее возможность реализации назначения с достижением заявленного технического результата.

Заявляемое устройство имеет конфигурацию, обеспечивающую его размещение в приборах для проведения исследований методами оптической микроскопии, дифракции рентгеновских лучей или сканирующей зондовой микроскопии. В частности, термостатирующее устройство совместимо с линиями МФРД и НФРД синхротрона ESRF (Гренобль, Франция). Для использования устройства на данных линиях особенно важна минимальная толщина в зоне активной области (т.е. в зоне размещения исследуемого образца), это связано с особенностями фокусировки рентгеновских лучей для получения пучка заданного размера, — фокусное расстояние в таких системах составляет несколько миллиметров и толщина устройства, которая составляет от 5 до 10 мм, соответствует данному требованию. Плоская конструкция устройства позволяет размещать его практически под любым оптическим микроскопом.

Устройство в сборке представляет собой прочный корпус (6) из дюрали. Внутри корпуса расположена система охлаждения, представленная вырезом в форме меандра (7), элементом Пельтье (5) и теплоотводящей пластиной (4) с отверстием для прохождения, например, рентгеновского пучка. Нанокалориметрический сенсор (3) подключается к электронной плате (8) с помощью дополнительной электронной платы (2) с золочеными пружинными контактами. Особое внимание уделено расположению активной области нанокалориметрических сенсоров с исследуемым образцом, положение ее строго инвариантно вне зависимости от типа применяемого сенсора. Активная область сенсора лежит на одной оси с отверстием в теплоотводящей пластине (4) для прохождения излучения. Сверху основная часть корпуса (6) крышкой (1), выполненной с вырезом для размещения мембраны из материала, прозрачного для рентгеновских и оптических лучей, что позволяет проводить in-situ измерения с использованием, в частности, методов рентгеноструктурного анализа и оптической микроскопии. По бокам устройства расположены резьбовые отверстия (9) для установки штуцеров, предназначенных для подачи охлаждающей жидкости и различных газов. При помощи коннектора micro-d-21 основная плата (8) соединена с контрольно-измерительным блоком нанокалориметра, представляющим собой электронный контроллер, состоящий из платы усилителей сигналов и цифро-аналогового преобразователя, помещенных в прочный стальной экранирующий корпус. Электронный блок нанокалориметра соединен с ПК при помощи USB-коннектора.

Ниже представлено описание работы системы для нанокалориметрических измерений с используемым заявляемым термостатическим устройством.

Рабочий цикл начинается с задания температурной программы для контрольно-измерительного блока нанокалориметра, где производится автоматический пересчет ее параметров из температуры в напряжение, подаваемое на термопары и нагреватели нанокалориметрического сенсора. Если собственного температурного диапазона нанокалориметрических сенсоров недостаточно, то программа подключает охлаждение или нагрев термостатирующего устройства. Для этого через элемент Пельтье пропускается ток необходимого значения (5). Элемент Пельтье представляет собой полупроводниковое устройство, в котором градиент температур на нижней и верхней поверхностях создается за счет проходящего электрического тока. Для дополнительного охлаждения системы и вывода избыточного тепла из термостатируемой камеры нижняя поверхность элемента Пельтье (5) охлаждается путем прокачки охлаждающей жидкости через контур жидкостного охлаждения (7) сразу после подачи сигнала на включение насоса. При этом для нагрева исследуемого образца, размещенного в активной области сенсора достаточно подать на элемент Пельтье (5) обратное напряжение. После достижения теплового равновесия внутри термостатируемого объема программа передает рассчитанные параметры подаваемого напряжения цифро-аналоговому преобразователю контрольно-измерительного блока нанокалориметра через USB-соединение. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) генерирует выходной сигнал, который попадает в плату усилителей, и затем передается на соответствующие нагревательные элементы сенсора; одновременно начинается параллельный прием входящего сигнала от термопар сенсора. Анализируемый сигнал поступает с нанокалориметрического сенсора (3) на основную электронную плату (8), либо напрямую, либо в обход через электронную плату (2). Далее основная электрическая плата передает сигнал при помощи коннектора на плату усилителей контрольно-измерительного блока нанокалориметра. Проходя через различные модули и усилительные каскады платы усилителей, сигнал попадает в ЦАП, откуда при помощи USB-коннектора передается на ПК, где регистрируется и записывается программой. Программа позволяет рассматривать как отдельные сигналы, так и производить простейшие действия с ними, например, вычитание базовой линии и производить визуализацию в разных системах координат.

Для реализации заявляемого устройства были выбраны нанокалориметрические сенсоры в корпусах XEN-40014 и FlashDSC, выпускаемые компанией Xensor Integration. Данные сенсоры обладают оптимальными характеристиками для проведения теплофизических исследований различных материалов в широком спектре температур с использованием высоких скоростей нагрева (до 1000000°С/с).

Представляемое устройство адаптировано для использования воды в качестве жидкого компонента системы охлаждения. Используемый элемент Пельтье в представляемом устройстве способен развивать и поддерживать постоянную отрицательную температуру до — 20°С. При этом используя модуль Пельтье в качестве системы нагрева, можно контролируемо увеличивать температуру нанокалорриметрического сенсора на дополнительные 100°С. Объем термостатируемой области пространства составляет 55 мл, что достаточно для размещения всех необходимых конструкционных элементов устройства.

Опытный образец устройства был испытан на линии МФРД синхротрона ESRF (Гренобль, Франция) при проведении in situ эксперимента дифракции рентгеновских лучей и нанокалориметрии. Устройство располагалось вертикально на XYZ столике, за счет чего обеспечивался доступ ко всем штуцерам и коннектору для подключения к контрольно-измерительному блоку. Крышка с платой с пружинными контактами надежно фиксировала нанокалориметрический сенсор. Благодаря малой толщине корпуса в зоне активной области сенсора удалось подвести фокусирующую апертуру на расстояние 3 мм до образца, — это позволило сфокусировать рентгеновский пучок до диаметра в 12 мкм. За счет золотых пружинных контактов и экранированных проводов удалось обеспечить стабильную передачу аналогового сигнала с нанокалориметрического сенсора. В качестве исследуемого образца был взят изотактический полипропилен. Несколько микрограмм вещества размещали на активной области нанокалориметрического сенсора XEN-40014. Сенсор размещался на теплопроводящей пластине с последующим ее охлаждением до температуры -22°C с помощью системы охлаждения, при такой температуре образец переходил в стеклообразное состояние. Внутренняя камера устройства обдувалась сухим азотом. Выходом для газа служили отверстия для обдува окон, благодаря чему решалась проблема с конденсацией влаги на них. Нагрев образца до температуры плавления осуществлялся с помощью нанокалориметрического сенсора со скоростью 1000 К/с. Одновременно с нагревом производилась непрерывная съемка рентгеновским детектором каждые 1,5 мс. Весь эксперимент занял около 220 мс, после чего можно было сопоставлять данные рентгеновской дифракции и нанокалориметрии.

Устройство термостатирующее измерительное ПОС-В — ГОРТЕХИНВЕСТ

Назначение

Устройство ПОС-В предназначено для измерения и поддержания температуры при определении концентрации фактических смол в бензинах, авиационном и автомобильном топливах, в соответствии с ГОСТ 1567-97, ASTM D 381, EN ISO 6246, а также при определении растворимых осадков в сжиженном нефтяном газе в соответствии с DIN EN 15471

Особенности

1. Конструктивное исполнение с 3 и 5 гнездами
2. Автоматическое поддержание температуры заданного температурного режима.
3. Наличие фиксированных режимов работы (105 °С, 162 °С,  182 °С) согласно с  ГОСТ 1567-97.
4. Возможность поддержания другой температуры, отличной от ГОСТ 1567-97.
5. Наличие встроенного высокоточного датчика расхода воздуха
6. Малое время выхода на установленный режим.
7. Платиновый термометр сопротивления  
8. Наличие встроенного таймера на различные интервалы времени
9. ЖК-дисплей отображает текущие значения параметров эксперимента в реальном времени (температура, мощность, состояние системы, отсчет времени)
10. Наличие возможности калибровки и настройки различных параметров из «Служебного меню».
11. Надежность конструкции и простота работы.
12. Встроенная система защиты от перегрева.
13. Малые габариты и масса

Возможности

Устройства «ПОС-В3» (имеет 3 гнезда) и «ПОС-В5» (имеет 5 гнезд) обеспечивают три  режима работы:

— в режиме 1 устройство автоматически поддерживает  температуру:

термостата 105 °С, погрешность температуры поддержания  не более  ± 2 °С;  

гнезда — 100 °С,  погрешность температуры поддержания   не более  ± 5 °С;  

— в режиме 2  устройство автоматически поддерживает температуру термостата   162 °С,   погрешность температуры поддержания   не более  ± 2 °С;  

гнезда — 155 °С, погрешность температуры поддержания   не более  ± 5 °С.

-в режиме 3 устройство  автоматически поддерживает температуру:

термостата 182 °С, погрешность температуры поддержания   не более  ± 2 °С;  

гнезда — 178 °С, погрешность температуры поддержания   не более  ± 5 °С.

Устройства «ПОС-В 3» и «ПОС-В5» оснащены расходомером и обеспечивают погрешность поддержания  7 %.

Технические характеристики

Размеры, мм	500х400х200
Масса, кг	30

Комплект поставки

Наименование	Количество	Примечание
Устройство термостатирующее	1 шт.
Паспорт	1 экз.
Упаковка	1 шт.
Методика поверки МП.МН 435-98	1 экз.
Манометр	1 шт.
Компрессор  СБ4/С-50, LB-30 340л/мин;220/380В;2,2кВт 10атм	1 шт.	По требованию заказчика
Стаканы	5 шт. стекл.
Пароотводная трубка	—
Шланг газовый	1 шт.	По требованию заказчика
Сопло	5шт.
Крышка
Шланг силиконовый	1 шт.	0,5 м
Выравнивающее устройство	1 комплект	Используется при поверке приборов

 

Термостатирующее устройство для проведения нанокалориметрических измерений в контролируемой атмосфере

Заявляемое термостатирующее устройство для проведения нанокалориметрических измерений в контролируемой атмосфере позволяет размещать внутри корпуса нанокалориметрический сенсор. Устройство может быть интегрировано в приборы для измерения теплофизических и структурных параметров образцов. Устройство включает корпус, выполненный с возможностью подключения к коннектору и снабженный окнами из рентгенопрозрачного материала, в котором размещен нанокалориметрический сенсор, элемент Пельтье прямоугольной формы, теплоотводящая пластина, изготовленная из материала с хорошей теплопроводностью, система жидкостного охлаждения, вмонтированная в корпус. Теплоотводящая пластина снабжена отверстием для прохождения излучения, а сенсор с исследуемым образцом расположен на этой пластине с обеспечением размещения активной части сенсора в проекции отверстия. В корпус встроена электрическая плата для возможности подключения нанокалориметрических сенсоров. Технический результат — расширение возможности методов нанокалориметрии за счет реализации возможности нагрева образца до 450°С и охлаждения образца до -20°С, а также благодаря возможности создания контролируемой атмосферы внутри устройства (регулирование влажности и состава газовой смеси). 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к научному приборостроению и представляет собой устройство, которое может быть использовано для сочетания методов нанокалориметрии и рентгеновской дифракции и проведения комбинированных in-situ исследований структуры и теплофизических свойств материалов различного типа в широком температурном интервале, в т.ч. и при отрицательных температурах. В заявляемом решении реализованы конструкционные особенности, позволяющие использовать нанокалориметрические сенсоры. Термостатирующее устройство позволяет создавать контролируемую атмосферу вокруг нанокалориметрического сенсора, что позволяет реализовать сложные нанокалориметрические эксперименты, ранее недоступные научному сообществу.

Уровень техники

Из уровня техники известны устройства, описанные в патентах US 5288147 A «Датчик дифференциального термического анализатора на основе термопар» и US 5788373 A «Способ и устройство для дифференциального термического анализа». Указанные патенты лежат в основе коммерческого прибора компании Mettler Toledo «Flash DSC1». Также известен патент RU 2620028 C1 «Термостатирующее устройство для нанокалориметрических измерений на чипе со сверхбыстрыми скоростями нагрева и охлаждения», в котором описано наиболее близкое решение к заявляемому устройству.

В патенте US 5288147 A представлен дифференциальный датчик для термического анализа, состоящий из двух низкоомных дифференциальных термоэлектрических батарей. Каждая термобатарея состоит из серии последовательно соединенных термопар. Контакты измерительных термопар расположены равномерно как вокруг измерительной области, так и вокруг аналогичной области для образца сравнения (эталонной). Дифференциальный термоаналитический датчик может быть использован, например, для дифференциальных измерений тепловых потоков ячейки с исследуемым образцом и эталонной (т.е. пустой) ячейки, при этом измерение разности тепловых потоков реализуется на основе принципа компенсации мощности.

В патенте US 5788373 A описаны метод и устройство для проведения дифференциальных термоаналитических экспериментов с использованием исследуемого образца и образца сравнения. Образец сравнения может быть представлен, например, пустым тиглем с известным весом, либо может заменяться расчетами с использованием математической модели, принимающей во внимание реальное поведение теплофизического устройства. Термоаналитические кривые исследуемого образца и эталонного образца сравниваются для определения разности температур, при этом ошибка измерения сильно зависит от положения обоих образцов по отношению к нагревательным элементам.

Из уровня техники известно устройство «Термостатирующее устройство для нанокалориметрических измерений на чипе со сверхбыстрыми скоростями нагрева и охлаждения» (патент RU 2620028 C1), выбранное в качестве прототипа. Термостатирующее устройство содержит корпус, выполненный с возможностью подключения к коннектору, для соединения с блоком электроники, и размещенные в корпусе нанокалориметрический сенсор, элемент Пельтье, выполненный в виде пластины, электронную плату, предназначенную для передачи сигнала с сенсора на коннектор, систему жидкостного охлаждения элемента Пельтье, при этом в корпусе выполнены соосные рентгенопрозрачные окна для прохождения излучения, система жидкостного охлаждения выполнена в качестве отдельного блока, изготовленного из медной пластины, а активная область сенсора для исследуемого образца расположена в проекции упомянутых отверстий. Использование данного устройства возможно в различных измерительных системах, включающих, как правило, платы цифро-аналогового преобразователя и усилителей сигналов, подаваемых на нанокалориметрические сенсоры и снимаемых с нанокалориметрических сенсоров, а также контролирующее программное обеспечение, позволяющее проводить нанокалориметрические измерения не только в режимах линейных нагревов (так называемая DC-калориметрия), но и в режимах температурной модуляции (АС-калориметрия). Возможность температурной модуляции позволяет достигнуть достаточной точности измерений в режиме относительно низких скоростей нагрева / охлаждения. В свою очередь, в DC-режиме возможно достичь скорости нагрева активной области нанокалориметрического сенсора до 1000000°С/сек, а скорость охлаждения — до 5000°С/сек за счет герметичности устройства и наличия специальной системы охлаждения. Также в данном устройстве реализована возможность использования дополнительного (эталонного) нанокалориметрического сенсора для проведения дифференциальных нанокалориметрических измерений.

Однако прототип имеет ряд недостатков, один из которых — относительно большая толщина прибора в активной области. Это обусловлено наличием системы жидкостного охлаждения выполненной в качестве отдельного блока, наличием керамических тепловых экранов и воздушных прослоек между окнами и внутренними элементами устройства. Существенным недостатком также является необходимость использования двух нанокалориметрических сенсоров, из-за чего усложняется процесс синхронного считывания сигналов с сенсоров, а полученные экспериментальные данные сильно зависят от положения этих сенсоров на элементе Пельтье. Размещение двух сенсоров предполагает наличие необходимого пространства внутри устройства, что также сказывается на габаритных размерах прибора. При работе в области отрицательных температур устройство-прототип имеет недостаток, связанный с конденсацией влаги на мембранах, закрывающих конструкционные корпусные отверстия. Данная влага препятствует проведению экспериментов с использованием оптической микроскопии или рентгеновской дифракции. Также данное устройство не позволяет создавать атмосферу с контролируемой влажностью вокруг нанокалориметрического сенсора.

Раскрытие изобретения

Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением является разработка термостатирующего устройства с малой толщиной в зоне активной области сенсора для возможности интеграции с микро- и нанофокусной линией рентгеновской дифракции на синхротроне. Устройство должно быть выполнено в виде отдельного блока с возможностью размещения нанокалориметрических сенсоров, а также с возможностью регулирования температуры сенсора, влажности вокруг сенсора, а также состава газовой смеси внутри устройства. Устройство может быть интегрировано в экспериментальное оборудование для измерения теплофизических и структурных параметров образцов.

Техническим результатом является повышение качества проводимых исследований за счет создания конструкции термостатирующего устройства со ступенчатым профилем для уменьшения его толщины в зоне активной области сенсора, позволяющем его размещать в современном нанокалориметрическом оборудовании и проводить исследования физико-химических параметров образца с реализацией возможности нагрева образца до 450°С и охлаждения образца до -20°С, а также за счет создания электронной платы для осуществления связи с коннектором. Кроме того, конструкция устройства позволяет создавать контролируемую атмосферу вокруг нанокалориметрического сенсора (влажность, состав газовой смеси).

Технический результат достигается тем, что заявляемое устройство включает корпус, содержащий основание и крышку, выполненный с возможностью подключения к коннектору контрольно-измерительного блока нанокалориметра и снабженный рентгенопрозрачными окнами — мембранами из рентгенопрозрачного материала, закрывающими конструкционные отверстия. В данном корпусе предусмотрена возможность размещения нанокалориметрического сенсора, элемента Пельтье прямоугольной формы, системы жидкостного охлаждения и теплоотводящей пластины. Теплоотводящая пластина предназначена для отвода тепла с сенсора на элемент Пельтье и расположена между упомянутыми конструктивными элементами, и выполнена с возможностью фиксации к основанию. Теплоотводящая пластина изготовлена из материала с высокой теплопроводностью (например, со значением коэффициента теплопроводности не менее 350 Вт/(м⋅К)) и снабжена сквозным отверстием для беспрепятственного прохождения излучения, используемого при изучении образцов методами рентгеновской дифракции или оптической микроскопии. В корпус встроена электронная плата для возможности подключения нанокалориметрического сенсора. При этом конструкция устройства выполнена таким образом, что активная область нанокалориметрического сенсора располагается непосредственно в проекции отверстия теплоотводящей пластины. Для подключения нанокалориметрических сенсоров предусмотрен соответствующий коннектор. Основание корпуса выполнено с разделением на три зоны по длине, где первая зона предназначена для размещения электронной платы, вторая — для размещения системы жидкостного охлаждения, третья — является рабочей, предназначенной для размещения сенсора; основание имеет меньшую толщину в рабочей зоне; а система охлаждения выполнена в виде каналов в основании корпуса для прохождения охлаждающей среды.

В корпус встроены специальные газовые и жидкостные штуцеры для осуществления жидкостного охлаждения и создания контролируемой газовой атмосферы внутри устройства.

Система жидкостного охлаждения может быть выполнена в виде выреза в форме меандра в нижней части корпуса устройства. Над данным вырезом размещается элемент Пельтье и уплотняется по периметру специальной прокладкой, прижим которой осуществляется с помощью медного теплоотвода, необходимого для теплового контакта между нанокалориметрическим сенсором и системой охлаждения.

Электронная плата представляет собой пластину, изготовленную из двустороннего фольгированного стеклотекстолита с проводящими дорожками, покрытыми иммерсионным золотом. Корпус выполнен из алюминиевого сплава и в рабочей зоне имеет толщину от 5 мм до 7 мм. Основание имеет ступенчатый профиль в поперечном сечении, выполнено с углублением, обеспечивающим размещение и фиксацию сенсора и электронной платы в одной плоскости. Основание также снабжено вырезами для установки коннектора и отверстиями для установки жидкостных и газовых штуцеров подвода среды в систему охлаждения и полость корпуса. Корпус снабжен отверстиями для обдува окон инертным газом.

Таким образом, поставленная задача решается размещением в корпусе модуля охлаждения, состоящего из системы жидкостного охлаждения (7), элемента Пельтье (5) и теплоотводящей пластины (4). Система жидкостного охлаждения нужна для отвода тепла, генерируемого элементом Пельтье. Для обеспечения возможности проведения исследований с использованием методов оптической микроскопии и рентгеновской дифракции, в корпус и крышку устройства встроены мембраны из нитрида кремния.

Заявляемое устройство имеет ряд преимуществ перед прототипом, из которых наиболее важным является возможность проведения экспериментов с использованием нанокалориметрических сенсоров с различной архитектурой активной области. Это особенно актуально в связи с развитием технологий, используемых в области нанокалориметрии и выходом на коммерческий рынок новых типов нанокалориметрических сенсоров. Кроме того, превосходством предлагаемого термостатирующего устройства является компактность конструкции и эргономичность в процессе эксплуатации. Небольшие размеры термостатирующего блока упрощают адаптацию устройства к различным лабораторным условиям, что ускоряет процесс калибровки устройства и его интегрирования в различные экспериментальные установки. В устройстве, выбранном за прототип, система жидкостного охлаждения выполнена в качестве отдельного блока, изготовленного из медной пластины, в то время как в заявляемом устройстве система жидкостного охлаждения располагается непосредственно в корпусе, благодаря чему достигается максимально возможная компактность прибора, а ступенчатый профиль устройства в поперечном сечении обеспечивает минимальную толщину прибора в рабочей зоне. Также, геометрия отверстия в термостатирующем устройстве обеспечивает возможность проведения экспериментов по МУРР (малоугловое рассеяние рентгеновских лучей) и ШУРР (широкоугловое рассеяние рентгеновских лучей) как в геометрии на просвет, так и с использованием отраженного скользящего пучка рентгеновских лучей.

Значительным преимуществом также является отсутствие необходимости использования дополнительного эталонного нанокалориметрического сенсора, что существенно уменьшает габариты прибора. В заявляемом изобретении проблема конденсации влаги на рентген прозрачных мембранах решается за счет размещения в непосредственной близости к мембранам специальных отверстий, через которые производится обдув инертным газом.

Заявляемое устройство является универсальным, его конструкция позволяет использовать прибор в любых устройствах, основанных на использовании как отдельных методов исследования материалов, например, нанокалориметрических методов, оптической микроскопии, сканирующей зондовой микроскопии, рентгеновской дифракции, так и приборах, совмещающих два и более из вышеупомянутых методов.

При монтаже заявляемого устройства в экспериментальную установку для измерения структурных параметров образца необходимо учитывать высокую чувствительность нанокалориметрического сенсора к любым побочным электрическим сигналам. Так, в экспериментах может использоваться широкий диапазон частот модуляции температуры — от 1.0 Гц до 40 кГц, при этом точность измерения фазового смещения температурного отклика образца, обеспечиваемого контрольно-измерительным блоком нанокалориметра, лучше 0.05°. В предлагаемом устройстве реализована стабильная передача аналогового сигнала, получаемого нанокалориметрическим сенсором до контрольно-измерительного блока нанокалориметра без каких-либо потерь интенсивности сигнала и без внесения дополнительных шумов благодаря использованию электрической платы (2) с покрытием контактных площадок иммерсионным золотом.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен вид устройства с разнесенными конструктивными элементами.

На фиг. 2 изображен общий вид термостатирующего устройства с размещенным внутри сенсором типа XEN-40002.

На фиг. 3 изображен общий вид электронной платы с электрической разводкой.

На фиг. 4 прадставлена электрическая схема соединений.

Позициями на чертежах обозначены: 1 — крышка, 2 — нанокалориметрический сенсор, 3 — теплоотводящая пластина, 4 — модуль Пельтье, 5 — электронная плата с коннектором, 6 — основание корпуса, 7 — каналы жидкостного охлаждения, 8 — коннектор, 9 — штуцеры для подвода или отвода сред, 10 — рентгенопрозрачные окна.

Осуществление изобретения.

Ниже представлено более подробное описание заявляемого устройства, не ограничивающее сущность, представленную в независимом пункте формулы, а лишь демонстрирующее возможность реализации назначения с достижением заявленного технического результата.

Заявляемое устройство имеет конфигурацию, обеспечивающую его размещение в приборах для проведения исследований методами оптической микроскопии, дифракции рентгеновских лучей или сканирующей зондовой микроскопии. В частности, термостатирующее устройство совместимо с линиями МФРД и НФРД синхротрона ESRF (Гренобль, Франция). Для использования устройства на данных линиях особенно важна минимальная толщина в зоне активной области (т.е. в зоне размещения исследуемого образца), это связано с особенностями фокусировки рентгеновских лучей для получения пучка заданного размера, — фокусное расстояние в таких системах составляет несколько миллиметров и толщина устройства, которая составляет от 5 до 7 мм, соответствует данному требованию. Плоская конструкция устройства позволяет размещать его практически под любым оптическим микроскопом.

Устройство в сборке представляет собой прочный корпус (6) из дюрали. Внутри корпуса расположена система охлаждения, представленная вырезом в форме меандра (7), элементом Пельтье (4) и теплоотводящей пластиной (3) с отверстием для прохождения, например, рентгеновского пучка. Нанокалориметрический сенсор (2) подключается к электронной плате (5). Особое внимание уделено расположению активной области нанокалориметрических сенсоров с исследуемым образцом, положение ее строго инвариантно, и эта область располагается на одной оси с отверстием в теплоотводящей пластине (3) для прохождения излучения. Сверху основная часть корпуса — основание (6) накрывается крышкой (1), выполненной с вырезом для размещения мембраны из материала, прозрачного для рентгеновских и оптических лучей, что позволяет проводить in-situ измерения с использованием, в частности, методов рентгеноструктурного анализа и оптической микроскопии. По бокам устройства расположены штуцеры (9) для подачи охлаждающей жидкости и различных газов. При помощи коннектора micro-d-21 (8) основная плата (5) соединена с контрольно-измерительным блоком нанокалориметра, представляющим собой электронный контроллер, состоящий из платы усилителей сигналов и цифро-аналогового преобразователя, помещенных в прочный стальной экранирующий корпус. Электронный блок нанокалориметра соединен с ПК при помощи USB-коннектора.

Ниже представлено описание работы системы для нанокалориметрических измерений с используемым заявляемым термостатическим устройством.

Рабочий цикл начинается с задания температурной программы для контрольно-измерительного блока нанокалориметра, где производится автоматический пересчет ее параметров из температуры в напряжение, подаваемое на термопары и нагреватели нанокалориметрического сенсора. Если собственного температурного диапазона нанокалориметрического сенсора недостаточно, то программа подключает охлаждение или нагрев термостатирующего устройства. Для этого через элемент Пельтье (4) пропускается ток необходимого значения. Элемент Пельтье представляет собой полупроводниковое устройство, в котором градиент температур на нижней и верхней поверхностях создается за счет проходящего электрического тока. Для дополнительного охлаждения системы и вывода избыточного тепла из термостатируемой камеры нижняя поверхность элемента Пельтье (4) охлаждается путем прокачки охлаждающей жидкости через контур жидкостного охлаждения (7) сразу после подачи сигнала на включение насоса. При этом для нагрева исследуемого образца, размещенного в активной области сенсора достаточно подать на элемент Пельтье (4) обратное напряжение. После достижения теплового равновесия внутри термостатируемого объема программа передает рассчитанные параметры подаваемого напряжения цифро-аналоговому преобразователю контрольно-измерительного блока нанокалориметра через USB-соединение. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) генерирует выходной сигнал, который попадает в плату усилителей, и затем передается на соответствующие нагревательные элементы сенсора; одновременно начинается параллельный прием входящего сигнала от термопар сенсора. Анализируемый сигнал поступает с нанокалориметрического сенсора (2) на электронную плату (5), которая передает сигнал при помощи коннектора (8) на плату усилителей контрольно-измерительного блока нанокалориметра. Проходя через различные модули и усилительные каскады платы усилителей, сигнал попадает в ЦАП, откуда при помощи USB-коннектора передается на ПК, где регистрируется и записывается программой. Программа позволяет рассматривать как отдельные сигналы, так и производить простейшие действия с ними, например, вычитание базовой линии и производить визуализацию в разных системах координат.

Для реализации заявляемого устройства были выбраны нанокалориметрические сенсоры в корпусе XEN-40002, выпускаемые компанией Xensor Integration. Данные сенсоры обладают оптимальными характеристиками для проведения теплофизических исследований различных материалов в широком спектре температур с использованием высоких скоростей нагрева (до 1000000°С/с).

Представляемое устройство адаптировано для использования воды в качестве жидкого компонента системы охлаждения. Используемый элемент Пельтье в представляемом устройстве способен развивать и поддерживать постоянную отрицательную температуру до — 20°С. При этом используя модуль Пельтье в качестве системы нагрева, можно контролируемо увеличивать температуру нанокалорриметрического сенсора на дополнительные 100°С. Объем термостатируемой области пространства составляет 45 мл, что достаточно для размещения всех необходимых конструкционных элементов устройства.

Опытный образец устройства был испытан на линии МФРД синхротрона ESRF (Гренобль, Франция) при проведении in situ эксперимента дифракции рентгеновских лучей и нанокалориметрии. Устройство располагалось вертикально на XYZ столике, за счет чего обеспечивался доступ ко всем штуцерам и коннектору для подключения к контрольно-измерительному блоку. Благодаря малой толщине корпуса в зоне активной области сенсора удалось подвести фокусирующую апертуру на расстояние 3 мм до образца, — это позволило сфокусировать рентгеновский пучок до диаметра в 12 мкм. За счет экранированных проводов удалось обеспечить стабильную передачу аналогового сигнала с нанокалориметрического сенсора. В качестве исследуемого образца был взят изотактический полипропилен. Несколько микрограмм вещества размещались на активной области нанокалориметрического сенсора XEN-40002. Сенсор размещался на теплопроводящей пластине с последующим ее охлаждением до температуры -22°С с помощью системы охлаждения, при такой температуре образец переходил в стеклообразное состояние. Внутренняя камера устройства обдувалась сухим азотом. Выходом для газа служили отверстия для обдува окон, благодаря чему решалась проблема с конденсацией влаги на них. Нагрев образца до температуры плавления осуществлялся с помощью нанокалориметрического сенсора со скоростью 1000 К/с. Одновременно с нагревом производилась непрерывная съемка рентгеновским детектором каждые 1,5 мс. Весь эксперимент занял около 220 мс, после чего можно было сопоставлять данные рентгеновской дифракции и нанокалориметрии.

1. Устройство для термостатирования нанокалориметрического сенсора, включающее корпус, содержащий основание и крышку, выполненный с возможностью подключения к коннектору для соединения с блоком электроники, и размещенные в корпусе нанокалориметрический сенсор, элемент Пельтье, выполненный в виде пластины, электронную плату, предназначенную для передачи сигнала с сенсора на коннектор, систему жидкостного охлаждения элемента Пельтье, при этом крышка и основание снабжены соосными рентгенопрозрачными окнами для прохождения излучения, а активная область сенсора для исследуемого образца расположена в проекции упомянутых отверстий,

отличающееся тем, что содержит теплоотводящую пластину, предназначенную для отвода тепла с сенсора на элемент Пельтье, и расположенную между сенсором и элементом Пельтье, снабженную отверстием для прохождения излучения, и выполненную с возможностью фиксации к основанию,

при этом основание корпуса выполнено с разделением на три зоны по длине, где первая зона предназначена для размещения электронной платы, вторая — для размещения системы жидкостного охлаждения, третья — является рабочей, предназначенной для размещения сенсора; и основание имеет меньшую толщину в рабочей зоне; а система охлаждения выполнена в виде каналов в основании корпуса для прохождения охлаждающей среды.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электронная плата представляет собой пластину, изготовленную из двустороннего фольгированного стеклотекстолита с проводящими дорожками, покрытыми иммерсионным золотом.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен из алюминиевого сплава.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что основание выполнено с углублением, обеспечивающим размещение и фиксацию сенсора и электронной платы в одной плоскости.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус в рабочей зоне имеет толщину от 5 мм до 7 мм.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что основание снабжено вырезами для установки коннектора и отверстиями для установки жидкостных и газовых штуцеров подвода среды в систему охлаждения и полость корпуса.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система жидкостного охлаждения представляет собой вырез в форме меандра, при этом герметичность жидкостного контура обеспечена посредством резинового уплотнения, размещенного между вырезом и элементом Пельтье.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что теплоотводящая пластина изготовлена из материала со значением коэффициента теплопроводности не менее 350 Вт/(м⋅К).

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сенсор расположен в контакте с теплоотводящей пластиной.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус снабжен отверстиями для обдува окон инертным газом.

11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что основание имеет ступенчатый профиль в поперечном сечении.

12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит газовые вводы в виде штуцеров для создания контролируемой атмосферы.

Термостатирующее оборудование | Центр проектирования и оснащения лабораторий

Термостатирующее оборудование — территория постоянных температур

Многие химические процессы требуют точного температурного регулирования, которое обеспечивается применением оборудования, позволяющего достигать и поддерживать необходимые температурные условия процессов. Бани, термостаты и криостаты, циркуляционные и проточные охладители – все эти приборы относятся к данному классу оборудования. Спектр предложений данной продукции широк. Это как приборы общелабораторного назначения – бани, крио- и термостаты, так и приборы строго специализированного назначения — термостат для определения вязкости нефтепродуктов, термостат для бомб Рейда и др.

 

Предлагаем Вашему вниманию краткую информацию о данном оборудовании.

Лабораторные бани предназначены для нагревания и используются для решения задач, не требующих высокой точности поддержания температуры. В зависимости от теплоносителя бани делят на жидкостные, жидкосолевые, жидкометаллические, воздушные, паровые, песочные и криптоловые.

Водяные бани применяют при работе в диапазоне температур 20°С — 100°С. Очень удобны для работы с огнеопасными веществами.

В зависимости от условий для нагревания объектов можно использовать солевые бани. В качестве теплоносителя в данном случае служат растворы солей, температура кипения которых напрямую зависит от их концентрации. Это дает возможность использовать различную степень нагревания.
Для термостатирования при более высоких температурах широко используются масляные и, в случае работы с ЛВЖ, песчаные или криптоловые бани.

В лабораторных исследованиях, где необходима более высокая точность поддержания температуры, применяются термостаты.
Принципиальное отличие термостатов от лабораторных бань — эффективная циркуляция теплоносителя, что, обеспечивает точное и стабильное поддержание температуры во всем объеме с точностью от 0,1°С до 0,001°С. Диапазон рабочих температур термостатов от — 90°С до +400 °С.
Термостаты, комплектуются ваннами разных объемов и исполнения — поликарбонатные, нержавеющие и т.д.
В качестве теплоносителей, в зависимости от поставленных задач,  используют воду, растворы моноэтиленгликоля, пропиленгликоля, силиконовое масло. Моноэтиленгликоль применяют при температурах от — 30°С до +90°С, силиконовое масло – в диапазоне от — 85°С до +240 °С. Для работы при температурах 200 — 350°С используют кремнийорганические жидкости (полиорганосилоксаны), нафтеновые масла, жидкие смеси высококипящих углеводородов. Применение носителя строго специализировано и зависит от рабочей температуры процесса и объема камеры термостата. Основные требования, предъявляемые к жидкости для термостата: невысокая вязкость, незначительное давление пара, высокая термостойкость и химическая инертность к материалам оборудования. Для решения специфических задач могут быть использованы твердотельные электрические термостаты.

Для поддержания стабильно низких температур используют термостаты, работающие на охлаждение – криостаты. Криостаты имеют систему охлаждения, расположенную в нижней части прибора. Она представляет собой герметичный компрессор с жидкостным  — плавящиеся охлаждающие вещества, кипящие охлаждающие жидкости или испаряющиеся жидкости с низкой температурой кипения, вода  либо воздушным охлаждением.

Проточные и погружные охладители используются как дополнительные модули к нагревающим термостатам, что позволяет им работать при довольно низких температурах в режиме охлаждения.
Проточные охладители подключаются к внешнему контуру термостата. Подходят для применения вне помещений, для противоохлаждения (работа в паре с нагревателем), отлично заменяют охлаждение холодной водой, обладают функцией защиты от замерзания.
Погружные охладители: мобильны и удобны в применении, позволяют быстро охладить жидкость до низкой температуры, замена сухому льду, оснащены приборами контроля температуры.
Еще одна разновидность — циркуляционные охладители, используемые для охлаждения аналитического оборудования — электронных микроскопов, рентгеновских установок, атомно-адсорбционных, ротационных испарителей, а также для вакуумных систем и центрифуг.

Особое место в ряду термостатирующего оборудования занимают процесс-термостаты, которые позволяют вести работу в экстремально широком диапазоне  температур от -50 до 300оС. Основной принцип конструкции — это циркуляционный термостат с очень маленьким внутренним объемом и непроточная емкость расширения.  Процесс — термостаты обладают большой мощностью нагревания  и охлаждения, что позволяет производить особенно быструю смену температур.

 

На что обратить внимание при выборе

 

1. В зависимости от требуемой точности поддержания температуры необходимо определить, что именно Вам нужно — баня или термостат.
2. Ценовой диапазон предлагаемого оборудования обширен. Естественно, что приборы, произведенные в России дешевле продукции, предлагаемой зарубежными компаниями. Среди российских производителей лидером продаж среди термостатирующего оборудования является  компания  ООО «Термэкс» (г. Томск). Кроме нее недавно появился еще один производитель, который пробует выпускать бюджетные приборы —  ЗАО «ЛОИП»  (г. Санкт-Петербург). Однако, если лаборатория имеет возможность приобретать технику высокого уровня, то стоит обратить внимание на западных производителей.  Ведущими производителями термостатирующего оборудования в мире являются немецкие компании «LAUDA», «JULABO», «HUBER».   Производство компаний находится на высочайшем технологическом уровне класс high-end. Оборудование имеет примерно одинаковую стоимость и отличается высочайшим качеством и надежностью.

Из этих фирм официальное представительство имеет только компания «LAUDA», в то время как остальные представлены различными дилерами.

Также хорошо известны на рынке термостатирующего оборудования компании  «MEMMERT» (Германия) и «GFL» (Германия).

Продукция этих фирм соответствует международным стандартам и сертифицирована в Российской федерации.

Успешно реализуют свою продукцию  ряд итальянских и испанский компаний, а также несколько производителей из Юго-Восточной Азии, однако качество представляемого ими оборудования существенно ниже.

 

Независимо от сложности исследовательских, производственных целей и задач, благодаря разнообразию термостатирующего оборудования, существующего на рынке в наши дни, пользователи, могут приобрести надежное, качественное и высокотехнологичное оборудование, российских и зарубежных фирм — производителей. Многие лаборатории — биологические, медицинские, химико-аналитические, на сегодняшний день, оснащены оборудованием такого уровня.

Цифровая лаборатория по химии (профильный уровень) — Цифровые лаборатории — Основное общее образование — Продукция — nau-ra.ru

Назначение

Цифровая лаборатория предназначена для организации исследовательских работ учащихся, проектной деятельности в школах и учреждениях дополнительного образования.

Темы лабораторных работ профильного уровня 10-11 класс.

Разделение смесей

Органическое топливо

• КПД горелок
• Количественный анализ
• Колориметрия
• Кондуктометрия
• Потенциометрия
• Кондуктометрическое титрование
• pH-метрическое титрование
• Редоксметрическое титрование

Кристаллогидраты

• Гигростаты
• Температура плавления кристаллогидрата
• Состав кристаллогидрата

Электролиз

• Закон Фарадея
• Энергетическая эффективность электролиза

Тепловой эффект реакции

• Определение теплового эффекта реакции нейтрализации

Окислительно-восстановительные реакции

• Определение силы окислителей
• Изменение окислительно-восстановительного потенциала раствора при окислительно-восстановительной реакции
• Зависимость силы окислителя от pH

Скорость химической реакции

• Кинетическая кривая и определение скорости реакции
• Зависимость скорости реакции от температуры
• Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов
• Зависимость скорости гетерогенной реакции от площади контакта
• Зависимость скорости гетерогенной реакции от природы реагентов

Химическое равновесие

• Определение константы диссоциации слабой кислоты
• Определение произведения растворимости
• Буферные растворы
• Стабилизация концентрации фторидов

Гидролиз

• Выявление гидролизующихся солей солей

Обучающие видео по работе с цифровой лабораторией по химии (для педагогов)

1. Мастер-класс по работе с цифровой лабораторией по химии смотрите по ссылке (ведущий мастер-класса — методист в ГБОУ ГМЦ ДОГМ Колясников Олег).

2. Рассказ о лаборатории по химии от автора методического пособия к лаборатории,  первого заместителя директора по учебно-воспитательной работе Гимназии Святителя В.  Великого, «Учителя года России 2017» Смирнова Ивана:

Лучшие интеллектуальные термостаты на 2021 год

Еще в 2011 году оригинальный Nest Learning Thermostat покорил мир, предлагая подключение к Wi-Fi в стильном устройстве в форме шайбы, которое может изучать ваш распорядок дня и соответственно создавать графики нагрева и охлаждения. Хотя Nest не был первым подключенным термостатом, появившимся на рынке (канадская Ecobee превзошла его на два года), он, тем не менее, изменил правила игры, что помогло создать новый рынок. И Ecobee, и Nest по-прежнему занимаются этим, но теперь сталкиваются с жесткой конкуренцией со стороны оплотов отрасли HVAC, таких как Carrier, Honeywell, Trane и других.

Если вы хотите улучшить свой дом, термостат — это хорошее место для начала и поможет вам сэкономить значительную сумму денег за счет снижения затрат на отопление и охлаждение. Однако не все интеллектуальные термостаты одинаковы; некоторые из них предназначены для простых систем отопления и охлаждения и предлагают базовые возможности планирования и программирования, в то время как другие предназначены для сложных многоступенчатых систем и будут управлять системами отопления, охлаждения, осушения и вентиляции. Как и в случае с большинством устройств для умного дома, цены варьируются в зависимости от функций и возможностей.Читайте дальше, чтобы узнать, на что обращать внимание при покупке умного термостата и наших любимых моделей, которые мы тестировали.

---

На что обращать внимание на интеллектуальный термостат

Интеллектуальные термостаты предлагают множество функций, которые не только помогут поддерживать комфорт в вашем доме, но и могут снизить расходы на отопление и охлаждение. Самые простые модели относительно недороги, но все же оснащены схемой Wi-Fi, которая позволяет подключать устройство к домашней сети и Интернету. Им можно управлять с мобильного устройства, например смартфона или планшета, с помощью бесплатного мобильного приложения, а некоторые модели также позволяют управлять вещами из веб-браузера.

Лучшие интеллектуальные термостаты на этой неделе *

* Сделки отбирает наш партнер TechBargains

Базовые элементы управления позволяют повышать и понижать температуру, создавать семидневный график нагрева и охлаждения, отменять график, если вы или член семьи собираетесь вернуться домой раньше, а также включать и выключать систему. Учебный термостат Nest делает еще один шаг вперед в планировании; он может отслеживать ваши ежедневные приходы и уходы, а также тенденции нагрева с течением времени и создавать график нагрева и охлаждения в зависимости от того, когда вы обычно находитесь дома или вдали от дома и какую температуру вы предпочитаете в это время.

Как обычно, вы заплатите больше за дополнительные функции. Яркий красочный сенсорный дисплей упрощает настройку и программирование термостата и придает ему нотку стиля, и его обычно можно прочитать из любой точки комнаты. Термостаты по умеренной цене, такие как Honeywell Lyric T5, отображают текущее время и температуру до тех пор, пока вы не коснетесь экрана, и в этот момент он отобразит температуру и настройки меню, в то время как более дорогие устройства, такие как Nest Learning Thermostat, содержат датчики движения, которые загорают дисплей. когда вы входите в комнату.

Многие из новейших интеллектуальных термостатов содержат датчики влажности, которые вызывают предупреждение при обнаружении высокого или низкого уровня влажности, а некоторые модели отображают ваш местный прогноз погоды. Интеллектуальный термостат Ecobee с голосовым управлением поставляется с удаленным комнатным датчиком, который помогает поддерживать равномерную температуру по всему дому, особенно в комнатах, которые находятся далеко от термостата.

Если вы хотите, чтобы ваш термостат автоматически понижал температуру, когда вы выходите из дома, и снова включал его, когда вы приходите домой, поищите модель, которая поддерживает технологию геозон, например термостат Nest.Geofencing использует службы определения местоположения вашего телефона, чтобы сообщить термостату, когда вы входите в виртуальный периметр дома или выходите из него. Используя мобильное приложение, вы можете установить желаемую температуру дома и в гостях, и термостат сработает, когда вы войдете и покинете периметр. Просто убедитесь, что у вас есть телефон, когда вы выходите из дома.

Отчеты об использовании — еще одна полезная функция, которая позволяет вам увидеть историческое представление о том, как часто ваша система работает и сколько времени требуется для достижения заданной температуры.Некоторые термостаты даже сообщают вам, какой была температура на улице в то время, чтобы вы могли увидеть, как она повлияла на вашу систему HVAC. Другие общие функции, на которые следует обратить внимание, включают напоминания о техническом обслуживании и замене таких вещей, как воздушные фильтры, возможности планирования отпуска и предупреждения о цикле включения питания, которые сообщают вам, если ваша система работает нестабильно.

---

С чем еще работают интеллектуальные термостаты?

Если у вас дома установлены другие интеллектуальные устройства, поищите термостат, который будет работать с максимально возможным их количеством.Термостат Nest Learning работает с другими устройствами Nest, такими как дымовая сигнализация Protect и камеры Nest для использования внутри и снаружи помещений, а также с многочисленными устройствами сторонних производителей, включая интеллектуальные переключатели, вентиляторы и системы освещения. Поддержка IFTTT (If This Then That) — популярная функция, которая позволяет запускать или запускать термостат другими устройствами или службами с поддержкой IFTTT. Например, вы можете создать апплет, который включает умный кондиционер, когда ваш термостат достигает определенной температуры.

Многие из новейших интеллектуальных термостатов поддерживают голосовые команды Amazon Alexa, Apple Siri и Google Assistant, что позволяет вам делать такие вещи, как изменять настройки температуры и узнавать текущую температуру с помощью голоса. Некоторые из самых многофункциональных интеллектуальных термостатов, включая Ecobee 4 и Ecobee Smart, имеют встроенное голосовое управление Alexa и могут делать практически все, что делает динамик Echo; вы можете попросить их включить музыку из вашей библиотеки Amazon, узнать последние новости и спортивные результаты, узнать прогноз погоды, изменить настройки температуры и многое другое.

---

Можно ли установить умный термостат самостоятельно?

Умные термостаты обычно очень просты в установке, но перед началом работы важно знать, как подключена ваша система. Всегда записывайте проводку, прежде чем снимать старый термостат, и, если возможно, сделайте снимок. Большинство новейших устройств поставляются с заранее напечатанными этикетками, которые можно прикрепить к проводам, чтобы идентифицировать их во время установки. Вы также должны знать, какой у вас тип системы, так как вам будет предложено ввести эту информацию во время установки.Обычно поддерживаемые типы систем HVAC включают газовые, масляные, электрические, пропановые, воздушные и радиантные.

Большинство интеллектуальных термостатов можно использовать с многоступенчатыми системами отопления и охлаждения, но если вы будете управлять другими компонентами, такими как осушители воздуха в доме, тепловые насосы и системы вентиляции, убедитесь, что вы выбрали термостат, который поддерживает эти устройства. . Фактически, если у вас сложная многокомпонентная система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, рекомендуется попросить профессионального специалиста по системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха установить термостат, чтобы избежать повреждения вашей системы.

Еще один фактор, который следует учитывать, — это то, есть ли в вашей системе C (общий) провод, который используется для подачи постоянного питания на термостат. Почти всем интеллектуальным термостатам для работы требуется провод C, но в старых домах со старыми системами отопления обычно нет провода C, потому что старые термостаты не требовали его. Некоторые интеллектуальные термостаты поставляются с комплектом удлинителя мощности, который вы можете установить самостоятельно для подачи питания на устройство. Другие устройства, в том числе термостаты Nest, могут быть установлены без провода C, но они будут отбирать мощность у цепей управления печи, чтобы обеспечить достаточную мощность для поддержания заряда внутренней батареи.Хотя это обычно работает без проблем, известно, что это вызывает проблемы с некоторыми системами HVAC и может фактически запускать систему для кражи энергии. Если вы не хотите рисковать и поджаривать печатные платы своей печи, вы можете попросить профессионального специалиста проложить С-образный провод примерно за 150 долларов или около того.

Стоимость интеллектуального термостата может быть значительно выше стоимости традиционной модели. Но имейте в виду, что со временем это действительно может сэкономить вам деньги на отоплении и охлаждении, не говоря уже о гибкости, которую он обеспечивает, когда вы находитесь в доме и вне его.

Чтобы узнать о других способах внедрения технологий в ваш дом, ознакомьтесь с лучшими устройствами для умного дома, которые мы тестировали.

Лучшие умные термостаты на 2021 год: отзывы и советы по покупке

В связи с тем, что в начале лета во многих регионах США наблюдается сильная жара, пора подумать о добавлении умного термостата в репертуар вашего дома. Установка одного из них окажет огромное влияние не только на то, насколько вам комфортно в вашем доме, но и на ваш семейный бюджет.По данным Министерства энергетики США, на отопление и охлаждение вашего дома приходится почти половина счетов за коммунальные услуги в среднем за дом.

Программируемый термостат может помочь снизить эти расходы, включив вашу систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, когда вы собираетесь быть дома, и выключить, когда вы не думаете, что вам понадобится контроль микроклимата в помещении. Умный термостат выходит далеко за рамки простого графика. Это не только позволит вам создавать более сложные расписания на каждый день недели, но и даст вам полный контроль над вашей системой HVAC, даже когда вы находитесь вдали от дома.Мы постоянно тестируем и оцениваем умные термостаты и можем помочь вам найти подходящий для вашего дома.

Лучший умный термостат

Nest обычно привлекает к себе все внимание — и компания заслуживает похвалы за то, что встряхнула когда-то сонный рынок, — но последний интеллектуальный термостат Ecobee — лучшее, что вы можете купить сегодня. Новая модель основана на предшествующей модели, которая сама по себе была очень хорошо реализована. Многие другие умные термостаты полагаются на измерение температуры в доме только в одной точке: там, где находится термостат.Проблема в том, что это место обычно находится в коридоре или в другом месте, где вы никогда не проводите время. Ecobee позволяет вам размещать многоцелевые датчики в разных комнатах вашего дома, так что комнаты, в которых вы находитесь из , являются теми, которые термостат дает команду вашей системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха нагреть или охладить, чтобы вам было комфортно.

Второе место

Не считайте Nest из игры с термостатом. Подразделение Google приложило больше усилий, чем кто-либо, над созданием комплексной экосистемы умного дома со своими собственными продуктами — серией камер видеонаблюдения Nest Cam и детекторами дыма и угарного газа Nest Protect, а также широким спектром сторонних продуктов: Все, от потолочных вентиляторов до элементов управления освещением и даже интеллектуальной техники.Недавнее добавление датчика температуры Nest делает это устройство еще умнее.

Так почему же он занял второе место здесь? Nest рассчитывает, что вы покупаете другие продукты Nest, чтобы определить, когда вы дома, а когда нет. И любой, кто инвестирует — или планирует инвестировать — в перспективную экосистему Apple HomeKit, должен держаться подальше от продуктов Nest.

Лучший бюджетный умный термостат

Wyze Thermostat

Безусловно, лучший бюджетный термостат, который мы тестировали на сегодняшний день.

Wyze Labs является лидером рынка, предлагая недорогие продукты для умного дома, и новый термостат Wyze, безусловно, не исключение. Это не самое красивое или элегантное устройство, которое мы видели, но оно предлагает больше функций и поддерживает больше типов систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, чем термостат Nest, занявший второе место в этой категории, и стоит всего 50 долларов. Если Wyze выполнит свое обещание предложить удаленные комнатные датчики, это будет еще более выгодно.

Второе место

Nest Thermostat

Абсолютно новый и недорогой Nest Thermostat легко порекомендовать, но было бы еще лучше, если бы он поддерживал удаленные датчики Nest.

Трудно превзойти команду Nest, когда дело доходит до привлекательного промышленного дизайна, и термостат Nest — это элегантное устройство, если вам не нужно поддерживать более сложные системы HVAC или вам все равно, что он не поддерживает удаленные датчики. которые могут устранить горячие и холодные точки в вашем доме. Но его цена в 130 долларов — это серьезная надбавка за дизайн.

Лучший интеллектуальный термостат для высоковольтных нагревателей

Mysa Smart Thermostat

Стильный и высокотехнологичный выбор для того, чтобы сделать немые высоковольтные нагреватели намного умнее.

Эти типы термостатов разработаны для плинтусов, излучающих, конвекторов с принудительной вентиляцией и аналогичных типов обогревателей, в отличие от более распространенных центральных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Таким образом, в этой категории гораздо меньше вариантов. Пока что мы выбрали умный термостат Mysa Smart Thermostat благодаря его элегантному промышленному дизайну и широкой поддержке других устройств для умного дома, включая Amazon Alexa, Google Assistant и Apple HomeKit.

Лучший контроллер для автономного кондиционера

Sensibo Air

Убийственная особенность Sensibo Air — это удаленный датчик, который определяет движение, а также температуру и влажность, обеспечивая максимально комфортную среду в той части комнаты, в которой вы занимаетесь, и экономит ваши деньги за счет включения кондиционера. выключить, когда вас нет в комнате, чтобы он вам понадобился.

Если у вас нет центральной системы HVAC или если вы дополняете ее одним или несколькими автономными кондиционерами, Sensibo Air сделает эти устройства более умными и эффективными. Это дорого, но стоит своих денег.

Второе место

Cielo Breez Plus

Хотя это не самый привлекательный контроллер для кондиционеров, который мы видели, он наиболее универсален и прост в настройке и использовании. Он также совместим с большим количеством моделей кондиционеров, чем его конкуренты.

Cielo Breez Plus не имеет гладкого дискретного датчика помещения, который поставляется с Sensibo Air, но он все равно значительно улучшит производительность вашего автономного кондиционера, и он дешевле, чем его более сложный конкурент.

На что обращать внимание при покупке

Требования к C-проводу Большинству интеллектуальных термостатов требуется больше электроэнергии, чем может обеспечить набор батарей. К счастью, им не требуется столько энергии, сколько нужно для подключения к стене.Вместо этого они полагаются на низковольтную энергию, обеспечиваемую вашей системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Многие интеллектуальные термостаты требуют наличия специального провода C (общего) для этой цели, в то время как другие могут перекачивать электричество из другого источника, как правило, из провода R (питания). Но последняя практика, как известно, вызывает проблемы с некоторыми системами HVAC, включая необратимые повреждения. Если вы вытаскиваете свой существующий термостат, чтобы установить умную модель, и не обнаруживаете, что к нему не подключен провод C, загляните в стену, чтобы увидеть, есть ли тот, который не был подключен.Если провода C нет, мы советуем установить его. Только для пары термостатов, рассмотренных здесь, требуется провод C, но все производители настоятельно рекомендуют его использовать.

Простота установки Термостат не должно вызывать затруднений в установке, даже если вы не очень удобны. Производитель должен предоставить исчерпывающие, но простые для понимания инструкции с большим количеством фотографий или иллюстраций, которые помогут вам в этом процессе. Сам термостат должен четко указывать, какие провода куда идут, и большинство компаний предоставляют ярлыки, которые вы можете прикрепить к проводам, выходящим из стены, когда вы отсоединяете и снимаете свою старую модель.Сами провода должны иметь цветовую маркировку , но рекомендуется сфотографировать свой старый термостат для справки, прежде чем снимать его.

Honeywell

Geofencing Эта функция использует приложение термостата и GPS-чип вашего смартфона для определения периметра вокруг вашего дома. Когда вы покидаете периметр, вам, по-видимому, больше не нужно отапливать и охлаждать свой дом, или вы можете, по крайней мере, настроить термостат, чтобы он не работал без надобности.Когда вы снова пересечете периметр, возвращаясь домой, ваша система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха может сработать, чтобы в вашем доме было комфортно, когда вы входите в дверь.

Опора высоковольтного нагревателя Большинство интеллектуальных термостатов предназначены для работы с центральными системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Если ваш дом отапливается высоковольтными обогревателями (например, плинтус, излучающий воздух или конвектор с принудительной вентиляцией), вам понадобится термостат, специально разработанный для работы с этим типом обогревателя.

Удаленный доступ Удаленный доступ позволяет вам управлять своим термостатом издалека, чтобы вы могли регистрироваться и регулировать температуру из любого места, где у вас есть подключение к Интернету.

Датчики Geofencing — это здорово, если каждый, кто живет в доме, имеет смартфон. Датчики движения и приближения предлагают альтернативные средства определения того, занят ли ваш дом и, следовательно, требуется ли климат-контроль. Оригинальный термостат Nest часто критиковали за то, что он слишком полагался на датчик движения. Если бы никто не проходил мимо него достаточно часто, он решал бы, что дом пуст, и он перестал бы нагреваться или охлаждаться. Некоторые интеллектуальные термостаты также могут подключаться к датчикам дверей и окон, а также к датчикам движения для вашей домашней системы безопасности.А датчики приближения на самом термостате могут вызывать включение дисплея термостата, когда вы проходите мимо него, что делает экраны удобной функцией сами по себе, даже если не по какой-либо другой причине, кроме освещения пути в ночное время.

Samsung

Лучшие интеллектуальные термостаты могут быть интегрированы в более широкие системы умного дома, такие как SmartThings от Samsung.

Системная интеграция умного дома Каждый умный термостат поставляется с приложением, чтобы вы могли управлять им со своего смартфона или планшета, но лучшие модели также могут быть интегрированы с другими устройствами умного дома и более широкими системами умного дома.Это может варьироваться от возможности регулировать температуру с помощью голосовой команды с помощью цифрового помощника Amazon Echo или Google Home до подключения к детектору дыма, чтобы вентилятор автоматически выключался при обнаружении пожара, предотвращая распространение дыма по всему дому. . Другие варианты, которые следует рассмотреть, включают поддержку IFTTT и Stringify, совместимость с Apple HomeKit, возможность подключения smart-vent и подключение к домашним системам безопасности.

Сложность системы Каждый из протестированных нами термостатов поддерживает многоступенчатые системы отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC), а также системы тепловых насосов.Если ваш дом разделен на зоны, которые нагреваются и охлаждаются независимо друг от друга, вам, вероятно, понадобится по одному термостату для каждой зоны. Одно приложение должно иметь возможность управлять несколькими зонами.

Пользовательский интерфейс Давно прошли те времена, когда пользовательский интерфейс термостата состоял из цифр на циферблате. Чем сложнее становится устройство, тем труднее научиться пользоваться им. Меньше всего вам захочется смотреть на непостижимые иероглифы на стене, когда все, что вам действительно нужно, — это быть теплее или прохладнее.Умный термостат должен сразу передавать важную информацию и легко адаптироваться к вашим конкретным потребностям.

Как мы тестируем интеллектуальные термостаты

Мы устанавливаем термостаты в частном доме с обычной системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и используем каждый в течение недели или более, чтобы определить, насколько они эффективны для поддержания комфортной среды. К существующему в доме термостату были подключены провода G, R, W и Y. В стене также был провод C, который был подключен к печи, но ранее он не использовался.

Хотя не существует регламентированного стандарта для цветовой кодировки проводов HVAC, в отраслевой практике используется провод G, соединяющий термостат с вентилятором. Этот провод обычно зеленый. Провод R, обычно красный, предназначен для питания. Некоторые системы имеют отдельные провода питания для обогрева и охлаждения и обозначены соответственно RH и RC. Обычно белый провод W предназначен для дополнительного нагрева; то есть второй источник тепла. Y-провод, обычно желтого цвета, соединяет термостат с кондиционером. Наконец, C или «общий» провод используется для подачи питания и обычно синий (подумайте о лазурном, если вам нужна мнемоника).

Отзывы о нашем умном термостате

Примечание. Когда вы покупаете что-то после перехода по ссылкам в наших статьях, мы можем получить небольшую комиссию. Прочтите нашу политику в отношении партнерских ссылок для получения более подробной информации.

Определение термостата Merriam-Webster

тер · мо · стат | \ ˈThər-mə-ˌstat \

: автоматическое устройство для регулирования температуры (например, путем регулирования подачи газа или электричества к нагревательному устройству). также : аналогичное устройство для срабатывания пожарной сигнализации или управления автоматическими оросителями.

термостатированный \ ˈThər- mə- ˌsta- təd \ также термостатированный; термостатирование также термостатирование

переходный глагол

: для обеспечения или регулирования температуры с помощью термостата.

14 интеллектуальных термостатов для регулирования температуры вашего дома

1 из 15 John Kim / CNET

Вот текущий список интеллектуальных термостатов, которые мы рассмотрели на сегодняшний день, и который регулярно обновляется по мере изучения новых продуктов.

Несмотря на то, что они имеют разный дизайн и используют разные интеллектуальные функции, у них есть одно общее: голосовое управление.

Прочтите, чтобы узнать больше об интеллектуальных термостатах, доступных сегодня.

2 из 15 Крис Монро / CNET

Ecobee3 Lite Smart Thermostat

Ecobee3 Lite от Ecobee работает с множеством платформ для умного дома: Amazon Alexa, Apple HomeKit, Samsung SmartThings, Wink и IFTTT.

Модель Lite может выглядеть как оригинальный Ecobee3, но в ней нет удаленного датчика для отслеживания вашего статуса дома и вдали.

3 из 15 Chris Monroe / CNET

Ecobee SmartThermostat с голосовым управлением

Ecobee SmartThermostat с голосовым управлением работает с Apple HomeKit, Samsung SmartThings, Wink и IFTTT — и даже имеет встроенный динамик Alexa.

Он также оснащен выносным датчиком температуры, чтобы вы могли отслеживать температуру в других комнатах.

4 из 15 Тайлер Лизенби / CNET

Программируемый термостат Emerson Sensi Wi-Fi

Программируемый термостат Emerson Sensi Wi-Fi не имеет алгоритмического обучения или автономных датчиков присутствия.

Однако он работает с Alexa, Apple HomeKit, Google Assistant и Wink.

5 из 15 Тайлер Лизенби / CNET

Термостат Emerson Sensi Touch Wi-Fi

Как и термостат Emerson Sensi, Sensi Touch поддерживает Amazon Alexa, Apple HomeKit, Google Assistant и Wink. Он также имеет сенсорный дисплей и предлагает функции геозон и мониторинга влажности.

6 из 15 Тайлер Лизенби / CNET

Обучающий термостат Google Nest (2015)

Обучающий термостат Nest использует алгоритмы для адаптации к вашим распорядкам дня.

Его встроенные датчики помогают определить, дома вы или нет, и автоматически регулируют температуру.

Он также работает с устройствами Alexa и динамиками Google Home.

7 из 15 Google

Google Nest Thermostat (2020)

Nest Thermostat — новейший интеллектуальный термостат от Google, но эта модель стоит всего 130 долларов.

Доступен в четырех цветах: песочный (белый), снежный (розовое золото), туман (светло-зеленоватый / голубовато-серый) и угольный (темно-серый).Комплекты отделки для закрытия старой краски или отверстий от предыдущих установок продаются отдельно за 15 долларов.

Этот термостат работает с Alexa и Google Assistant.

8 из 15 Крис Монро / CNET

Google Nest Thermostat E

Nest Thermostat E — интеллектуальный термостат Google начального уровня. E имеет (почти) все те же функции, что и Nest Learning Thermostat, но имеет менее дорогие аппаратные компоненты, чтобы снизить цену.

9 из 15 Тайлер Лизенби / CNET

Умный термостат Honeywell Lyric

Умный термостат Honeywell Lyric может общаться с Siri через HomeKit или с Alexa через динамики Amazon Echo, Echo Dot и Tap.

Он также имеет возможности геозоны, привязанные к местоположению вашего телефона. Когда вы выходите из дома, Lyric автоматически настраивается на более энергоэффективную температуру. А когда вы вернетесь, он должен автоматически вернуться к более комфортным настройкам.

10 из 15 Chris Monroe / CNET

Honeywell Lyric T5 Smart Thermostat

Lyric T5 от Honeywell работает с устройствами HomeKit и Alexa, поэтому у вас есть несколько разных способов настроить этот термостат своим голосом.

Он также имеет возможности геозоны. Просто установите радиус дома и вдали, и пусть Lyric T5 отрегулирует температуру и кондиционирование воздуха за вас.

11 из 15 Тайлер Лизенби / CNET

Термостат iDevices

Интеллектуальный термостат iDevices не имеет такого количества подключенных технологий, как некоторые из его конкурентов, но он работает с HomeKit для голосового управления Siri.

12 из 15 Крис Монро / CNET

Johnson Controls GLAS Smart Thermostat

Интеллектуальный термостат GLAS от Johnson Controls за 319 долларов США имеет встроенный динамик Microsoft Cortana.Попросите Кортану «изменить температуру до 68 градусов» или «переключиться из режима дома в режим отсутствия». GLAS также работает с Alexa и Google Assistant, если у вас дома есть совместимый умный динамик.

Этот термостат оснащен прозрачным сенсорным OLED-дисплеем и отображает отчеты о качестве воздуха.

13 из 15 Chris Monroe / CNET

Lux Geo Thermostat

Lux Geo Thermostat имеет возможности геозон для автоматического режима дома и в гостях.

Вы также можете установить повторяющийся график нагрева и охлаждения в соответствующем приложении Lux.

Термостат гибкой конструкции может быть установлен как вертикально, так и горизонтально.

14 из 15 Тайлер Лизенби / CNET

Lux Умный термостат Kono

Умный термостат Kono от Lux стоит 153 доллара. Он выглядит аккуратно и работает с множеством платформ умного дома, но пользоваться циферблатом сложно.

15 из 15 Крис Монро / CNET

Resideo Умный термостат Honeywell Home T9

Умный термостат Resideo Honeywell Home T9 стоит 200 долларов.Он поставляется с удаленным датчиком температуры, влажности и приближения, а также с возможностями геозон и поддержкой голосовых команд Alexa и Google Assistant.

Вы можете купить T9 как отдельное устройство (без удаленного датчика) за 170 долларов, а датчики, которые Resideo называет Smart Room Sensors, по 40 долларов каждый.

Регуляторы температуры, системы, алгоритмы, методы и типы термостатов

Термостаты (или регуляторы температуры) — это устройства, которые используются для измерения и регулирования температуры воздуха, жидкости, такой как вода, или других процессов.В то время как термометры обеспечивают считывание или значение температуры, термостаты предназначены для повышения или понижения температуры до желаемой точки по сравнению с ее текущим значением.

Типы контроля температуры

Изображение предоставлено: Fahroni / Shutterstock

Термостаты находят применение в различных продуктах и ​​отраслях, некоторые из которых являются привычными потребительскими товарами. В этом руководстве кратко описаны распространенные типы термостатов как по применению, так и по конструкции / функциональности.Кроме того, в этом руководстве также представлена ​​дополнительная информация о типах регуляторов температуры, используемых в производственных процессах.

Типы термостатов (регуляторов температуры) по приложению

Термостаты контроля нагрева

Контроль температуры нагревателя, пожалуй, наиболее распространенная область применения термостатов, и, конечно, та, с которой знакомо большинство людей. Термостаты регулирования температуры используются для регулирования температуры воздуха в помещении. Эти устройства подключаются к системе контроля температуры отопления, такой как котел или печь, и отправляют электрический сигнал в эту систему, когда есть запрос на тепло, что означает, что термостат обнаружил, что температура в помещении упала ниже желаемого (установленного ) температура.Этот сигнал активирует реле управления, чтобы начать процесс розжига котла или печи и подачи тепла через принудительный воздух или через радиаторы. Когда температура повысится до желаемой, сигнал термостата отключается и котел или печь отключается.

Термостаты регулирования температуры

Другие распространенные продукты включают термостаты для регулирования температуры. Термостаты электрических нагревателей определяют температуру и включают в себя питание электрических нагревательных элементов по мере необходимости для обогрева комнаты.Вентиляторы охлаждения оснащены термостатами управления вентиляторами, которые можно использовать для включения и выключения вентилятора по мере необходимости в зависимости от температуры воздуха в помещении. Термостаты электрогрелки работают аналогичным образом, ограничивая температуру, до которой может подняться электрогрелка, с целью предотвращения случайных ожогов. Термостаты для бассейнов используются в нагревателях бассейнов, чтобы определять температуру воды в бассейне, когда она циркулирует через нагреватель бассейна. Как и в случае с термостатами системы контроля температуры нагрева, описанными ранее, термостат бассейна будет включать и выключать нагреватель бассейна по мере необходимости, чтобы повысить температуру воды до желаемой уставки.В бытовых системах горячего водоснабжения используются термостаты горячей воды, также называемые аквастатами, которые определяют, когда водонагреватель должен включиться, чтобы создать горячую воду для использования.

Автомобильные термостаты

В автомобильной промышленности термостаты играют важную роль и появляются в нескольких местах. Автомобильные термостаты контролируют температуру в салоне и используются для добавления тепла или активации системы кондиционирования воздуха для поддержания уровня комфорта в салоне. Термостаты систем охлаждения автомобилей и самолетов стремятся регулировать температуру охлаждающей жидкости в автомобиле или самолете, оставаясь закрытыми в условиях холодного запуска двигателя, а затем открываясь, чтобы позволить жидкости циркулировать к радиатору или теплообменнику при повышении температуры двигателя.В системе охлаждения используется дополнительный термостат, который измеряет температуру охлаждающей жидкости или двигателей, активируя электрические вентиляторы, чтобы втягивать дополнительный воздух через радиатор для охлаждения жидкости по мере необходимости.

Контрольные термостаты

Термостатический контроль также применяется к критическим компонентам системы. Масляные термостаты предназначены для контроля температуры смазочной жидкости в машинах и двигателях, чтобы гарантировать защиту двигателя. Вращающиеся валы, поддерживаемые подшипниками, могут использовать термостаты подшипников для контроля температуры подшипника, что может помочь предсказать наступление условий, требующих обслуживания.Термостаты дизельных двигателей предназначены для поддержания надлежащей температуры двигателя на больших транспортных средствах, таких как тягачи с прицепами, где потребность в охлаждении будет зависеть от рабочей нагрузки. В некоторых конструкциях используются два термостата, которые функционируют как клапаны с регулируемой температурой и регулируют количество охлаждающей жидкости, поступающей в радиатор автомобиля.

Термостаты используются в других учреждениях, например в лабораториях, для поддержания температуры процесса. Термостаты для опасных зон используются в приложениях, где может существовать риск присутствия взрывоопасной атмосферы.Существуют даже термостаты торговых автоматов, которые используются для контроля температуры внутри этих автоматов, чтобы сохранять напитки холодными или предотвращать таяние закусок, таких как шоколадные батончики.

Типы термостатов по конструкции / функциям

Существует несколько конструкций термостатов, в которых используются различные материалы и их свойства, чтобы определять изменения температуры и отправлять управляющие сигналы в другие системы.

Термостаты Mercurial

Один из старейших типов термостатов — ртутные термостаты.Эта конструкция использует тепловую катушку и ртутный переключатель, который управляется ручным диском или рычагом на термостате. Когда установка температуры повышается поворотом шкалы, действие приводит к закрытию ртутного переключателя и отправке сигнала системе обогрева на включение. Когда воздух начинает нагреваться, изменение температуры вызывает разматывание тепловой катушки, что размыкает ртутный переключатель и отключает систему обогрева.

Биметаллические термостаты

Еще одна испытанная конструкция термостата — биметаллический термостат.Биметаллическая полоса состоит из двух металлов, таких как латунь и железо, коэффициенты теплового расширения которых различны. Когда термостат настроен на нагрев, контур замыкается. При повышении температуры в помещении биметаллическая полоса изгибается и размыкает электрическую цепь, в результате чего система отопления отключается.

Электронные термостаты

В то время как ртутные и биметаллические термостаты являются электрическими термостатами и управляются вручную, большинство современных термостатов представляют собой электронные термостаты, в том числе программируемые цифровые термостаты.Преимущество этих устройств заключается в том, что они дают возможность устанавливать профили для отопления и охлаждения в соответствии с потребностями жителей здания. Эти термостаты предлагают отдельные настройки для разного времени дня и дней недели, так что вечером может быть прохладнее, когда люди спят, и тепло утром или днем, когда люди бодрствуют. Новейшие технологии для термостатов иногда называют интеллектуальными термостатами и используют беспроводную связь, что позволяет пользователям использовать мобильные телефоны и планшеты для изменения температурных условий по запросу.

Некоторые конструкции термостатов называются термостатами линейного напряжения, что означает, что сам термостат переключает электрические сигналы на стандартном уровне рабочего напряжения (120 В / 240 В в жилых помещениях в США). Напротив, большинство термостатов переключают управляющий сигнал с более низким напряжением. , отправив его в цепь реле, предназначенную для переключения сетевого напряжения, например, для управления циркуляционными насосами в котлах.

Пневматические термостаты

Пневматические термостаты будут регулировать выходное давление воздуха в зависимости от температуры воздуха в помещении.Пневматические термостаты бывают двух типов — прямого действия (DA) и обратного действия (RA). Устройства прямого действия будут производить более высокое давление на выходе при повышении температуры в помещении; устройства обратного действия производят более низкое выходное давление при повышении температуры в помещении.

Погружные термостаты

В погружных термостатах

обычно используется погружной нагреватель / охладитель и насос для регулирования температуры ванны с жидкостью в лабораторных, медицинских или научных целях.

Дистанционные термостаты

Термостаты с дистанционной лампой и термостаты с дистанционным зондированием имеют термодатчик, расположенный на некотором расстоянии от блока управления термостатом, который в некоторых случаях отправляет показания по беспроводной сети.

Методы контроля температуры для производственных операций

Контроль температуры на производстве — важнейшая часть правильного формирования продукта. Если температура опускается выше или ниже идеального диапазона, необходимого для конкретной стадии производственного процесса, результаты могут быть вредными — неправильно приклеенные покрытия, ослабленный основной материал или общий скомпрометированный компонент — поэтому становится все более важным, чтобы производитель не только определять правильную температуру для каждого этапа, но также контролировать температуру внутри машины и получать соответствующую обратную связь.

Контроллеры температуры

в производственных операциях выполняют именно эту функцию: они обеспечивают правильную работу машины, измеряя температуру на разных этапах процесса и сравнивая данные с запрограммированными температурными характеристиками. В результате производители могут быстро и легко обнаруживать неисправности оборудования, связанные с температурой, и при необходимости устранять их.

Существует три основных типа регуляторов температуры, которые используются для контроля температуры во время производственных процессов: двухпозиционные, пропорциональные и ПИД-регуляторы.

Включение / выключение контроля температуры

Двухпозиционный регулятор температуры является наименее дорогим из всех типов регулирования, а также наиболее простым с точки зрения принципа действия. Управление либо включено, либо выключено — если температура падает ниже определенной точки, система управления подает сигнал машине, чтобы она включила повышение температуры. Аналогичным образом, если температура поднимается выше определенной точки, срабатывает управление, чтобы машина понизила температуру. Распространенным примером двухпозиционных систем является бытовой термостат.Когда температура падает ниже определенной точки, контроллер запускает нагреватель, чтобы поднять температуру до запрограммированного значения. С кондиционированием воздуха все работает по-другому: если температура поднимается выше определенной точки, контроллер включает кондиционер, понижая температуру до запрограммированной нормы.

Регуляторы включения / выключения

часто используются в процессах, где изменение температуры происходит очень медленно, и точный контроль температуры не требуется.

Пропорциональное регулирование

В отличие от регуляторов включения / выключения, которые реагируют только при достижении установленного предела, пропорциональные регуляторы предназначены для реагирования на изменение температуры до того, как она выскользнет из желаемого диапазона.По сути, пропорциональные регуляторы увеличивают или уменьшают подачу питания по мере того, как температура достигает своего верхнего или нижнего предела или уставки, что замедляет или ускоряет нагреватель и помогает стабилизировать температуру.

Температурный диапазон, в котором пропорциональные регуляторы либо уменьшают, либо увеличивают подачу питания для медленного или скоростного нагрева, известен как «зона пропорциональности». Если температура достигает нижнего или верхнего заданного значения, регулятор затем функционирует как полный контроль включения / выключения — температура либо полностью включается для повышения температуры, либо полностью выключается, чтобы понизить температуру.Когда температура находится в пределах диапазона пропорциональности, а электропитание уменьшается или увеличивается, нагрев увеличивается или уменьшается в зависимости от того, насколько далеко температура от заданного значения.

ПИД-регулятор (пропорционально-интегрально-производная)

Этот регулятор сочетает в себе пропорциональное регулирование с интегральным и производным регулированием (ПИД). Система PID, работающая в пределах диапазона пропорциональности так же, как и пропорциональное управление, имеет две дополнительные функции, которые улучшают общее регулирование температуры.Пропорциональная функция позволяет контроллеру реагировать на текущие обстоятельства и соответствующим образом настраиваться. Интегральное значение учитывает сумму недавних событий (другими словами, прошлые ритмы пропорционального управления), а производное значение определяет соответствующую реакцию на основе скорости изменения прошлых ритмов. Вместе эти три используют текущие данные, прошлые данные и скорость, с которой данные меняются, чтобы установить алгоритм контроля температуры для конкретного случая. Компенсация температурной погрешности между параметром процесса и уставкой позволяет поддерживать стабильную температуру.

Соображения

При принятии решения о том, какой вид управления лучше всего подходит для конкретного процесса, следует помнить о нескольких моментах. Во-первых, рассмотрите тип входного датчика (термопара или RTD) и температурный диапазон, который требуется для процесса. Во-вторых, рассмотрите форму, в которой должен быть представлен выход: электромеханическое реле, SSR или аналоговый выход. В-третьих, определитесь, какой алгоритм регулирования температуры нужен (вкл / выкл, пропорциональный, PID). Наконец, рассмотрите количество и тип выходов, необходимых для приложения, таких как нагрев, охлаждение, сигнализация и ограничение.Как только эти факторы будут определены, будет намного проще определить, какой тип регулятора температуры подходит для конкретного применения.

Сводка

В этой статье представлен краткий обзор распространенных типов термостатов с разбивкой по применению и дизайну / функциям. Кроме того, был представлен обзор регулирования температуры в производственных процессах. Для получения информации по дополнительным темам обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:

1. http://asecertificationtraining.com/diesel-engine-thermostats/
2. https://www.trane.com
3. https://www.globescientific.com/images/files/Immersion%20Thermostats.pdf
4. http://www.airheaters.info/thermostats-and-humidistats/remote-bulb-thermostats.html
5. https://www.alanmfg.com/blog/zone-control-systems/

Прочие «виды» изделий

Больше от Instruments & Controls

Лучший термостат в 2020 году

Что мы ищем в термостатах

Независимо от того, тестируете ли термостаты из первых рук или оцениваете другие обзоры, мы ищем несколько показателей производительности и функций.Вот наиболее важные атрибуты:

Установка : Возможность установить термостат без помощи профессионала может сэкономить сотни долларов. Таким образом, установка должна быть простой даже для начинающего домовладельца. Термостат не должен требовать наличия каких-либо специализированных инструментов под рукой, и он должен поставляться с простыми пошаговыми инструкциями. (Есть исключения, например, когда вам нужно установить C-провод)

Совместимость : Мы не будем рекомендовать термостат, который работает только с одним типом системы HVAC; это бесполезно для большинства покупателей.Вместо этого мы ищем модели, которые хорошо работают с самыми разными системами. Тем не менее, найдите время, чтобы прочитать страницу продукта, чтобы дважды проверить, будет ли термостат работать с вашей системой HVAC и проводкой. И убедитесь, что у вас есть возможность вернуть продукт, если вы в конечном итоге купите термостат в Интернете, который несовместим.

Программирование : Умный способ сэкономить на расходах на электроэнергию — выключить обогреватель или кондиционер, когда вы спите или находитесь вдали от дома. Поскольку большинство домов пустуют в течение дня, пока люди находятся на работе или в школе, вы хотите иметь возможность запланировать для вашей системы регулярное переключение на менее комфортные, более экологичные температуры в это время и переключение обратно за час или около того до семья возвращается домой.Поэтому, если вы выбираете программируемый термостат, он должен предлагать варианты, соответствующие вашему образу жизни.

Производительность : термостат должен делать то, что производитель говорит о его возможностях, и делать это хорошо, например, поддерживать точную температуру. В случае интеллектуальных моделей устройство должно поддерживать соединение Wi-Fi, а сопутствующее приложение должно работать без сбоев. В программируемых единицах уставка должна регулироваться в точное время, которое вы хотите.

Читаемость : вы хотите, чтобы вы могли взглянуть на термостат с другого конца комнаты, чтобы легко видеть текущую температуру и то, обогревает он или охлаждает ваш дом в данный момент.При программировании устройства вам должно быть легко видеть, что вы делаете.

Интеллектуальные функции : Если вы собираетесь платить большие деньги за интеллектуальный термостат, вам понадобится как можно больше интеллектуальных функций. Ищите геозону, предупреждения об экстремальных температурах и другие уведомления, интуитивно понятное управление приложениями, совместимость с умным домом и даже обучение и автоматизацию.

Поскольку существует очень много похожих моделей, внимательно следите за номером модели, чтобы убедиться, что вы получаете термостат, который вам нужен.

Как работают интеллектуальные термостаты?

Одним из самых популярных устройств умного дома является умный термостат, и не без оснований — в конце концов, что не нравится в устройстве, которое существует, чтобы автоматически чувствовать себя комфортно и помогать экономить деньги на расходах на электроэнергию?

Посмотрите, как работает интеллектуальный термостат и чем он отличается от аналогов с ручным управлением.

Что такое умный термостат и для чего он нужен?

С традиционным настенным термостатом вы можете регулировать температуру в своем доме, нажимая кнопку или поворачивая диск.Программируемый термостат является немного более продвинутым, позволяя вам устанавливать температуру для регулирования в определенное время суток.

Умный термостат, с другой стороны, «умный» по двум основным причинам.

Прежде всего, умный термостат подключен к Интернету. Во-вторых, им можно управлять откуда угодно. С помощью приложения на телефоне вы можете отслеживать и контролировать температуру в доме из любой точки мира.

Благодаря интеллектуальному термостату вы сможете лучше контролировать температуру в доме, чем когда-либо прежде.

Как работают умные термостаты?

Начнем с основ. Умный термостат подключается к вашей системе HVAC, как традиционный аналоговый термостат, через проводное соединение. Он также подключается к беспроводному Интернет-соединению в вашем доме, чтобы обеспечить беспроводное и дистанционное управление.

С точки зрения использования есть два основных способа управления интеллектуальным термостатом:

1. Из интерфейса устройства. Как и обычным термостатом, вы можете управлять интеллектуальным термостатом с главного интерфейса на стене.Повышайте или понижайте температуру, включайте или выключайте ее и устанавливайте расписания с помощью цифрового интерфейса.
2. Из приложения для смартфона. Умный термостат отличает возможность управлять им удаленно из приложения для смартфона. По дороге домой с работы и хотите, чтобы в доме было тепло? Отрегулируйте температуру термостата в вашем приложении. Уехали в отпуск и забыли выключить термостат? Без проблем. Благодаря возможности изменять температуру с телефона, у вас больше контроля и удобства, чем когда-либо.

Контролируйте температуру в своем доме из любого места с помощью мобильного приложения для интеллектуального термостата.

Нужен ли мне

умный термостат в моем доме?

Конечно, умный термостат может быть более высокотехнологичным, чем тот, который у вас сейчас есть дома, но действительно ли вам нужен ? А стоит ли умный термостат?

Определенно.

Это больше, чем просто крутое устройство. Умный термостат обеспечивает экономию, удобство и комфорт, и все это делается с минимальными усилиями или без них.Взгляните:

Вы можете контролировать температуру из любого места

Благодаря интеллектуальному термостату вы полностью контролируете ситуацию, где бы вы ни находились. Умными термостатами можно управлять удаленно через приложение на вашем смартфоне, поэтому вы всегда можете видеть, какая температура дома, и настраивать ее по мере необходимости.

Вы можете настроить параметры своим голосом

Умные термостаты

также интегрируются с системами умного дома, поэтому вы можете регулировать температуру своим голосом, если у вас есть умный динамик.Представьте, что вы смотрите фильм, и он начинает немного нагреваться. Вместо того, чтобы вставать и настраивать термостат на стене, просто скажите: «Алекса, поверните термостат на 2 градуса вниз».

Поворачивайте термостат вверх или вниз по звуку своего голоса с помощью Amazon Echo или Google Home.

Умные термостаты регулируются автоматически

Хотя интеллектуальные термостаты невероятно удобны, последней инновацией является интеллектуальный обучающийся термостат , в котором используется технология искусственного интеллекта (AI) для изучения предпочтений и моделей для автоматической регулировки температуры.

Вместо того, чтобы полагаться на вас в регулировке температуры, термостат с интеллектуальным обучением настраивается автоматически в зависимости от ваших температурных предпочтений и режима занятости — когда вы приходите и уходите.

Так откуда он знает? Умные обучающиеся термостаты используют геолокацию, информацию о вашем местном климате и температуре в доме, а также домашние датчики (при интеграции с системой умного дома) для определения ваших предпочтений, а затем соответствующим образом регулируют температуру.

.