УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ КОНТЕЙНЕРА ИНДУКЦИОННЫМ НАГРЕВОМ

Настоящая полезная модель относится к устройству для нагревания контейнера индукционным нагревом и предназначена для нагревания контейнера с заданной мощностью, управление которой осуществляется на основании данных температуры среды в контейнере.
В известном устройстве для нагревания контейнера индукционным нагревом, описанном в Инструкции к плитке индукционной (прототип): http://tesler-electronics.ru/item/202/bytovaya-texnika/plitki-indukcionnye/plitka-indukcionnaya-tesler-pi-16/
и предназначенном для нагревания контейнера индукционным нагревом, датчик температуры, контактирующий с нижней поверхностью верхней панели, на которой установлен контейнер, измеряет температуру контейнера. Мощность нагрева контейнера контролируется Сигналом от этого датчика. Верхняя панель в таких устройствах обычно изготовлена из стеклокерамики и имеет низкую удельную теплопроводность.
Следовательно, когда термочувствительный элемент, такой, например как терморезистор, получает тепло за счет теплопроводности, задержка теплового отклика верхней плиты обуславливает большую разность температур между температурой, определяемой термочувствительным элементом, и фактической температурой среды в контейнере, препятствуя таким образом точному и быстрому обнаружению температуры.
Такой контроль температуры хорошо работает на отключение нагрева в случае превышения температуры контейнера выше предельно допустимого уровня.
Это происходит, например, по окончании варки.
По мере выкипания воды температура контейнера начинает увеличиваться и термочувствительный элемент передает сигнал управляющему средству на отключение нагрева.
Техническая проблема.
Конструкция прототипа не позволяет поддерживать точную температуру среды в контейнере (с колебаниями в пределах 0,1°C) в течение заданного времени из-за большой погрешности измерения, обусловленной задержкой передачи данных о температуре за счет теплопроводности верхней панели и, как следствие, возникновением значительного температурного гистерезиса.
Известное устройство дает возможность устанавливать температуру только с интервалами в 20°C.
При этом колебания температуры среды в контейнере во время нагревания происходят в пределах 10-15°C от заданного значения.
Этот недостаток является критичным для осуществления некоторых технологических процессов, например, для осуществления процесса дистилляции.
Задачей полезной модели является создание устройства для нагревания контейнера индукционным нагревом с возможностью установки и поддержания заданного значения температуры среды в контейнере с высокой точностью в течение заданного интервала времени с минимальным температурным гистерезисом.
Технический результат.
Сущность полезной модели заключается в том, что определение температуры среды в контейнере с помощью второго термодатчика, соединенного с управляющим средством электропроводом позволяет создать систему регулировки температуры по принципу обратной связи с возможностью установки заданной температуры среды в контейнере с точностью до 0,1°C и минимальным температурным гистерезисом. Микропроцессорный терморегулятор управляющего средства получает данные о температуре среды в контейнере от второго термодатчика и в соответствии с программой производит регулировку мощности нагрева в том числе периодичностью его включения-выключения, что позволяет, в отличие от прототипа, устанавливать и поддерживать заданную температуру среды в контейнере с точностью до 0,1°C на заданный интервал времени без критических колебаний от заданного точного значения и погрешности, которые в прототипе обусловлены отсутствием в управляющем средстве функции микропроцессорного терморегулятора и измерением температуры среды в контейнере опосредованно через стенку контейнера и верхнюю панель.
Заявленный технический результат по первому варианту полезной модели достигается тем, что устройство для нагревания контейнера индукционным нагревом содержит верхнюю панель, имеющую область нагрева для нагревания установленного на нее контейнера, нагревательный элемент, расположенный под верхней панелью напротив области нагрева для генерирования магнитных полей, необходимых для индукционного нагревания контейнера, инвертор для подачи тока на нагревательный элемент, первый термодатчик, расположенный под верхней панелью для измерения температуры верхней панели в области нагрева, управляющее средство для управления параметрами на выходе инвертора, при этом нагревательный элемент электрически соединен с инвертором, а инвертор и первый термодатчик электрически соединены с управляющим средством, согласно полезной модели дополнительно содержит второй термодатчик, соединенный электрическим проводом с управляющим средством с возможностью перемещения второго термодатчика и измерения температуры среды с контейнере, а управляющее средство снабжено микропроцессорным терморегулятором для установки значений температуры среды в контейнере, определения температуры на основании выходного сигнала второго термодатчика и обеспечения сигнала регулирования на изменение параметров на выходе инвертора.
Заявленный технический результат по второму варианту полезной модели достигается тем, что микропроцессорный терморегулятор выполнен на отдельной плате.
В дальнейшем полезная модель поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылкой на чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает блок-схему устройства для нагревания контейнера индукционным нагревом согласно первому варианту осуществления полезной модели;
фиг. 2 изображает блок-схему устройства для нагревания контейнера индукционным нагревом согласно второму варианту осуществления полезной модели.
Устройство для нагревания контейнера индукционным нагревом (фиг. 1) состоит из контейнера 1, содержащего жидкую смесь 2, который расположен свободно на верхней панели 3 в области нагрева.
Контейнер 1 может быть частью перегонного аппарата (дистиллятора).
Верхняя панель 3 является крышкой корпуса 4 и изготовлена из стеклокерамики.
Нагревательный элемент 5 расположен под верхней панелью 3 и осуществляет индукционный нагрев контейнера 1.
Нагревательный элемент 5 является одной кольцевой нагревательной индукционной катушкой, имеющей отверстие в центре и ферритовые стержни 6. Нагревательный элемент 5 соединен с инвертором 7, который подает на него ток высокой частоты.
Первый термодатчик 8, например, термистор, контактирует с нижней поверхностью верхней панели 3 в области нагрева, при этом получает тепло от верхней панели 3 за счет теплопроводности и тем самым измеряет температуру нижней поверхности контейнера 1.
Второй термодатчик 9 (выносной) вынесен за пределы корпуса 4 электическим проводом 10 с возможностью его перемещения и измерения температуры среды внутри контейнера 1.
Таким образом, второй термодатчик 9 измеряет температуру среды (жидкости или газа в зависимости от задачи) в контейнере 1.
Первый 8 и второй 9 термодатчики соединены с управляющим средством 11. Управляющее средство 11 представляет собой печатную плату с электрически соединенными между собой на плате радиоэлементами, контроллером нагрева и микропроцессорным терморегулятором, которое управляет параметрами устройства на основании программы, и, в частности, мощностью на выходе инвертора 7, а также его включением-выключением на основании данных температуры, поступающих от первого 8 и второго 9 термодатчиков.
Управляющее средство 11 обеспечивает также другие функции: таймер, автоматическое отключение и др.
Управляющее средство 11 электрически соединено с операционным блоком 12.
Операционный блок 12 содержит плату с кнопками, индикаторами и цифровым информационным дисплеем.
Ток от сети 13 подается через выпрямитель (не показано) на инвертор 7 (инверторную схему), управляющее средство 11, нагревательный элемент 5, при этом нагревательный элемент 5, инвертор 7, первый термодатчик 8, управляющее средство 11, операционный блок 12, второй термодатчик 9 электрически соединены.
В корпусе 4 имеются отверстия для входа и выхода воздуха (не показаны). Для охлаждения предусмотрен вентилятор (не показан).
По второму варианту в устройстве для нагревания контейнера индукционным нагревом (фиг. 2) микропроцессорный терморегулятор 14 выполнен в виде программируемого терморегулятора на отдельной плате. Второй термодатчик 9 соединен электрическим проводом с управляющим средством 11 через плату программируемого микропроцессорного терморегулятора 14.
При этом программируемый микропроцессорный терморегулятор снабжен трехразрядным цифровым LED-дисплеем и вторым операционным блоком 15.
Микропроцессорный терморегулятор 14 представляет собой электронное устройство с печатной платой, радиодеталями, микросхемой для контроля температуры в определенном диапазоне. Микропроцессорный терморегулятор 14 обеспечивает в настоящей полезной модели предварительную обработку данных поступающих от второго термодатчика 9, точные настройки и установку значений температуры до 0,1°C, дает команду управляющему средству на изменение параметров на выходе инвертора в соответствии с результатами определения температуры среды в контейнере. Второй операционный блок 15 с тремя кнопками предназначен для установки точного значения температуры среды в контейнере и для программирования терморегулятора 14. Плата микропроцессорного терморегулятора 14 и дополнительный операционный блок 15 электрически соединены друг с другом и с платой управляющего средства 11.
Работу устройства рассмотрим на примере второго варианта полезной модели.
Устройство устанавливают на ровную и прочную горизонтальную поверхность, например, деревянный стол, выдерживающий вес не менее 20 кг.
Обеспечивают минимум 25 см расстояния от устройства до ближайшей стены для полноценной вентиляции.
Подключают устройство к сети 13 переменного тока и включают кнопкой первого операционного блока 12.
На верхнюю панель 3 в область нагрева ставят контейнер 1 для нагревания.
Наливают в контейнер жидкую смесь 2 (2/3 от общего объема контейнера), которую требуется разделить дистилляцией.
Второй термодатчик 9 помещают в жидкую смесь 2, находящуюся в открытом контейнере 1 или внутрь закрытого контейнера 1 без контакта его с жидкой смесью 2 через отверстие в контейнере 1.
С помощью первого операционного блока 12 кнопками режима регулирования интенсивности нагрева и -/+ устанавливают мощность нагрева нагревательного элемента 5 по таблице корреляции между мощностью нагрева и необходимой температурой среды в контейнере 1 для обеспечения минимального температурного гистерезиса.
Установленная мощность в ваттах (Вт) отражается на цифровом информационном дисплее первого операционного блока 12.
С момента установки мощности нагрева нагревательного элемента 5 ток подается на нагревательный элемент 5 и начинается процесс индукционного нагрева контейнера 1.
С помощью второго операционного блока 15 кнопками устанавливают значение температуры среды в контейнере, которая отображается на 3-х разрядном LED-дисплее, которым оснащен программируемый микропроцессорный терморегулятор 14.
После установки значения температуры среды в контейнере 1 устройство нагревает контейнер до заданной температуры среды, например, в 78,5°C и в дальнейшем постоянно автоматически поддерживает ее в том числе за счет прекращения/возобновления подачи тока на нагревательный элемент 5. Далее кнопкой таймера первого операционного блока 12 устанавливают интервал времени, в течение которого устройство будет автоматически поддерживать заданную температуру среды в контейнере 1. Например, устанавливают таймер на 3 часа.
При этом в процессе нагревания контейнера 1 отклонения от заданной температуры в 78,5°C в процессе нагрева будет не более 0,1°C.
Выполнение устройства по второму варианту полезной модели делает возможным использование его по другому назначению, а именно в качестве плитки для приготовления пищи индукционным нагревом.
Выполнение микропроцессорного терморегулятора на отдельной плате позволяет перепрограммировать микропроцессорный терморегулятор изолированно от общей программы управляющего средства для достижения минимального температурного гистерезиса в процессе нагревания контейнера.
Таким образом, настоящая полезная модель позволяет устанавливать и поддерживать точное значение температуры среды в контейнере до 0,1°C на заданный интервал времени с минимальными отклонениями от заданного значения (до 0,1°C) в процессе нагревания, что позволяет использовать устройство для осуществления сложных технологических процессов, таких, например, как дистилляция.