УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В УЛЬЕ
DEVICE FOR REGULATING TEMPERATURE IN HIVE

Изобретение относится к области пчеловодства и может найти применение на индивидуальных и коллективных пасеках.
Известно устройство для регулирования микроклимата в улье, которое имеет систему регулирования температуры воздуха в улье и систему регулирования влажности и температуры воздуха, подаваемого в улей, система регулирования температуры воздуха в улье состоит из нагревательного элемента и датчика температуры, помещенных в улей, и терморегулятора, получающего питание через коммутирующее устройство от источника питания и накопителя электроэнергии. Система регулирования влажности и температуры включает датчики влажности и датчик температуры, расположенные в улье, регулятор напряжения, воздействующий на электропривод вентилятора кондиционера, имеющего устройства увлажнения, охлаждения и нагрева проходящего воздуха, который по воздуховоду подается в каналы между стенками улья, имеющего двойные стенки. Регулятор напряжения и кондиционер получают питание через коммутирующее устройство от источника питания и накопителя электроэнергии (патент RU 2134507, МПК А01K 47/06, А01K 47/00. Устройство для регулирования микроклимата в улье // Змитрович B.C., Прудников А.Г., Прохорова А.Н. Опубл. 08.08.99).
Недостаток устройства - его сложность, большое потребление энергии, узкие функциональные возможности по оптимизации температуры внутри ульев.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту к заявляемому устройству и выбранному в качестве прототипа является «Устройство для регулирования температуры в улье» (патент RU 2253227 МПК А01K 47/00 // Рыбочкин А.Ф., Дрёмов Б.Б., Захаров И.С. Опубл. 10.06. 2005. Бюл. №16).
Это устройство для регулирования температуры в улье, содержащее микрофон, датчик внешней температуры, задатчик внешней температуры, датчик внутриульевой температуры, задатчик внутриульевой температуры, силовой коммутирующий элемент, светоизлучатель, фотоприемник, нагревательный элемент, клеммы для подключения источника питания, первый вход нагревательного элемента соединен с первым входом силового коммутирующего элемента, а второй вход - с первой клеммой для подключения источника питания, второй вход силового коммутирующего элемента соединен со второй клеммой для подключения источника питания, первые входы датчиков внутриульевой температуры и внешней температуры объединены и соединены с первым входом светоизлучателя, второй вход датчика внешней температуры соединен с первым входом задатчика внешней температуры, второй вход датчика температуры в улье соединен с первым входом задатчика внутриульевой температуры, вторые входы задатчика внешней температуры и задатчика внутриульевой температуры объединены и соединены со вторым общим входом светоизлучателя и со второй клеммой для подключения источника питания, введены стабилизирующее устройство, устройство для регистрации перегрева, микро ЭВМ, микрофон соединен с входом устройства для регистрации перегрева, выход которого соединен с первым входом микро ЭВМ, выход стабилизирующего устройства соединен с объединенными входами датчиков внутриульевой температуры и внешней температуры, второй вход микро ЭВМ соединен со вторым входом датчика внешней температуры и первым входом задатчика внешней температуры, третий вход - со вторым входом датчика внутриульевой температуры и первым входом задатчика внутриульевой температуры, четвертый вход соединен с выходом фотоприемника, а выход микро ЭВМ соединен с входом силового коммутирующего элемента, выход стабилизирующего устройства соединен с питающей шиной микро ЭВМ, общий вход стабилизирующего устройства соединен с объединенными вторыми входами за датчиков внешней и внутриузловой температуры, со вторым входом светоизлучателя, со второй клеммой для подключения источника питания, первая клемма для подключения источника питания соединена с первым входом стабилизирующего устройства.
Недостаток известного устройства.
1. Большая аппаратная сложность, поэтому малая надежность.
2. Канал микрофона с устройством для регистрации температуры и световой излучатель с фотоприемником дублируют функции перегрева. Обычно эти датчики пчелы покрывают воском и их корректная работа нарушается.
3. Авторы не указали технические характеристики таких датчиков, поэтому затруднительно выполнить анализ и алгоритм работы всего устройства.
4. В известном устройстве нагревательный элемент один, нет возможности проводить локальный нагрев.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является упрощение конструкции, повышение надежности и точности поддержания температуры в разные периоды года за счет секционированного локального нагрева.
Технический результат достигается тем, что устройство для регулирования температуры в улье, содержащее датчик внешней температуры, датчик внутриульевой температуры, задатчик внутриульевой температуры, силовой коммутирующий элемент, нагревательный элемент, клеммы для подключения источника питания, стабилизатор напряжения, согласно изобретению имеет переключатель с перекидными контактами, операционный усилитель, релейный элемент с управляемой выдержкой времени, резистор прецизионный, при этом в качестве силового коммутирующего элемента использовано реле с перекидными контактами и электромагнитной катушкой, в качестве датчика внутриульевой температуры - двухсекционный нагревательный элемент и в качестве задатчика внутриульевой температуры - потенциометр, причем стабилизатор напряжения своим входом соединен с первой клеммой для подключения источника питания «плюс», а выходом с первыми выводами резистора прецизионного, датчика внешней температуры и электромагнитной катушкой, второй вывод которой соединен с выходом релейного элемента с управляемой выдержкой времени, другая клемма для подключения источника питания «минус» соединена со средним выводом стабилизатора напряжения и свободными выводами двухсекционного нагревательного элемента, потенциометра и релейного элемента с управляемой выдержкой времени, второй вывод резистора прецизионного соединен с неинвертируемым входом операционного усилителя и последовательно через нормально замкнутый контакт реле и замкнутый контакт переключателя с одной из секций двухсекционного нагревательного элемента, свободный контакт которого соединен с другой секцией двухсекционного нагревательного элемента, секции выполнены в виде П-образной металлической пружины с переменным шагом намотки, операционный усилитель также соединен выходом с входом релейного элемента с управляемой выдержкой времени, а инвертирующим входом с выходом потенциометра, который, в свою очередь, соединен со вторым выводом датчика внешней температуры.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фигуре 1 приведена структурная схема устройства; на фигуре 2 приведена конструкция секции нагревательного элемента.
Устройство для регулирования температуры в улье содержит датчик внешней температуры 1, последовательно соединенный с потенциометром 2, использованным в качестве задатчика внутренней температуры улья, силовой коммутирующий элемент в виде реле с перекидными контактами 3 и электромагнитной катушкой 4, переключатель с перекидными контактами 5, первая секция 6 и вторая секция 7 двухсекционного нагревательного элемента («осень-зима») и («зима-весна»), выполняющие роль датчика внутренней температуры, резистор прецизионный 8, соединенный последовательно через нормально замкнутые контакты реле 3 и переключатель 5 с секцией 6 двухсекционного нагревательного элемента, операционный усилитель 9, соединенный выходом с входом релейного элемента с управляемой выдержкой времени 10, инвертирующим входом с выходом потенциометра 2, а неинвертирующим входом - с резистором прецизионным 8, стабилизатор напряжения 11 своим входом соединен с первой клеммой 12 для подключения источника питания «плюс», а выходом с первыми выводами резистора прецизионного 8, датчика внешней температуры 1 и электромагнитной катушкой 4, второй вывод которой соединен с выходом релейного элемента с управляемой выдержкой времени 10, другая клемма 13 для подключения источника питания «минус» соединена со средним выводом стабилизатора напряжения 11 и свободными выводами секций 6, 7, нагревательного элемента, потенциометра 2 и релейного элемента с управляемой выдержкой времени 10.
Секции 6 и 7 нагревательного элемента (фиг. 2) выполнены из металла с положительным температурным коэффициентом сопротивления (латунь, сталь) в виде П-образной пружины 14 с переменным шагом намотки и изоляционными вставками 15.
Секция 6 нагревательного элемента «осень-зима» располагается на дне улья перед летком. В зависимости от региона и конструкции улья мощность секции нагревателя составляет 10-15 Вт. Секция 7 нагревательного элемента «зима-весна» имеет мощность 20-30 Вт. Она располагается на дне улья по краям под крайними рамками. Основное его назначение - подогрев крайних рамок для привлечения пчел от центра к боковым рамкам, где сосредоточено большое количество меда.
2
Мощность определяется из условия P=U⋅I=I⋅R,
где U - напряжение источника питания;
I - ток нагревательного элемента;
R - сопротивление нагревательного элемента.
Причем сечение пружины выбирается таким образом, чтобы температура нагревательного элемента при номинальном напряжении не превышала 40 градусов.
Секция 7 нагревательного элемента «осень-зима» в основном используется в зимний период. В это время пчелы находятся в состоянии зимнего покоя и потребляют минимальное количество корма. Температура внутри клуба пчел находится на уровне 27-28°С. В этот период нет необходимости обогревать весь улей, а нужно подогревать только входящий холодный воздух. Работа секции 6 нагревательного элемента «осень-зима» позволит меньше тратить энергии пчел на подогрев входного воздуха (меньше и потребление корма). Кроме того, теплый воздух возьмет больше влаги из клуба пчел (обычная семья удаляет из улья в среднем 10 литров воды в месяц) и пчелы уменьшат затраты энергии на вентиляцию. Секция 7 нагревательного элемента «зима-весна» большую часть времени отключен. Секция 7 нагревательного элемента «зима-весна» может включаться зимой в очень морозные дни, для того чтобы температура внутри улья сильно не снижалась. Ели в зимние дни неожиданно наступит потепление, тогда секция 6 нагревательного элемента «осень-зима» вообще должен отключаться, чтобы не беспокоить пчел и не провоцировать пчел на выход из улья.
В конце зимы, особенно в Северо-Кавказском регионе, пчелиная матка начинает откладывать яйца в ячейки сотовых рамок. Зимняя агрегация пчел переходит в новое состояние - температура внутри клуба поднимается до 33-35°С, что сопровождается повышенным потреблением корма. Это самый опасный период для пчелиной семьи, так как если температура внутри улья будет низкая, то пчелы не смогут перейти на новое место, где находятся кормовые запасы (не бросают расплод, продолжают его греть). Для пчелиной семьи в таком состоянии даже одна рамка становится непреодолимой преградой. В этот период необходимо включать более мощный нагревательный элемент «зима-весна» (обе части), чтобы прогрелись кормовые запасы (зимой они могут «застыть» до нулевой температуры), а нагревательный элемент «осень-зима» в теплые дни может отключаться. При приближении весны и непосредственно весной в основном будет работать секция 7 нагревательного элемента «зима-весна». В эти периоды особенно важен прогрев корма, так как ночью могут быть заморозки, а теплый корм имеет также большую теплоемкость, что позволяет долго поддерживать положительную температуру в улье и пчелы легче берут теплый мед, чем холодный. Особенно большая опасность возникает, когда пчелы заложили мед из растений типа подсолнечника, гречихи (быстро кристаллизующийся мед). В таком случае зимой без подогрева мед переходит в состояние кристаллов и пчелы вынуждены затрачивать большое количество энергии, для того чтобы нагреть мед и добавить в него влаги.
Схема устройства монтируется на печатной плате. В качестве комплектующих элементов рекомендуем следующие компоненты: стабилизатор напряжения 11 - КР142ЕН8 или аналогичный. В качестве потенциометра 2 - резисторы регулировочные проволочные типа ППЗ-40…47. Герконовое реле 4 с перекидными контактами 3 типа МКА-52141 или МКА-27601. Переключатель с перекидными контактами 5 типа КЭП 51…3709. Резистор прецизионный 8 типа С2-14 или аналогичный. Операционный усилитель 9 типа К140УД7, К140УД8, К140УД14, К140УД17 или другие. Релейный элемент с управляемой выдержкой времени 10 выполнен на универсальном таймере КР1006ВИ1. Этот таймер представляет собой высокостабильный контроллер, способный вырабатывать точные временные задержки. Датчик внешней температуры 1 выполнен из металла с положительным температурным коэффициентом сопротивления (латунь, сталь) по аналогии с нагревательным элементом и крепится на северной стороне улья, чтобы снизить влияние солнечных лучей.
Устройство для регулирования температуры в улье предварительно настраивается в терморегулируемой камере. Для этого секция 6 нагревательного элемента соединяется напрямую с резистором 8. Вместо секции 6 нагревателя включается лампа накаливания для контроля момента переключения реле 4. Датчик внешней температуры 1 секция 6 помещаются в терморегулируемую камеру и изменяют температуру от 0 до 36 градусов. Потенциометром 2 находим момент переключения реле 4 и делается отметка на шкале указателя температуры.
После настройки потенциометр со шкалой температуры крепится на корпусе улья. Само устройство помещается в удобном месте улья.
Работа устройства. Предварительно потенциометром 2 задается необходимая температура. При подаче напряжения на клеммы 12 и 13 оно прикладывается ко всем элементам. В зависимости от состояния элементов 1, 2, 6, 8 происходит разбаланс этого моста. В зависимости от величины разбаланса на выходе операционного усилителя 9 появляется сигнал, который переключает релейный элемент с управляемой выдержкой времени 10, а последний переключает свои контакты 3 и подключает секцию 6 нагревательного элемента к источнику питания. Происходит нагрев секции 6 нагревательного элемента с выдержкой времени, определяемой релейным элементом 10.
Через определенное время контакт 3 переключается в исходное состояние. Секция 6 нагревательного элемента превращается в датчик внутренней температуры. В зависимости от температуры элемента и, следовательно, его сопротивления зависит величина сигнала на выходе операционного усилителя 9. Этот сигнал управляет выдержкой времени релейным элементом 10. Реле 4 переключается и подключает нагревательный элемент 6 к источнику питания.
С течением времени температура нагревательного элемента и температура в улье приближается к заданному уровню, заданному потенциометром 2.
В случае изменения температуры наружного воздуха изменяется сопротивление датчика внешней температуры 1. Соответственно изменяется разбаланс моста и изменяется время включенного состояния секции 6 нагревательного элемента.
Если температура уменьшается, то нагрев возрастает, и наоборот. Таким образом, независимо от изменения наружной температуры температура внутри улья сохраняется постоянной.
Когда в центре улья уменьшается количество меда для привлечения пчел к другим крайним рамкам, переключатель 5 подключает секцию 6 нагревательного элемента «осень-зима». Процесс стабилизации температуры происходит аналогичным образом. С той разницей, что датчиком внутренней температуры является секция 7 нагревательного элемента.