устройство для определения тепловых потерь теплицы

Формула изобретения

1. Устройство для определения тепловых потерь теплицы, включающее элемент поверхности ее ограждения, теплоизоляцию, нагревательный элемент, датчик температуры и систему автоматического управления мощностью, необходимой для обеспечения заданной температуры, отличающееся тем, что оно представляет собой фрагмент теплицы, отделенный от пространства теплицы слоем теплоизоляции и имеющий на выходе нормирующий преобразователь, осуществляющий преобразование величины электрической мощности, потребляемой нагревательным элементом устройства, пропорционально величине тепловых потерь в электрический сигнал постоянного тока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диапазон изменения выходного сигнала составляет 0-10В.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, более конкретно к устройствам, связанным с управлением микроклиматом в теплицах. Известно устройство для определения теплопотерь и регулирования температурного режима теплицы (А.С. 990134, кл. A 01 G 9/26, 1983 г.), содержащее потенциометрический датчик, движок которого снабжен гибкой лентой для связи с растением, а теплообменная камера модели теплицы снабжена электроприводом ее перемещения, причем потенциометрический датчик соединен с электроприводом перемещения теплообменной камеры посредством электрической цепи синхронизации. Недостатками данного устройства является сложность функционирования, большое количество исполнительных устройств и механических связей.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является выбранное в качестве прототипа “Устройство для определения теплопотерь теплиц” (А.С. 403382, кл. A 01 G 9/26, БИ №43, 1973 г.), выполненное в виде модели теплицы, размеры которой определены по теории подобия для тепловых процессов. Модель оборудована электрическими нагревателями и питающим устройством, обеспечивающим подачу и счет за равные промежутки времени калиброванных по мощности импульсов.

Указанное выше устройство отличается сложностью конструкции, необходимостью дополнительных площадей для его установки. К недостаткам данного устройства можно также отнести сложность обработки его выходного сигнала и невозможность использования этого устройства в современных системах автоматической оптимизации микроклимата теплиц.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства, получение на его выходе электрического унифицированного сигнала, пропорционального величине тепловых потерь. На фиг.1 изображена конструкция устройства для определения тепловых потерь теплицы. фиг.2 - структурная схема устройства, где 1 - измерительный элемент (ИЭ), 2 - нагревательный элемент (НЭ), 3 - датчик тока НЭ, 4 - стабилизатор температуры, 5 - нормирующий преобразователь выходного сигнала, 6 - стабилизатор напряжения НЭ, 7 - источник питания схем устройства. фиг.3 - структурная схема стабилизатора температуры нагревательного элемента устройства, где 1 - измерительный элемент, 2 - нагревательный элемент, 3 - датчик тока НЭ, 4 - задатчик температуры ИЭ, 5 - ПИ-регулятор температуры, 6 - усилитель согласующий (к=1-10), 7 - датчик температуры ИЭ, 8 - согласующий усилитель (к=100), 9 - усилитель индикатора температуры ИЭ. фиг.4 - структурная схема нормирующего преобразователя выходного сигнала устройства, где 1 - усилитель сигнала датчика тока, 2 - согласующий усилитель, 3 - фильтр низких частот, 4 - согласующий усилитель выходного сигнала. фиг.5 - электрическая схема нормирующего преобразователя выходного сигнала устройства, где DA41 - операционный усилитель (ОУ) типа 140УD24 (К=50), DA42 - ОУ 140YD17A (К=2), DA43 - ОУ 140УD17А (К=1), RxCx=10-100с. Фиг.6 - электрическая схема стабилизатора температуры нагревательного элемента устройства, где DA51 - ОУ 140УD24А (К=100), DA52 - ОУ 140УD17A (K=1) - схема ПИ-регулятора, DA53 - ОУ 140YD17A (K=2) схема стрелочного индикатора температуры, DA54 - ОУ 140YD17A (К=10) схема ПИ-регулятора, DA55 - ОУ 140УD177 схема интегратора ПИ-регулятора, R_дт - датчик тока HЭ (R=0.10 ОМ), DA56 - ОУ 140YD17A (К=1-10) схема ПИ-регулятора, ВК - датчик t° ИЭ германиевый диод, R512 - задатчик t° ИЭ, Vт_нэ - транзистор - нагревательный элемент. фиг.7 - стабилизатор напряжения питания устройства, где DA61 - ОУ 140YD17A, VT61 - транзистор (h_э=1000-1500, Ik_min=5 A). Конструктивно устройство для определения тепловых потерь теплицы представляет собой замкнутое пространство теплицы (фиг.1), ограниченное с одной стороны фрагментом ограждения 1, а с остальных сторон - теплоизоляцией 2. Внутри расположены нагревательный элемент 4, измерительный элемент 3. Для защиты измерительного элемента от прямого солнечного излучения предназначен экран 5. Корпус устройства 7 окрашивается с внешней стороны алюминиевой краской (серебрянкой) и защищается пленочным экраном от воздействия воздушных потоков. Для автоматического управления нагревательным элементом устройства и формирования на выходе устройства электрического сигнала постоянного тока, соответствующего величине тепловых потерь, предусмотрен блок управления, включающий в себя три основных узла: стабилизатор напряжения (фиг.7), нормирующий преобразователь (структурная схема - фиг.4, электрическая - фиг.5), стабилизатор температуры (структурная схема - фиг.3, электрическая - фиг.6). Блок управления может располагаться и вне устройства. Это целесообразно потому, что система автоматического управления работает в условиях изменяющегося задания температуры, которое определяется специализированным вычислителем большой системы. Поэтому целесообразно все элементы системы управления располагать конструктивно в станции управления. Точность устройства для определения тепловых потерь зависит от выбора толщины теплоизоляции, которая подсчитывается из условия

к(t_в-t_н)F/qS,

где q - плотность мощности потерь через рабочее ограждение;

S - площадь рабочей поверхности;

F - площадь поверхности теплоизоляции;

к - коэффициент теплоотдачи изоляции;

t_в - температура, поддерживаемая в рабочем пространстве устройства, равная температуре в теплице;

t_н - наружная температура;

- допустимая погрешность.

Поскольку теплица сложная конструкция, состоящая из поверхностей, имеющих разную ориентацию в пространстве, для оценки общих тепловых потерь надо иметь несколько таких устройств. Их количество определяется конструкцией теплицы и может колебаться от двух до шести. При этом для определения суммарной мощности показания устройств следует складывать с весовыми коэффициентами, учитывающими долю площади соответствующих ограждений.

Принцип работы предлагаемого устройства тепловых потерь основан на измерении мощности нагревателя 4 (фиг.1), помещенного в замкнутое пространство, ограниченное с одной стороны фрагментом ограждения 1, а с других сторон - теплоизоляцией 2. При этом нагревательный элемент с помощью системы автоматического управления, помещенной в отдельный блок, поддерживает в нагреваемом объеме постоянную температуру, равную температуре, поддерживаемой в зоне расположения растений. Контроль температуры в нагреваемом объеме ведется измерительным элементом 3 (медь с покрытием черного цвета), на котором установлен германиевый диод (в режиме стабильного тока), используемый в качестве датчика температуры.

Принципиальная электрическая схема стабилизатора температуры измерительного элемента (ИЭ) устройства тепловых потерь представлена на фиг.6. Здесь операционные усилители DA52, DA54, DA55 выполняют функцию ПИ-регулятора. Контроль величины температуры ИЭ осуществляется стрелочным прибором ИП. В качестве нагревательного элемента (НЭ) используется транзистор VТ_нэ с большим h_э (1000-1500). Для питания НЭ устройства постоянным стабильным напряжением предусмотрен стабилизатор напряжения (принципиальная электрическая схема - фиг.7). Для получения высокой стабильности напряжения U_п используется двухкаскадный параметрический стабилизатор (VD61, VD62 и прецизионный операционный усилитель с установкой 0). В качестве регулирующего транзистора используется транзистор средней мощности с высоким h_э, установленный на охлаждающем радиаторе.

Электрическая схема нормирующего преобразователя (фиг.5) осуществляет преобразование величины электрической мощности, потребляемой устройством для определения тепловых потерь и пропорциональной их величине, в электрический сигнал постоянного тока с напряжением 0-10 В. Выходное напряжение определяется величиной электрической мощности, потребляемой устройством при воздействии суммарных физических параметров метеофакторов. Оно равно 10 В при максимальной величине тепловых потерь технологического помещения. Технико-экономический эффект достигается за счет упрощения конструкции устройства и повышения точности измерения.