液冷降溫式恆溫槽系統及智能控溫方法

2023-05-13 05:13:41 1

專利名稱：液冷降溫式恆溫槽系統及智能控溫方法
技術領域：
本發明涉及一種溫度計量系統及控溫方法，是一種具有快速動態 特性的精密控溫恆溫槽檢定系統。
技術背景測溫元件的合格性檢定， 一直以來是各企業、計量監督部門保證 企業安全生產的有效手段。這種檢定需要一種快響應的高性能恆溫 槽。而傳統的恆溫槽一般採用電加熱元件對液態介質進行加熱，升溫 響應可以很快，但是降溫過程只靠自然散熱，無法人為控制，結果使 達到檢定要求的溫場所需要的過渡過程非常長。從而使測溫元件的檢 定成為低效率、耗時、耗電和不受歡迎的。特別不能適應現代工業生 產的高速度、高質量和低成本的要求。為此，利用液冷或氣冷的強制 降溫手段已成為常見的改進思路。但是，利用液冷或氣冷的強制降溫 手段的恆溫槽增加了設備的複雜性和增大了溫度控制的難度，致使至 今在國內難見此類裝置的成功研製的報導。關鍵在於新系統的合理設 計和先進溫度控制方法的發明。 發明內容本發明是要提供一種液冷降溫式恆溫槽系統及其智能溫度控制方 法，該系統通過強制液冷使得降溫速度比自然降溫提高了近二十倍， 並且可以有效地避免溫度超調過程發生和減少熱慣性的負面影響，從而使精密控溫過程時間大大縮短，耗電量明顯減少。為實現上述目的，本發明的技術方案是 一種液冷降溫式恆溫槽 系統，包括冷卻水箱及冷卻液、液槽及工作液、智能溫度控制器，其 點是冷卻水箱中配有製冷器和冷卻水箱溫度傳感器；液槽中裝有與 電加熱執行器相接的電加熱器、水冷卻器、攪拌器、液槽溫度傳感器; 水冷卻器進、出水管與冷卻水箱相連，且進水管上接有冷卻水泵；智 能溫度控制器的信號輸入端分別連接冷卻水箱溫度傳感器和液槽溫 度傳感器，輸出端分別連接電加熱執行器、攪拌器電機、冷卻水泵、 製冷器。水冷卻器由紫銅盤管制成，且安裝在液槽的內側；製冷器中的壓 縮機為冰箱製冷壓縮機；水箱溫度傳感器和液槽溫度傳感器為鉑電阻 溫度傳感器；智能溫度控制器由嵌入式計算機系統構成。針對這種液冷降溫式恆溫槽的智能溫度控制方法(1) 自動設定冷卻水箱溫度期望值並控制冷卻水箱溫度 冷卻水箱溫度期望值，由智能溫度控制器根據環境溫度值、液槽當前恆溫設定值和實際溫度值進行智能分析後自動設定。在降溫控制過程中，冷卻水箱中的液溫將逐漸升高；當冷卻水箱 中的液溫超過所設定的溫度上限時，智能溫度控制器發出指令啟動制 冷器，對冷卻液進行製冷，並逐漸使冷卻液的溫度降低；當冷卻液的 溫度低於所設定的溫度下限時，智能溫度控制器發出指令關停製冷 器。(2) 自動啟動升溫式控溫程序液槽溫度傳感器始終把當前液槽溫度傳送至智能溫度控制器；當 液槽的當前槽溫遠比設定溫度低時，則智能溫度控制器自動啟動升溫 式控溫程序，發出控制量信號給電加熱執行器，電加熱執行器給電加 熱器加成比例的電流，使工作液的溫度逐漸升高。為均勻液槽內工作 區域的工作液溫度，智能溫度控制將啟動攪拌電機讓攪拌器起作用。(3) 啟動智能優化精密溫度控制程序 當工作液槽的當前槽溫接近設定溫度時，智能溫度控制器啟動智能優化精密溫度控制程序。並將根據液槽溫度動態模型進行最優預 測控制。(4) 自動啟動降溫控制程序和降溫速率控制程序 當液槽當前槽溫遠比設定溫度高時，智能溫度控制器自動啟動降溫控制程序，並發出指令啟動冷卻水泵，使冷卻液循環流經水冷卻器， 並將液槽中的熱量由冷卻液帶出，快速降溫；當需要控制降溫速率時，智能溫度控制器同時啟動降溫速率控制 程序，並啟動冷卻水泵後還通過控制冷卻水泵電機轉速或控制調節閥 門開度來控制水流量的大小，使冷卻液流經水冷卻器的量恰好使液槽 溫度下降速率在所要求的範圍內。(5) 自動進行降溫控制與升溫控制轉換 當啟動降溫控制程序後，液槽當前槽溫達到降溫設定目標溫度時，則智能溫度控制器將結束降溫控制程序並自動啟動升溫式控溫程序。 本發明的有益效果是本發明系統與傳統的恆溫液槽裝置相比， 最大的特點就是利用智能溫度控制器協調地控制了具有強制液冷降溫功能的恆溫液槽；通過強制液冷使得降溫速度比自然降溫提高了近 二十倍(據初步測算)，並且可以有效地避免溫度超調過程發生和減 少熱慣性的負面影響，從而使精密控溫過程時間大大縮短，耗電量明 顯減少。智能溫度控制器將加熱、冷卻和製冷過程有機地結合起來， 可以有更大的自由度地控制期望溫度場的產生，為溫度計量及其他需 要提供精密溫度場的工作提供更好的服務。


圖l是本發明的結構原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖與實施例對本發明作進一步的說明。如圖1所示，本發明的液冷降溫式恆溫槽系統，包括冷卻水箱14 及冷卻液9、液槽12及工作液3、智能溫度控制器l等。冷卻水箱14配置有製冷器11和冷卻水箱溫度傳感器10。液槽13 中裝有與電加熱執行器2相接的電加熱器4、水冷卻器12、攪拌器6、 液槽溫度傳感器7。水冷卻器12進、出水管與冷卻水箱14相連，且進水管上接有冷卻水泵8。智能溫度控制器1的信號輸入端分別連接冷卻水箱溫度傳 感器10和液槽溫度傳感器7，輸出端分別連接電加熱執行器2、攪拌 器電機5、冷卻水泵8、製冷器ll。水冷卻器12由紫銅盤管制成，且安裝在液槽13的內側。製冷器 U中的壓縮機為冰箱製冷壓縮機。水箱溫度傳感器10和液槽溫度傳 感器7為鉑電阻溫度傳感器。智能溫度控制器1由嵌入式計算機系統構成。本發明系統的工作原理如下 需要升溫時，^動電加熱器2。通過調節電加熱器2的功率大小來 控制升溫速度。需要大幅度降溫或降溫速率須控制時，啟動水冷卻水泵8，通過冷 卻水循環流動迅速帶走液槽13的熱量。降溫速度可通過控制冷卻水 泵8電機轉速來細調，又可通過冷卻水箱14的溫度控制設定值來進 行粗調。冷卻水箱14的溫度由溫度冷卻水箱溫度傳感器10檢測並由智能 溫度控制器1來控制在設定溫度值附近。冷卻水箱14與製冷器11相 連，所構成的製冷換熱動態過程決定了冷卻水箱溫度特性。智能溫度 控制器1控制製冷器的啟停。冷卻水箱14的設定溫度值，是由智能 溫度控制器1根據環境溫度值、液槽13當前恆溫設定值和實際溫度 值進行智能分析後自動地確定。智能溫度控制器1是液槽溫控系統、水冷卻降溫系統和冷卻水箱 水溫控制系統的指揮中心。由它來協調各部分的控制動作，目的是追 求達到液槽控溫要求的最快響應。智能溫度控制器1中內置了通過大 量試驗建立起來的工作液槽溫度動態模型和冷卻水箱溫度動態模型， 以及相應的工作狀態和發展趨勢智能分析和預測軟體。它可以根據實 際需求和當前動態選取最佳的協調控制策略。本發明的智能溫度控制方法是 (1)冷卻水箱14的設定溫度值，是由智能溫度控制器1根據環境溫度值、液槽13當前恆溫設定值和實際溫度值進行智能分析後自 動地確定。(2) 當液槽13的當前槽溫比設定溫度低時，則開始"升溫控制 程序"。由智能溫度控制器1發控制量信號給電加熱執行器2，由電 加熱執行器2給負載電加熱器4加成比例的電流，使工作液3的溫度 不斷升高。使用高精度、高穩定性的鉑電阻溫度傳感器7來檢測液槽 的溫度，並把當前液槽溫度傳送至l。為了使液槽內工作液的區域溫 度場達到一定的均勻性，設置了攪拌電機5和攪拌器6。(3) 當液槽13的當前槽溫接近設定溫度時，則啟動"智能優化 精密溫度控制程序"，根據液槽溫度動態模型進行最優預測控制。(4) 當液槽13的當前槽溫遠比設定溫度高時，則開始"降溫控 製程序"，將啟動冷卻水泵(8)，使冷卻液9循環流經水冷卻器肪。致 使液槽中3的熱量不斷的被冷卻液9帶出，達到快速降溫的目的。(5) 當液槽13當前槽溫接近降溫設定目標溫度時，則結束降溫 過程並開始升溫控制過程。(6) 由於在降溫過程中，冷卻液9不斷的吸收液槽13中的熱量，致使其溫度不斷地升高。智能溫度控制器1可以通過冷卻水溫度傳感 器10探測到這個溫度變化。當冷卻水箱14中的液溫超過所設定的溫 度高限時，智能溫度控制器1將啟動製冷器11，對冷卻液9進行制 冷，並使冷卻液9的溫度低於所設定的值。當液槽13的液溫低於所 設定的溫度低限時，智能溫度控制器1關停製冷器11。(7) 當需要控制降溫速率時，則開始"降溫速率控制程序"。智能溫度控制器1將啟動冷卻水泵8並且控制水流量。使冷卻液9循環 流經水冷卻器12的量恰好使工作液槽溫度下降速率在所要求的範圍 內。當液槽13當前槽溫低於降溫設定終點溫度時，則結束降溫過程 並開始升溫控制過程。
權利要求
1.一種液冷降溫式恆溫槽系統，包括冷卻水箱(14)及冷卻液(9)、液槽(13)及工作液(3)、智能溫度控制器(1)，其特徵在於，所述冷卻水箱(14)中配有製冷器(11)和冷卻水箱溫度傳感器(10)；所述液槽(13)中裝有與電加熱執行器(2)相接的電加熱器(4)、水冷卻器(12)、攪拌器(6)、液槽溫度傳感器(7)；水冷卻器(12)進、出水管與冷卻水箱(14)相連，且進水管上接有冷卻水泵(8)；所述智能溫度控制器(1)的信號輸入端分別連接冷卻水箱溫度傳感器(10)和液槽溫度傳感器(7)，輸出端分別連接電加熱執行器(2)、攪拌器電機(5)、冷卻水泵(8)、製冷器(11)。
2. 根據權利要求1所述的液冷降溫式恆溫槽系統，其特徵在於，所 述水冷卻器(12)由紫銅盤管制成，且安裝在液槽(14)的內側。
3. 根據權利要求1所述的液冷降溫式恆溫槽系統，其特徵在於，所 述製冷器(11)中的壓縮機為冰箱製冷壓縮機。
4. 根據權利要求1所述的液冷降溫式恆溫槽系統，其特徵在於，所 述水箱溫度傳感器(10)和液槽溫度傳感器(7)為鉑電阻溫度傳感 器。
5. 根據權利要求1所述的液冷降溫式恆溫槽系統，其特徵在於，所 述智能溫度控制器(1)由嵌入式計算機系統構成。
6. —種用於權利要求1的智能溫度控制方法，其特徵在於 1)自動設定冷卻水箱溫度期望值並控制冷卻水箱溫度冷卻水箱(14)溫度期望值，由智能溫度控制器(1)根據環境 溫度值、液槽(13)當前恆溫設定值和實際溫度值進行智能分析後自 動設定；在降溫控制過程中，冷卻水箱(14)中的液溫將逐漸升高；當冷 卻水箱(M)中的液溫超過所設定的溫度上限時，智能溫度控制器(l) 發出指令啟動製冷器(11)，對冷卻液進行製冷，並逐漸使冷卻液的 溫度降低。當冷卻液的溫度低於所設定的溫度下限時，智能溫度控制 器(1)發出指令關停製冷器(11);2) 自動啟動升溫式控溫程序液槽溫度傳感器(7)始終把當前液槽(13)溫度傳送至智能溫 度控制器(1);當液槽(13)的當前槽溫遠比設定溫度低時，則智能 溫度控制器(1)自動啟動升溫式控溫程序，發出控制量信號給電加 熱執行器(2)，電加熱執行器(2)給電加熱器(4)加成比例的電流， 使工作液的溫度逐漸升高，為均勻液槽(13)內工作區域的工作液溫 度，智能溫度控制器(1)將啟動攪拌電機(5)讓攪拌器(6)起作 用；3) 自動啟動智能優化精密溫度控制程序當液槽(13)的當前槽溫接近設定溫度時，智能溫度控制器(1) 啟動智能優化精密溫度控制程序，並將根據液槽(13)溫度動態模型 進行最優預測控制；4) 自動啟動降溫控制程序和降溫速率控制程序當液槽(13)當前槽溫遠比設定溫度高時，智能溫度控制器(1)自動啟動降溫控制程序，並發出指令啟動冷卻水泵(8)，使冷卻液循 環流經水冷卻器(12)將液槽(13)中的熱量由冷卻液帶出，快速降 溫；當需要控制降溫速率時，智能溫度控制器(i)同時啟動降溫速率控制程序，並啟動冷卻水泵(8)後還通過控制冷卻水泵(8)電機 轉速或控制調節閥門開度來控制水流量的大小，使冷卻液流經水冷卻 器(12)的量恰好使液槽(13)溫度下降速率在所要求的範圍內； 5)自動進行降溫控制與升溫控制轉換當啟動降溫控制程序後，液槽(13)當前槽溫達到降溫設定目標 溫度時，則智能溫度控制器(1)將結束降溫控制程序並自動啟動升 溫式控溫程序。
全文摘要
本發明涉及一種液冷降溫式恆溫槽系統及智能控溫方法，包括冷卻水箱及冷卻液，液槽及工作液，智能溫度控制器，冷卻水箱中設有冷卻水箱溫度傳感器並配有製冷器。液槽中設有與電加熱執行器相接的電加熱器，水冷卻器，攪拌器，液槽溫度傳感器，水冷卻器進、出水管與冷卻水箱相連，且進水管上接有冷卻水泵，智能溫度控制器的信號輸入端分別連接冷卻水箱溫度傳感器和液槽溫度傳感器，輸出端分別連接電加熱執行器、攪拌器電機、冷卻水泵和製冷器。該系統及方法通過強制液冷使得降溫速度比自然降溫提高了近二十倍，並且可以有效地避免溫度超調過程發生和減少熱慣性的負面影響，從而使精密控溫過程時間大大縮短，耗電量明顯減少。
文檔編號B01L7/02GK101219403SQ20071004712
公開日2008年7月16日 申請日期2007年10月17日 優先權日2007年10月17日
發明者孫永泰, 平 楊, 章耀坤, 陳式躍 申請人:上海電力學院;上海量值測控儀器科技有限公司