一種高溫變率溫溼度環境試驗控制方法及裝置的製作方法
2023-12-11 23:15:02 2
專利名稱：一種高溫變率溫溼度環境試驗控制方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於人工環境控制技術，具體涉及一種溫溼度控制的方法及裝置，尤其是 能夠實現高溫變率的條件下溫溼度的精確控制方法及裝置。
背景技術：
目前，公知的人工環境溫溼度控制方法是由控制器、測量電路以及乾燥器、風機等 執行部件組成，多應用於人工氣候箱、烤房等溫溼度環境變化緩慢的情況。但是溫度和溼度 的關係非常緊密。在一個指定的環境中，溫度的變化會影響溼度；同樣的，溼度的波動也會 對環境中的溫度產生影響。因此，在大溫變率的條件下實現溫溼度的控制問題，常規的溫溼 度控制方法存在著很大的困難。
發明內容
為了解決在大溫變率的條件下溫溼度之間的控制問題，本發明的目的是提出一種 高溫變率溫溼度環境試驗控制方法及裝置，該方法和裝置能夠在大溫變率的條件下很好地 克服溫、溼度環境之間的相互幹擾，實現試驗內溫、溼度之間的解耦控制。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是為了實現溫度、溼度的大範圍變化， 本發明方法是在試驗箱內，用大功率電加熱組加熱實現升溫過程，用液氮裝置注入液氮實 現降溫過程；用蒸氣發生裝置實現加溼過程，用液氮裝置注入液氮實現除溼過程。所述除溼過程中，液氮先經加熱裝置加熱除溼後再注入試驗箱內。進一步的方法是在試驗箱內設置溫度傳感器和溼度傳感器，溫度傳感器和溼度 傳感器檢測到的試驗箱內的實時溫度、溼度數據通過信號轉換模塊傳遞給可編程控制器 PLC,可編程控制器PLC將其採樣值與設定值進行比較並執行補償解耦與模糊控制程序當 採樣溫度低於設定值時，可編程控制器PLC通過數字輸出埠的輸出控制大功率電加熱組 加熱；當採樣溫度高於設定值時，可編程控制器PLC通過數字輸出埠的輸出控制液氮裝 置上的製冷電磁閥開合，以控制液氮向試驗箱內注入量；當採樣溼度低於設定值時，可編程 控制器PLC通過數字輸出埠的輸出控制水蒸氣發生裝置上的加溼電磁閥開合，以控制水 蒸氣向試驗箱內的注入量；當採樣溼度高於設定值時，可編程控制器PLC通過數字輸出端 口的輸出控制除溼電磁閥的開合，以控制液氮向試驗箱內注入量使試驗箱內溼度降低，直 到試驗箱內的溫溼度值滿足要求。根據上述方法採用的本發明裝置，包括試驗箱、溫度和溼度控制系統；所述溫度和 溼度控制系統由可編程控制器PLC、溫度傳感器、溼度傳感器、大功率電加熱組、液氮裝置、 水蒸氣發生裝置、風扇組成；所述液氮裝置通過製冷管和除溼管與試驗箱內腔連通，蒸氣發 生裝置通過加溼管與試驗箱內腔連通，製冷管、除溼管和加溼管上分別設有製冷電磁閥、除 溼電磁閥和加溼電磁閥，溫度傳感器和溼度傳感器均設在試驗箱內，風扇和大功率電加熱 組設在試驗箱內的上部，溫度傳感器、溼度傳感器、風扇、除溼電磁閥、製冷電磁閥、加溼電 磁閥和大功率電加熱組均與可編程控制器PLC連接。
本發明裝置的試驗箱內還設有上下開口的用於氣流循環的風道，所述風扇和大功率電加熱組設在試驗箱內頂部的風道內。所述除溼管上設有加熱裝置。用本發明方法和裝置，可以在大溫變率的條件下，很好的實現試驗環境內部的溫、 溼度之間的解耦控制，滿足可靠性強化試驗設備溫、溼度控制系統的需求。
圖1是本發明裝置的原理框圖。圖2是本發明裝置的結構示意圖。圖3是本發明方法的補償式解耦控制方案圖。
具體實施例方式高溫變率溫溼度環境試驗控制方法，是在試驗箱內，用大功率加熱組加熱實現升 溫過程，用液氮裝置注入液氮實現降溫過程；用蒸氣發生裝置實現加溼過程，用液氮裝置注 入經加熱裝置加熱除溼後的液氮實現除溼過程。所述方法可採用自動控制方式實現，所採用的本發明裝置如圖1、圖2所示，包括 試驗箱18、設在試驗箱18內的溫度和溼度控制系統；所述溫度和溼度控制系統由可編程控 制器PLC、溫度傳感器16、溼度傳感器17、大功率電加熱組15、液氮罐1、蒸氣發生器8、風扇 12組成；液氮罐1由主管2分成製冷管3和除溼管5與試驗箱18內腔連通，蒸氣發生器8 通過加溼管22與試驗箱18內腔連通，除溼管上設有加熱裝置7，製冷管3、除溼管5上分別 設有製冷電磁閥4、除溼電磁閥6，加溼管22上設有加溼電磁閥21、限壓開關20和限溫開關 19，溫度傳感器16和溼度傳感器17均設在試驗箱18內，試驗箱18內設有上下開口 13、23 的用於氣流循環的風道9，兩颱風扇12和大功率電加熱組15設在試驗箱1內頂部的風道9 內，溫度傳感器16、溼度傳感器17通過A/D信號轉換模塊與可編程控制器PLC連接，風扇 12、製冷電磁閥4、除溼電磁閥6和加溼電磁閥21通過數字模塊與可編程控制器PLC連接， 大功率電加熱組15由5組功率為150kw的電加熱組組成，通過光控晶閘管、數字模塊與可 編程控制器PLC連接；試驗箱18箱壁上設有觀察窗10，底部設有排水管11，內部設有試驗 臺14。本發明裝置工作時，風扇12使試驗箱18內腔的氣流經風道9形成上下循環對流， 溫度傳感器16和溼度傳感器17檢測到的試驗箱18內的實時溫度、溼度數據通過A/D信號 轉換模塊傳遞給可編程控制器PLC，可編程控制器PLC將其採樣值與設定值進行比較並執 行補償解耦與模糊控制程序當採樣溫度低於設定值時，可編程控制器PLC通過數字輸出 模塊和控制光控晶閘管的輸出大功率電加熱組15加熱；當採樣溫度高於設定值時，可編程 控制器PLC通過數字輸出模塊的輸出控制液氮裝置上的製冷電磁閥4開合，以控制液氮向 試驗箱內注入量；當採樣溼度低於設定值時，可編程控制器PLC通過數字輸出模塊的輸出 控制蒸氣發生裝置上的加溼電磁閥21開合，以控制水蒸氣向試驗箱內的注入量；當採樣溼 度高於設定值時，可編程控制器PLC通過數字輸出模塊的輸出控制除溼電磁閥6的開合，以 控制液氮向試驗箱內注入量使試驗箱內溼度降低，直到試驗箱內的溫溼度值滿足要求。實 際運行時，溫度的控制範圍-110 200°C，溫變率> 70°C /min，溫度控制精度< 士 1°C，溼度的控制範圍5 95%，溼度控制精度< ±2%。 本發明方法的補償式解耦控制方案如圖3所示，溫度波動時，直接採用波動較大的試驗箱內的溫度去補償和調整溼度；溼度波動時，根據注入水蒸氣的量或注入液氮的量 來補償調整溫度。對溼度進行調節時，注入的氮氣或水蒸氣會對試驗箱內的溫度環境帶來 擾動，由熱力學知識和箱體特性等可以得到注入的氮氣量或水蒸氣量與溫度之間的關係， 從而確定溫度補償控制器的參數。為了提高系統響應速度，同時獲得較好的系統動、靜態 性能，溫度主控制器採用了雙模雙段(P-Fuzzy PID)的模糊控制方法，先設定一個相應的閾 值，當試驗箱內的溫度傳感器實測的溫度值與設定的溫度值之差大於這個閾值時，採用比 例控制，以適應系統大溫變率的需求；當測得的溫度差值小於這個閾值時，採用模糊PID控 制，以減小超調，減小大溫變率過程中溫度過衝的問題。溫度主控制器與溫度補償控制器輸 出的控制量之合，即為系統當前的溫度控制量。同樣地，在試驗箱內含溼量一定的情況下， 當溫度調整時，會對試驗箱內的溼度產生較大的影響，因此由初始溫度值和當前的實時溫 度值得到溫度的波動值，由熱力學知識和箱體的特性等可以得到溫度波動對溼度定量的影 響結果，從而確定溼度補償控制器的參數。由於對系統溼度的要求較低，沒有變化率方面的 需求，控制精度的需求也不高，溼度主控制器採用模糊PID控制。溼度主控制器輸出的控制 量與溼度補償控制器輸出的控制量之和為當前的溼度控制量。其中，溫度主控制器、溫度補 償控制器、溼度主控制器、溼度補償控制器均是在可編程控制器PLC中編程實現。
權利要求
一種高溫變率溫溼度環境試驗控制方法，其特徵是在試驗箱內，用大功率電加熱組加熱實現升溫過程，用液氮裝置注入液氮實現降溫過程；用蒸氣發生裝置實現加溼過程，用液氮裝置注入液氮實現除溼過程。
2.根據權利要求1所述的高溫變率溫溼度環境試驗控制方法，其特徵是所述除溼過程 中，液氮先經加熱裝置加熱除溼後再注入試驗箱內。
3.根據權利要求1或2所述的高溫變率溫溼度環境試驗控制方法，其特徵是在試驗 箱內設置溫度傳感器和溼度傳感器，溫度傳感器和溼度傳感器檢測到的試驗箱內的實時溫 度、溼度數據通過信號轉換模塊傳遞給可編程控制器PLC，可編程控制器PLC將其採樣值與 設定值進行比較並執行補償解耦與模糊控制程序當採樣溫度低於設定值時，可編程控制 器PLC通過數字輸出埠的輸出控制大功率電加熱組加熱；當採樣溫度高於設定值時，可 編程控制器PLC通過數字輸出埠的輸出控制液氮裝置上的製冷電磁閥開合，以控制液氮 向試驗箱內注入量；當採樣溼度低於設定值時，可編程控制器PLC通過數字輸出埠的輸 出控制水蒸氣發生裝置上的加溼電磁閥開合，以控制水蒸氣向試驗箱內的注入量；當採樣 溼度高於設定值時，可編程控制器PLC通過數字輸出埠的輸出控制除溼電磁閥的開合， 以控制液氮向試驗箱內注入量使試驗箱內溼度降低，直到試驗箱內的溫溼度值滿足要求。
4.一種高溫變率溫溼度環境試驗控制裝置，其特徵是包括試驗箱、溫度和溼度控制系 統；所述溫度和溼度控制系統由可編程控制器PLC、溫度傳感器、溼度傳感器、大功率電加 熱組、液氮裝置、水蒸氣發生裝置、風扇組成；所述液氮裝置通過製冷管和除溼管與試驗箱 內腔連通，蒸氣發生裝置通過加溼管與試驗箱內腔連通，製冷管、除溼管和加溼管上分別設 有製冷電磁閥、除溼電磁閥和加溼電磁閥，溫度傳感器和溼度傳感器均設在試驗箱內，風扇 和大功率電加熱組設在試驗箱內的上部，溫度傳感器、溼度傳感器、風扇、除溼電磁閥、製冷 電磁閥、加溼電磁閥和大功率電加熱組均與可編程控制器PLC連接。
5.根據權利要求4所述的高溫變率溫溼度環境試驗控制裝置，其特徵是所述試驗箱內 設有上下開口的用於氣流循環的風道，所述風扇和大功率電加熱組設在試驗箱內頂部的風 道內。
6.根據權利要求4或5所述的高溫變率溫溼度環境試驗控制裝置，其特徵是所述除溼 管上設有加熱裝置。
全文摘要
本發明公開了一種高溫變率溫溼度環境試驗控制方法及裝置，本發明方法是在試驗箱內，用大功率電加熱組加熱實現升溫過程，用液氮裝置注入液氮實現降溫過程；用蒸氣發生裝置實現加溼過程，用液氮裝置注入液氮實現除溼過程。本發明裝置包括試驗箱、溫度和溼度控制系統；所述溫度和溼度控制系統由可編程控制器PLC、溫度傳感器、溼度傳感器、大功率電加熱組、液氮裝置、水蒸氣發生裝置、風扇組成。用本發明方法和裝置，可以在大溫變率的條件下，很好的實現試驗環境內部的溫、溼度之間的解耦控制，滿足可靠性強化試驗設備溫、溼度控制系統的需求。
文檔編號G05D27/02GK101813954SQ20101015823
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月28日 優先權日2010年4月28日
發明者吳豔, 易曉山, 蔣瑜, 鄭磊, 陳循, 陶俊勇 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學