專利名稱：液冷降溫式恒溫槽系統(tǒng)及智能控溫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度計(jì)量系統(tǒng)及控溫方法，是一種具有快速動態(tài) 特性的精密控溫恒溫槽檢定系統(tǒng)。
技術(shù)背景測溫元件的合格性檢定， 一直以來是各企業(yè)、計(jì)量監(jiān)督部門保證 企業(yè)安全生產(chǎn)的有效手段。這種檢定需要一種快響應(yīng)的高性能恒溫 槽。而傳統(tǒng)的恒溫槽一般采用電加熱元件對液態(tài)介質(zhì)進(jìn)行加熱，升溫 響應(yīng)可以很快，但是降溫過程只靠自然散熱，無法人為控制，結(jié)果使 達(dá)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(shí)、耗電和不受歡迎的。特別不能適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生 產(chǎn)的高速度、高質(zhì)量和低成本的要求。為此，利用液冷或氣冷的強(qiáng)制 降溫手段已成為常見的改進(jìn)思路。但是，利用液冷或氣冷的強(qiáng)制降溫 手段的恒溫槽增加了設(shè)備的復(fù)雜性和增大了溫度控制的難度，致使至 今在國內(nèi)難見此類裝置的成功研制的報(bào)道。關(guān)鍵在于新系統(tǒng)的合理設(shè) 計(jì)和先進(jìn)溫度控制方法的發(fā)明。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是要提供一種液冷降溫式恒溫槽系統(tǒng)及其智能溫度控制方 法，該系統(tǒng)通過強(qiáng)制液冷使得降溫速度比自然降溫提高了近二十倍， 并且可以有效地避免溫度超調(diào)過程發(fā)生和減少熱慣性的負(fù)面影響，從而使精密控溫過程時(shí)間大大縮短，耗電量明顯減少。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種液冷降溫式恒溫槽 系統(tǒng)，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(diǎn)是冷卻水箱中配有制冷器和冷卻水箱溫度傳感器；液槽中裝有與 電加熱執(zhí)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(jìn)、出水管與冷卻水箱相連，且進(jìn)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(zhí)行器、攪拌器電機(jī)、冷卻水泵、 制冷器。水冷卻器由紫銅盤管制成，且安裝在液槽的內(nèi)側(cè)；制冷器中的壓 縮機(jī)為冰箱制冷壓縮機(jī)；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(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。針對這種液冷降溫式恒溫槽的智能溫度控制方法(1) 自動設(shè)定冷卻水箱溫度期望值并控制冷卻水箱溫度 冷卻水箱溫度期望值，由智能溫度控制器根據(jù)環(huán)境溫度值、液槽當(dāng)前恒溫設(shè)定值和實(shí)際溫度值進(jìn)行智能分析后自動設(shè)定。在降溫控制過程中，冷卻水箱中的液溫將逐漸升高；當(dāng)冷卻水箱 中的液溫超過所設(shè)定的溫度上限時(shí)，智能溫度控制器發(fā)出指令啟動制 冷器，對冷卻液進(jìn)行制冷，并逐漸使冷卻液的溫度降低；當(dāng)冷卻液的 溫度低于所設(shè)定的溫度下限時(shí)，智能溫度控制器發(fā)出指令關(guān)停制冷 器。(2) 自動啟動升溫式控溫程序液槽溫度傳感器始終把當(dāng)前液槽溫度傳送至智能溫度控制器；當(dāng) 液槽的當(dāng)前槽溫遠(yuǎn)比設(shè)定溫度低時(shí)，則智能溫度控制器自動啟動升溫 式控溫程序，發(fā)出控制量信號給電加熱執(zhí)行器，電加熱執(zhí)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(nèi)工作 區(qū)域的工作液溫度，智能溫度控制將啟動攪拌電機(jī)讓攪拌器起作用。(3) 啟動智能優(yōu)化精密溫度控制程序 當(dāng)工作液槽的當(dāng)前槽溫接近設(shè)定溫度時(shí)，智能溫度控制器啟動智能優(yōu)化精密溫度控制程序。并將根據(jù)液槽溫度動態(tài)模型進(jìn)行最優(yōu)預(yù) 測控制。(4) 自動啟動降溫控制程序和降溫速率控制程序 當(dāng)液槽當(dāng)前槽溫遠(yuǎn)比設(shè)定溫度高時(shí)，智能溫度控制器自動啟動降溫控制程序，并發(fā)出指令啟動冷卻水泵，使冷卻液循環(huán)流經(jīng)水冷卻器， 并將液槽中的熱量由冷卻液帶出，快速降溫；當(dāng)需要控制降溫速率時(shí)，智能溫度控制器同時(shí)啟動降溫速率控制 程序，并啟動冷卻水泵后還通過控制冷卻水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速或控制調(diào)節(jié)閥 門開度來控制水流量的大小，使冷卻液流經(jīng)水冷卻器的量恰好使液槽 溫度下降速率在所要求的范圍內(nèi)。(5) 自動進(jìn)行降溫控制與升溫控制轉(zhuǎn)換 當(dāng)啟動降溫控制程序后，液槽當(dāng)前槽溫達(dá)到降溫設(shè)定目標(biāo)溫度時(shí)，則智能溫度控制器將結(jié)束降溫控制程序并自動啟動升溫式控溫程序。 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明系統(tǒng)與傳統(tǒng)的恒溫液槽裝置相比， 最大的特點(diǎn)就是利用智能溫度控制器協(xié)調(diào)地控制了具有強(qiáng)制液冷降溫功能的恒溫液槽；通過強(qiáng)制液冷使得降溫速度比自然降溫提高了近 二十倍(據(jù)初步測算)，并且可以有效地避免溫度超調(diào)過程發(fā)生和減 少熱慣性的負(fù)面影響，從而使精密控溫過程時(shí)間大大縮短，耗電量明 顯減少。智能溫度控制器將加熱、冷卻和制冷過程有機(jī)地結(jié)合起來， 可以有更大的自由度地控制期望溫度場的產(chǎn)生，為溫度計(jì)量及其他需 要提供精密溫度場的工作提供更好的服務(wù)。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1所示，本發(fā)明的液冷降溫式恒溫槽系統(tǒng)，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配置有制冷器11和冷卻水箱溫度傳感器10。液槽13 中裝有與電加熱執(zhí)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(jìn)、出水管與冷卻水箱14相連，且進(jìn)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(zhí)行器2、攪拌 器電機(jī)5、冷卻水泵8、制冷器ll。水冷卻器12由紫銅盤管制成，且安裝在液槽13的內(nèi)側(cè)。制冷器 U中的壓縮機(jī)為冰箱制冷壓縮機(jī)。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(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。本發(fā)明系統(tǒng)的工作原理如下 需要升溫時(shí)，^動電加熱器2。通過調(diào)節(jié)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(shí)，啟動水冷卻水泵8，通過冷 卻水循環(huán)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(jī)轉(zhuǎn)速來細(xì)調(diào)，又可通過冷卻水箱14的溫度控制設(shè)定值來進(jìn) 行粗調(diào)。冷卻水箱14的溫度由溫度冷卻水箱溫度傳感器10檢測并由智能 溫度控制器1來控制在設(shè)定溫度值附近。冷卻水箱14與制冷器11相 連，所構(gòu)成的制冷換熱動態(tài)過程決定了冷卻水箱溫度特性。智能溫度 控制器1控制制冷器的啟停。冷卻水箱14的設(shè)定溫度值，是由智能 溫度控制器1根據(jù)環(huán)境溫度值、液槽13當(dāng)前恒溫設(shè)定值和實(shí)際溫度 值進(jìn)行智能分析后自動地確定。智能溫度控制器1是液槽溫控系統(tǒng)、水冷卻降溫系統(tǒng)和冷卻水箱 水溫控制系統(tǒng)的指揮中心。由它來協(xié)調(diào)各部分的控制動作，目的是追 求達(dá)到液槽控溫要求的最快響應(yīng)。智能溫度控制器1中內(nèi)置了通過大 量試驗(yàn)建立起來的工作液槽溫度動態(tài)模型和冷卻水箱溫度動態(tài)模型， 以及相應(yīng)的工作狀態(tài)和發(fā)展趨勢智能分析和預(yù)測軟件。它可以根據(jù)實(shí) 際需求和當(dāng)前動態(tài)選取最佳的協(xié)調(diào)控制策略。本發(fā)明的智能溫度控制方法是 (1)冷卻水箱14的設(shè)定溫度值，是由智能溫度控制器1根據(jù)環(huán)境溫度值、液槽13當(dāng)前恒溫設(shè)定值和實(shí)際溫度值進(jìn)行智能分析后自 動地確定。(2) 當(dāng)液槽13的當(dāng)前槽溫比設(shè)定溫度低時(shí)，則開始"升溫控制 程序"。由智能溫度控制器1發(fā)控制量信號給電加熱執(zhí)行器2，由電 加熱執(zhí)行器2給負(fù)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(wěn)定性的鉑電阻溫度傳感器7來檢測液槽 的溫度，并把當(dāng)前液槽溫度傳送至l。為了使液槽內(nèi)工作液的區(qū)域溫 度場達(dá)到一定的均勻性，設(shè)置了攪拌電機(jī)5和攪拌器6。(3) 當(dāng)液槽13的當(dāng)前槽溫接近設(shè)定溫度時(shí)，則啟動"智能優(yōu)化 精密溫度控制程序"，根據(jù)液槽溫度動態(tài)模型進(jìn)行最優(yōu)預(yù)測控制。(4) 當(dāng)液槽13的當(dāng)前槽溫遠(yuǎn)比設(shè)定溫度高時(shí)，則開始"降溫控 制程序"，將啟動冷卻水泵(8)，使冷卻液9循環(huán)流經(jīng)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(dá)到快速降溫的目的。(5) 當(dāng)液槽13當(dāng)前槽溫接近降溫設(shè)定目標(biāo)溫度時(shí)，則結(jié)束降溫 過程并開始升溫控制過程。(6) 由于在降溫過程中，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(gè)溫度變化。當(dāng)冷卻水箱14中的液溫超過所設(shè)定的溫 度高限時(shí)，智能溫度控制器1將啟動制冷器11，對冷卻液9進(jìn)行制 冷，并使冷卻液9的溫度低于所設(shè)定的值。當(dāng)液槽13的液溫低于所 設(shè)定的溫度低限時(shí)，智能溫度控制器1關(guān)停制冷器11。(7) 當(dāng)需要控制降溫速率時(shí)，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并且控制水流量。使冷卻液9循環(huán) 流經(jīng)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范圍 內(nèi)。當(dāng)液槽13當(dāng)前槽溫低于降溫設(shè)定終點(diǎn)溫度時(shí)，則結(jié)束降溫過程 并開始升溫控制過程。
權(quán)利要求
1.一種液冷降溫式恒溫槽系統(tǒng)，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)，其特征在于，所述冷卻水箱(14)中配有制冷器(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(zhí)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(jìn)、出水管與冷卻水箱(14)相連，且進(jìn)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(zhí)行器(2)、攪拌器電機(jī)(5)、冷卻水泵(8)、制冷器(11)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液冷降溫式恒溫槽系統(tǒng)，其特征在于，所 述水冷卻器(12)由紫銅盤管制成，且安裝在液槽(14)的內(nèi)側(cè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液冷降溫式恒溫槽系統(tǒng)，其特征在于，所 述制冷器(11)中的壓縮機(jī)為冰箱制冷壓縮機(jī)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液冷降溫式恒溫槽系統(tǒng)，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的液冷降溫式恒溫槽系統(tǒng)，其特征在于，所 述智能溫度控制器(1)由嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。
6. —種用于權(quán)利要求1的智能溫度控制方法，其特征在于 1)自動設(shè)定冷卻水箱溫度期望值并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(jù)環(huán)境 溫度值、液槽(13)當(dāng)前恒溫設(shè)定值和實(shí)際溫度值進(jìn)行智能分析后自 動設(shè)定；在降溫控制過程中，冷卻水箱(14)中的液溫將逐漸升高；當(dāng)冷 卻水箱(M)中的液溫超過所設(shè)定的溫度上限時(shí)，智能溫度控制器(l) 發(fā)出指令啟動制冷器(11)，對冷卻液進(jìn)行制冷，并逐漸使冷卻液的 溫度降低。當(dāng)冷卻液的溫度低于所設(shè)定的溫度下限時(shí)，智能溫度控制 器(1)發(fā)出指令關(guān)停制冷器(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(dāng)前液槽(13)溫度傳送至智能溫 度控制器(1);當(dāng)液槽(13)的當(dāng)前槽溫遠(yuǎn)比設(shè)定溫度低時(shí)，則智能 溫度控制器(1)自動啟動升溫式控溫程序，發(fā)出控制量信號給電加 熱執(zhí)行器(2)，電加熱執(zhí)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(nèi)工作區(qū)域的工作液溫 度，智能溫度控制器(1)將啟動攪拌電機(jī)(5)讓攪拌器(6)起作 用；3) 自動啟動智能優(yōu)化精密溫度控制程序當(dāng)液槽(13)的當(dāng)前槽溫接近設(shè)定溫度時(shí)，智能溫度控制器(1) 啟動智能優(yōu)化精密溫度控制程序，并將根據(jù)液槽(13)溫度動態(tài)模型 進(jìn)行最優(yōu)預(yù)測控制；4) 自動啟動降溫控制程序和降溫速率控制程序當(dāng)液槽(13)當(dāng)前槽溫遠(yuǎn)比設(shè)定溫度高時(shí)，智能溫度控制器(1)自動啟動降溫控制程序，并發(fā)出指令啟動冷卻水泵(8)，使冷卻液循 環(huán)流經(jīng)水冷卻器(12)將液槽(13)中的熱量由冷卻液帶出，快速降 溫；當(dāng)需要控制降溫速率時(shí)，智能溫度控制器(i)同時(shí)啟動降溫速率控制程序，并啟動冷卻水泵(8)后還通過控制冷卻水泵(8)電機(jī) 轉(zhuǎn)速或控制調(diào)節(jié)閥門開度來控制水流量的大小，使冷卻液流經(jīng)水冷卻 器(12)的量恰好使液槽(13)溫度下降速率在所要求的范圍內(nèi)； 5)自動進(jìn)行降溫控制與升溫控制轉(zhuǎn)換當(dāng)啟動降溫控制程序后，液槽(13)當(dāng)前槽溫達(dá)到降溫設(shè)定目標(biāo) 溫度時(shí)，則智能溫度控制器(1)將結(jié)束降溫控制程序并自動啟動升 溫式控溫程序。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液冷降溫式恒溫槽系統(tǒng)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(shè)有冷卻水箱溫度傳感器并配有制冷器。液槽中設(shè)有與電加熱執(zhí)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(jìn)、出水管與冷卻水箱相連，且進(jìn)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(zhí)行器、攪拌器電機(jī)、冷卻水泵和制冷器。該系統(tǒng)及方法通過強(qiáng)制液冷使得降溫速度比自然降溫提高了近二十倍，并且可以有效地避免溫度超調(diào)過程發(fā)生和減少熱慣性的負(fù)面影響，從而使精密控溫過程時(shí)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(yōu)先權(quán)日2007年10月17日
發(fā)明者孫永泰, 平 楊, 章耀坤, 陳式躍 申請人:上海電力學(xué)院;上海量值測控儀器科技有限公司