正島電器

目前實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用的恒溫循環(huán)裝置主要用于向設(shè)備外部提供高溫或低溫液體熱源。該類裝置的主要結(jié)構(gòu)包括加熱器（和/或制冷器）、循環(huán)泵、換熱容器以及溫度控制裝置。現(xiàn)有的恒溫循環(huán)裝置所提供的熱源的溫度范圍較小，應(yīng)用范圍相應(yīng)較小，其結(jié)構(gòu)也視其溫度范圍的不同而有變化。

對(duì)于-40℃～200℃的溫度范圍，目前需分別用三種溫度循環(huán)裝置才能覆蓋。如果溫度范圍在室溫直到200℃以上，通常需要使用高閃點(diǎn)導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)的循環(huán)裝置即為高溫恒溫循環(huán)裝置。

由于這些裝置的溫度范圍小，如果某一個(gè)實(shí)驗(yàn)同時(shí)需要進(jìn)行低溫和高溫處理，當(dāng)溫度范圍超出現(xiàn)有設(shè)備能夠提供的溫度范圍，或者雖然溫度范圍符合要求，但實(shí)現(xiàn)整個(gè)溫度范圍需要中途更換工作液時(shí)，任何一臺(tái)裝置都不能單獨(dú)完成試驗(yàn)。因此就有可能增加試驗(yàn)的難度，中斷試驗(yàn)甚至造成試驗(yàn)失敗、無(wú)法重復(fù)等。

試驗(yàn)專用寬溫度范圍動(dòng)態(tài)恒溫循環(huán)系統(tǒng)能夠提供低溫和高溫液體熱源的恒溫循環(huán)裝置，為科學(xué)研究和分析測(cè)試在寬溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度溫度控制或環(huán)境模擬提供條件，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于制藥、化工、電子、國(guó)防軍工和航空航天等領(lǐng)域。產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)是線性、正弦設(shè)定并混合調(diào)用的快速升降溫變結(jié)構(gòu)控制，基于一種介質(zhì)在同一裝置上實(shí)現(xiàn)-80～280℃范圍的動(dòng)態(tài)恒溫循環(huán)系統(tǒng)。

另外，很多實(shí)驗(yàn)為了縮短試驗(yàn)周期，要求按比正常溫度變化更快的速率進(jìn)行模擬變溫試驗(yàn)，因此除了對(duì)溫度波動(dòng)度有比較高的要求以外，同時(shí)希望溫度變化的速率要快，而且可以按照一定的規(guī)律進(jìn)行編程。現(xiàn)有的裝置一般不能同時(shí)兼顧較好的溫度波動(dòng)度較快的溫度變化速率。

本產(chǎn)品所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種改進(jìn)的恒溫循環(huán)裝置，它不僅具有很寬的溫度范圍，在整個(gè)溫度范圍不需要更換傳熱介質(zhì)，還能解決高精度恒溫和升降溫速率之間的矛盾，使其在一個(gè)極寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)快速的高精度溫度編程模擬試驗(yàn)成為可能。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

寬溫度范圍動(dòng)態(tài)恒溫循環(huán)系統(tǒng)，包括了換熱容器、循環(huán)泵、儲(chǔ)液箱、控制器以及裝于換熱容器內(nèi)的加熱器，循環(huán)泵裝于換熱容器上，出口管以及進(jìn)口管分別與用戶系統(tǒng)相接，出口管內(nèi)裝有溫度傳感器，換熱容器外部周圍包敷有保溫材料。

控制器通過(guò)線路分別與各傳感器、各閥門、循環(huán)泵及加熱器進(jìn)行電連接，該產(chǎn)品還包括一個(gè)制冷系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器裝于換熱容器內(nèi)。換熱容器由罐體和蓋板組成密閉結(jié)構(gòu)，換熱容器與循環(huán)泵、出口管及進(jìn)口管構(gòu)成介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)并與大氣隔離，儲(chǔ)液箱與換熱容器用裝有電磁閥的管道接通。

受傳熱介質(zhì)的傾點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)黏度和閃點(diǎn)等限制，目前也很難有一種介質(zhì)能夠在常壓下同時(shí)滿足在最低溫度和最高溫度范圍使用。此外，低溫時(shí)傳熱介質(zhì)容易吸收空氣中的水份而使介質(zhì)凝點(diǎn)提高或渾濁，當(dāng)溫度超過(guò)100℃時(shí)吸收的水汽又會(huì)重新?lián)]發(fā)，高溫下介質(zhì)揮發(fā)、冒煙和氧化等問(wèn)題可能造成試驗(yàn)環(huán)境惡劣和傳熱介質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)變質(zhì)或失效。

采用密閉的換熱容器可以很好地解決介質(zhì)選擇的困難問(wèn)題。換熱容器采用了完全密封的結(jié)構(gòu)，隔絕工作介質(zhì)與外界環(huán)境的聯(lián)系，從而防止介質(zhì)在低溫下冷凝吸收空氣中的水分和在高溫下介質(zhì)冒煙、氧化變質(zhì)等。換熱容器的大小按以下原則確定：可以將循環(huán)泵泵體、電熱器和蒸發(fā)器方便地安裝，確保換熱介質(zhì)達(dá)到最佳的換熱效果，升溫和降溫速率符合用戶對(duì)熱容量的需求。

為了確保整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)密閉，循環(huán)泵的結(jié)構(gòu)和密封是解決問(wèn)題的關(guān)鍵所在。如果循環(huán)系統(tǒng)的密閉只是為了解決介質(zhì)與外界空氣隔絕的問(wèn)題，循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部的壓力一般不會(huì)超過(guò)0.1MPa，采用機(jī)械密封的循環(huán)泵即可符合要求，但仍然要求機(jī)械密封能夠長(zhǎng)期承受符合裝置溫度范圍要求的高溫和低溫的連續(xù)沖擊。

如果循環(huán)系統(tǒng)的密閉需要承受0.1MPa以上的壓力和溫度范圍較寬時(shí)，本產(chǎn)品采用的是釤鈷磁高效率磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵，其密封的性能可以承受大于1MPa的工作壓力，其獨(dú)特的磁耦合結(jié)構(gòu)降低了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)制冷量的消耗，其最高使用溫度可以達(dá)到350℃以上。循環(huán)泵的流量和揚(yáng)程的選擇在確保用戶要求的同時(shí)，應(yīng)考慮所采用介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)黏度和換熱容器本身?yè)Q熱攪拌的需要

由于循環(huán)系統(tǒng)為密閉結(jié)構(gòu)，密閉換熱容器通過(guò)電磁閥14連接到與大氣連通的儲(chǔ)液箱內(nèi)。當(dāng)循環(huán)裝置與用戶系統(tǒng)連通并開(kāi)始工作時(shí)，換熱容器內(nèi)的介質(zhì)被不斷循環(huán)到用戶系統(tǒng)，換熱容器內(nèi)的液位下降，從而使循環(huán)泵的壓力迅速下降。

控制器根據(jù)壓力的變化確定是否需要向換熱容器內(nèi)補(bǔ)充介質(zhì)，開(kāi)啟或關(guān)閉供液電磁閥14，從而確保換熱容器內(nèi)的介質(zhì)符合正常工作需要。此外，密閉換熱容器上部留有一段空氣層，作為高低溫變化時(shí)的脹縮空間。如果儲(chǔ)液箱的液位下降或超過(guò)到一定限度，控制系統(tǒng)的液位檢測(cè)功能能夠提示液位異常的信號(hào)。

該循環(huán)裝置與用戶系統(tǒng)之間采用可以承受壓力和高溫、低溫的不銹鋼波紋管連接，連接部位采用螺紋接口，波紋管外面使用發(fā)泡硅膠保溫。控制器12主要包括中央控制單元（CPU）、電源電路和輸入輸出隔離及驅(qū)動(dòng)電路等，設(shè)有符合人機(jī)對(duì)話要求的鍵盤面板和溫度、狀態(tài)顯示器，用于設(shè)定和顯示裝置的控制溫度及工作狀態(tài)。

控制器可以傳感溫度、液位和壓力等信號(hào)，控制加熱器16功率和膨脹機(jī)構(gòu)13的開(kāi)度，必要時(shí)還可以控制循環(huán)泵的流量、冷凝器風(fēng)扇風(fēng)量或壓縮機(jī)功率等。該恒溫循環(huán)裝置利用由微電腦控制的制冷器和加熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)降溫、升溫和恒溫。控制器根據(jù)溫度傳感器測(cè)量到的溫度值和用戶設(shè)定的目標(biāo)溫度或按一定規(guī)律變化的程序控制溫度數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)節(jié)制冷器的制冷量控制閥門（電子式膨脹閥）或加熱器功率。

工作過(guò)程

本裝置的工作過(guò)程這樣進(jìn)行：首先按要求將循環(huán)裝置的出口管10-1和進(jìn)口管10-2與用戶系統(tǒng)的入口和出口連接，確認(rèn)各連接部位連接準(zhǔn)確、牢固，并依據(jù)溫度范圍對(duì)各部位進(jìn)行保溫處理。

啟動(dòng)循環(huán)裝置，控制器首先檢測(cè)到循環(huán)泵的壓力不足，即需要向循環(huán)管添加介質(zhì)。電磁閥14自動(dòng)打開(kāi)，并向管路中充液，這時(shí)請(qǐng)注意觀察控制器指示的儲(chǔ)液箱中的液位狀況，必要時(shí)及時(shí)補(bǔ)充。充液正常后，控制器指示循環(huán)管路壓力正常，電磁閥自動(dòng)關(guān)閉。

這時(shí)控制器將根據(jù)設(shè)定溫度和實(shí)際溫度的差異大小，控制加熱器和膨脹閥的工作。當(dāng)溫度誤差較大時(shí)，加熱器或膨脹閥以最大功率狀態(tài)工作，并以最快的速度升溫或降溫；當(dāng)實(shí)際溫度接近設(shè)定溫度時(shí)，控制器逐漸減小加熱器的功率或膨脹閥的開(kāi)度，最后控制器將協(xié)調(diào)加熱器和膨脹閥的工作使溫度穩(wěn)定地保持在設(shè)定溫度點(diǎn)上。

如果設(shè)定溫度發(fā)生改變、外界條件變化或用戶系統(tǒng)熱負(fù)荷發(fā)生變化等引起實(shí)際溫度和設(shè)定溫度不一致時(shí)，控制系統(tǒng)將重復(fù)以上過(guò)程使溫度以最大速率或程序控制的速率達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。

特點(diǎn)及應(yīng)用

關(guān)于各種高溫、低溫或常溫的恒溫循環(huán)裝置產(chǎn)品都已有文獻(xiàn)記載，但是關(guān)于本產(chǎn)品的在同一臺(tái)裝置上能夠涵蓋較寬溫度范圍和在整個(gè)溫度范圍內(nèi)不需要更換傳熱介質(zhì)的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)報(bào)道，尤其是恒溫溫度范圍寬達(dá)-80～250℃，具有線性正弦混合編程的連續(xù)快速升降溫功能，在國(guó)際上也處于先進(jìn)水平。特別是其傳熱介質(zhì)的選擇相對(duì)比較容易，性能價(jià)格比要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于進(jìn)口同類設(shè)備。

本產(chǎn)品方案的基本思想是精密動(dòng)態(tài)恒溫控制，即在實(shí)現(xiàn)精密恒溫的同時(shí)，還具有快速升溫或降溫的動(dòng)態(tài)控制能力。由于這種控制功能，使得用戶按要求進(jìn)行溫度編程控制和連續(xù)重復(fù)試驗(yàn)成為可能。在恒溫穩(wěn)定以后的75Min時(shí)間內(nèi)，溫度波動(dòng)度沒(méi)有超出±0.01℃的范圍。

如果出現(xiàn)外部擾動(dòng)如電源電壓改變，設(shè)定溫度改變和用戶系統(tǒng)熱負(fù)荷變化等，控制系統(tǒng)可以在5～10Min左右的時(shí)間內(nèi)將溫度控制到設(shè)定的溫度范圍（±0.05℃）。如果動(dòng)態(tài)控制的溫度范圍很寬，速度很快，接近穩(wěn)態(tài)溫度時(shí)最大的溫度過(guò)沖沒(méi)有超出0.5℃，對(duì)某些應(yīng)用而言可以忽略，在這種情況下，溫度穩(wěn)定幾乎是瞬時(shí)的。
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而正弦編程的主要應(yīng)用包括國(guó)防軍工、航空航天、巖土工程、藥品和農(nóng)業(yè)等與氣象有關(guān)的領(lǐng)域。“神舟五號(hào)”飛船在太空中每90Min環(huán)繞地球一圈，期間需要經(jīng)受180℃的溫差考驗(yàn)。

如果按平均速率計(jì)算，飛船承受的溫度變化速率為4℃/min，但飛船環(huán)繞地球所經(jīng)受的溫度變化主要由太陽(yáng)光線引起，因此飛船承受的溫度變化也可以用正弦編程的控溫模式來(lái)模擬溫度的變化，本項(xiàng)目提供的裝置對(duì)航空航天材料的研究和測(cè)試具有重要意義。

為在常年凍土地帶修路造橋提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的巖土凍融循環(huán)試驗(yàn)，需要連續(xù)模擬一年四季的溫度變化，為了縮短試驗(yàn)周期，希望用幾分鐘的時(shí)間模擬一天的溫度變化，因此要求試驗(yàn)設(shè)備能夠以很快的速度升溫或降溫，而且周而復(fù)始地不斷循環(huán)，在一個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)不允許中斷。同樣氣溫的變化也需要按照正弦規(guī)律來(lái)進(jìn)行模擬。