专利名称：液冷降温式恒温槽系统及智能控温方法
技术领域：
本发明涉及一种温度计量系统及控温方法，是一种具有快速动态 特性的精密控温恒温槽检定系统。
技术背景测温元件的合格性检定， 一直以来是各企业、计量监督部门保证 企业安全生产的有效手段。这种检定需要一种快响应的高性能恒温 槽。而传统的恒温槽一般采用电加热元件对液态介质进行加热，升温 响应可以很快，但是降温过程只靠自然散热，无法人为控制，结果使 达到检定要求的温场所需要的过渡过程非常长。从而使测温元件的检 定成为低效率、耗时、耗电和不受欢迎的。特别不能适应现代工业生 产的高速度、高质量和低成本的要求。为此，利用液冷或气冷的强制 降温手段已成为常见的改进思路。但是，利用液冷或气冷的强制降温 手段的恒温槽增加了设备的复杂性和增大了温度控制的难度，致使至 今在国内难见此类装置的成功研制的报道。关键在于新系统的合理设 计和先进温度控制方法的发明。 发明内容本发明是要提供一种液冷降温式恒温槽系统及其智能温度控制方 法，该系统通过强制液冷使得降温速度比自然降温提高了近二十倍， 并且可以有效地避免温度超调过程发生和减少热惯性的负面影响，从而使精密控温过程时间大大縮短，耗电量明显减少。为实现上述目的，本发明的技术方案是 一种液冷降温式恒温槽 系统，包括冷却水箱及冷却液、液槽及工作液、智能温度控制器，其 点是冷却水箱中配有制冷器和冷却水箱温度传感器；液槽中装有与 电加热执行器相接的电加热器、水冷却器、搅拌器、液槽温度传感器; 水冷却器进、出水管与冷却水箱相连，且进水管上接有冷却水泵；智 能温度控制器的信号输入端分别连接冷却水箱温度传感器和液槽温 度传感器，输出端分别连接电加热执行器、搅拌器电机、冷却水泵、 制冷器。水冷却器由紫铜盘管制成，且安装在液槽的内侧；制冷器中的压 缩机为冰箱制冷压縮机；水箱温度传感器和液槽温度传感器为铂电阻 温度传感器；智能温度控制器由嵌入式计算机系统构成。针对这种液冷降温式恒温槽的智能温度控制方法(1) 自动设定冷却水箱温度期望值并控制冷却水箱温度 冷却水箱温度期望值，由智能温度控制器根据环境温度值、液槽当前恒温设定值和实际温度值进行智能分析后自动设定。在降温控制过程中，冷却水箱中的液温将逐渐升高；当冷却水箱 中的液温超过所设定的温度上限时，智能温度控制器发出指令启动制 冷器，对冷却液进行制冷，并逐渐使冷却液的温度降低；当冷却液的 温度低于所设定的温度下限时，智能温度控制器发出指令关停制冷 器。(2) 自动启动升温式控温程序液槽温度传感器始终把当前液槽温度传送至智能温度控制器；当 液槽的当前槽温远比设定温度低时，则智能温度控制器自动启动升温 式控温程序，发出控制量信号给电加热执行器，电加热执行器给电加 热器加成比例的电流，使工作液的温度逐渐升高。为均匀液槽内工作 区域的工作液温度，智能温度控制将启动搅拌电机让搅拌器起作用。(3) 启动智能优化精密温度控制程序 当工作液槽的当前槽温接近设定温度时，智能温度控制器启动智能优化精密温度控制程序。并将根据液槽温度动态模型进行最优预 测控制。(4) 自动启动降温控制程序和降温速率控制程序 当液槽当前槽温远比设定温度高时，智能温度控制器自动启动降温控制程序，并发出指令启动冷却水泵，使冷却液循环流经水冷却器， 并将液槽中的热量由冷却液带出，快速降温；当需要控制降温速率时，智能温度控制器同时启动降温速率控制 程序，并启动冷却水泵后还通过控制冷却水泵电机转速或控制调节阀 门开度来控制水流量的大小，使冷却液流经水冷却器的量恰好使液槽 温度下降速率在所要求的范围内。(5) 自动进行降温控制与升温控制转换 当启动降温控制程序后，液槽当前槽温达到降温设定目标温度时，则智能温度控制器将结束降温控制程序并自动启动升温式控温程序。 本发明的有益效果是本发明系统与传统的恒温液槽装置相比， 最大的特点就是利用智能温度控制器协调地控制了具有强制液冷降温功能的恒温液槽；通过强制液冷使得降温速度比自然降温提高了近 二十倍(据初步测算)，并且可以有效地避免温度超调过程发生和减 少热惯性的负面影响，从而使精密控温过程时间大大縮短，耗电量明 显减少。智能温度控制器将加热、冷却和制冷过程有机地结合起来， 可以有更大的自由度地控制期望温度场的产生，为温度计量及其他需 要提供精密温度场的工作提供更好的服务。
图l是本发明的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。如图1所示，本发明的液冷降温式恒温槽系统，包括冷却水箱14 及冷却液9、液槽12及工作液3、智能温度控制器l等。冷却水箱14配置有制冷器11和冷却水箱温度传感器10。液槽13 中装有与电加热执行器2相接的电加热器4、水冷却器12、搅拌器6、 液槽温度传感器7。水冷却器12进、出水管与冷却水箱14相连，且进水管上接有冷却水泵8。智能温度控制器1的信号输入端分别连接冷却水箱温度传 感器10和液槽温度传感器7，输出端分别连接电加热执行器2、搅拌 器电机5、冷却水泵8、制冷器ll。水冷却器12由紫铜盘管制成，且安装在液槽13的内侧。制冷器 U中的压縮机为冰箱制冷压缩机。水箱温度传感器10和液槽温度传 感器7为铂电阻温度传感器。智能温度控制器1由嵌入式计算机系统构成。本发明系统的工作原理如下 需要升温时，^动电加热器2。通过调节电加热器2的功率大小来 控制升温速度。需要大幅度降温或降温速率须控制时，启动水冷却水泵8，通过冷 却水循环流动迅速带走液槽13的热量。降温速度可通过控制冷却水 泵8电机转速来细调，又可通过冷却水箱14的温度控制设定值来进 行粗调。冷却水箱14的温度由温度冷却水箱温度传感器10检测并由智能 温度控制器1来控制在设定温度值附近。冷却水箱14与制冷器11相 连，所构成的制冷换热动态过程决定了冷却水箱温度特性。智能温度 控制器1控制制冷器的启停。冷却水箱14的设定温度值，是由智能 温度控制器1根据环境温度值、液槽13当前恒温设定值和实际温度 值进行智能分析后自动地确定。智能温度控制器1是液槽温控系统、水冷却降温系统和冷却水箱 水温控制系统的指挥中心。由它来协调各部分的控制动作，目的是追 求达到液槽控温要求的最快响应。智能温度控制器1中内置了通过大 量试验建立起来的工作液槽温度动态模型和冷却水箱温度动态模型， 以及相应的工作状态和发展趋势智能分析和预测软件。它可以根据实 际需求和当前动态选取最佳的协调控制策略。本发明的智能温度控制方法是 (1)冷却水箱14的设定温度值，是由智能温度控制器1根据环境温度值、液槽13当前恒温设定值和实际温度值进行智能分析后自 动地确定。(2) 当液槽13的当前槽温比设定温度低时，则开始"升温控制 程序"。由智能温度控制器1发控制量信号给电加热执行器2，由电 加热执行器2给负载电加热器4加成比例的电流，使工作液3的温度 不断升高。使用高精度、高稳定性的铂电阻温度传感器7来检测液槽 的温度，并把当前液槽温度传送至l。为了使液槽内工作液的区域温 度场达到一定的均匀性，设置了搅拌电机5和搅拌器6。(3) 当液槽13的当前槽温接近设定温度时，则启动"智能优化 精密温度控制程序"，根据液槽温度动态模型进行最优预测控制。(4) 当液槽13的当前槽温远比设定温度高时，则开始"降温控 制程序"，将启动冷却水泵(8)，使冷却液9循环流经水冷却器肪。致 使液槽中3的热量不断的被冷却液9带出，达到快速降温的目的。(5) 当液槽13当前槽温接近降温设定目标温度时，则结束降温 过程并开始升温控制过程。(6) 由于在降温过程中，冷却液9不断的吸收液槽13中的热量，致使其温度不断地升高。智能温度控制器1可以通过冷却水温度传感 器10探测到这个温度变化。当冷却水箱14中的液温超过所设定的温 度高限时，智能温度控制器1将启动制冷器11，对冷却液9进行制 冷，并使冷却液9的温度低于所设定的值。当液槽13的液温低于所 设定的温度低限时，智能温度控制器1关停制冷器11。(7) 当需要控制降温速率时，则开始"降温速率控制程序"。智能温度控制器1将启动冷却水泵8并且控制水流量。使冷却液9循环 流经水冷却器12的量恰好使工作液槽温度下降速率在所要求的范围 内。当液槽13当前槽温低于降温设定终点温度时，则结束降温过程 并开始升温控制过程。
权利要求
1.一种液冷降温式恒温槽系统，包括冷却水箱(14)及冷却液(9)、液槽(13)及工作液(3)、智能温度控制器(1)，其特征在于，所述冷却水箱(14)中配有制冷器(11)和冷却水箱温度传感器(10)；所述液槽(13)中装有与电加热执行器(2)相接的电加热器(4)、水冷却器(12)、搅拌器(6)、液槽温度传感器(7)；水冷却器(12)进、出水管与冷却水箱(14)相连，且进水管上接有冷却水泵(8)；所述智能温度控制器(1)的信号输入端分别连接冷却水箱温度传感器(10)和液槽温度传感器(7)，输出端分别连接电加热执行器(2)、搅拌器电机(5)、冷却水泵(8)、制冷器(11)。
2. 根据权利要求1所述的液冷降温式恒温槽系统，其特征在于，所 述水冷却器(12)由紫铜盘管制成，且安装在液槽(14)的内侧。
3. 根据权利要求1所述的液冷降温式恒温槽系统，其特征在于，所 述制冷器(11)中的压縮机为冰箱制冷压縮机。
4. 根据权利要求1所述的液冷降温式恒温槽系统，其特征在于，所 述水箱温度传感器(10)和液槽温度传感器(7)为铂电阻温度传感 器。
5. 根据权利要求1所述的液冷降温式恒温槽系统，其特征在于，所 述智能温度控制器(1)由嵌入式计算机系统构成。
6. —种用于权利要求1的智能温度控制方法，其特征在于 1)自动设定冷却水箱温度期望值并控制冷却水箱温度冷却水箱(14)温度期望值，由智能温度控制器(1)根据环境 温度值、液槽(13)当前恒温设定值和实际温度值进行智能分析后自 动设定；在降温控制过程中，冷却水箱(14)中的液温将逐渐升高；当冷 却水箱(M)中的液温超过所设定的温度上限时，智能温度控制器(l) 发出指令启动制冷器(11)，对冷却液进行制冷，并逐渐使冷却液的 温度降低。当冷却液的温度低于所设定的温度下限时，智能温度控制 器(1)发出指令关停制冷器(11);2) 自动启动升温式控温程序液槽温度传感器(7)始终把当前液槽(13)温度传送至智能温 度控制器(1);当液槽(13)的当前槽温远比设定温度低时，则智能 温度控制器(1)自动启动升温式控温程序，发出控制量信号给电加 热执行器(2)，电加热执行器(2)给电加热器(4)加成比例的电流， 使工作液的温度逐渐升高，为均匀液槽(13)内工作区域的工作液温 度，智能温度控制器(1)将启动搅拌电机(5)让搅拌器(6)起作 用；3) 自动启动智能优化精密温度控制程序当液槽(13)的当前槽温接近设定温度时，智能温度控制器(1) 启动智能优化精密温度控制程序，并将根据液槽(13)温度动态模型 进行最优预测控制；4) 自动启动降温控制程序和降温速率控制程序当液槽(13)当前槽温远比设定温度高时，智能温度控制器(1)自动启动降温控制程序，并发出指令启动冷却水泵(8)，使冷却液循 环流经水冷却器(12)将液槽(13)中的热量由冷却液带出，快速降 温；当需要控制降温速率时，智能温度控制器(i)同时启动降温速率控制程序，并启动冷却水泵(8)后还通过控制冷却水泵(8)电机 转速或控制调节阀门开度来控制水流量的大小，使冷却液流经水冷却 器(12)的量恰好使液槽(13)温度下降速率在所要求的范围内； 5)自动进行降温控制与升温控制转换当启动降温控制程序后，液槽(13)当前槽温达到降温设定目标 温度时，则智能温度控制器(1)将结束降温控制程序并自动启动升 温式控温程序。
全文摘要
本发明涉及一种液冷降温式恒温槽系统及智能控温方法，包括冷却水箱及冷却液，液槽及工作液，智能温度控制器，冷却水箱中设有冷却水箱温度传感器并配有制冷器。液槽中设有与电加热执行器相接的电加热器，水冷却器，搅拌器，液槽温度传感器，水冷却器进、出水管与冷却水箱相连，且进水管上接有冷却水泵，智能温度控制器的信号输入端分别连接冷却水箱温度传感器和液槽温度传感器，输出端分别连接电加热执行器、搅拌器电机、冷却水泵和制冷器。该系统及方法通过强制液冷使得降温速度比自然降温提高了近二十倍，并且可以有效地避免温度超调过程发生和减少热惯性的负面影响，从而使精密控温过程时间大大缩短，耗电量明显减少。
文档编号B01L7/02GK101219403SQ20071004712
公开日2008年7月16日 申请日期2007年10月17日 优先权日2007年10月17日
发明者孙永泰, 平 杨, 章耀坤, 陈式跃 申请人:上海电力学院;上海量值测控仪器科技有限公司