专利名称：一种电热恒温水浴箱及水温控制方法
技术领域：
本发明属于水浴箱领域，尤其涉及一种电热恒温水浴箱及水温控制方法。
背景技术：
现有技术中水浴箱的种类有很多，可以应用在医院、实验室等领域，不 同的应用领域对水浴箱的温度控制精度要求不同。在对水浴箱进行恒温控制 时， 一种方案是在水浴外设有一个循环水管，将水浴中的水抽出，经加热后
再注入水浴中，其水温控制精度为rc。另一种方案是采用两个水箱，即一 个水浴箱和一个加热水箱，两个箱之间连接有带水泵的循环水管，水在加热 水箱内加热，由循环水管进入水浴箱，与水浴箱内的水进行热交换，使水浴 箱内的水温与加热水箱内的水温一致，其水温控制精度为0.5°C。根据机械工
业部标准《JBT2293 ( 1978) (2005 )汽车、拖拉机散热器风筒试验方法》的 要求，汽车散热器进水温度在设定温度± 0.2°C内波动，因此作为汽车散热器 测试用水来源的水浴箱的水温控制精度也为± 0.2°C ,现有的浴箱的水温控制 精度难以满足汽车散热器性能测试的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电热恒温水浴箱，旨在解决现有水浴箱的水温 控制精度较低，难以满足汽车散热器性能测试的要求的问题。
本发明是这样实现的， 一种电热恒温水浴箱，包括水箱，由与水箱连接的 进水管和出水管组成的循环水路，位于循环水路上的水泵，以及设置于水箱内 的水箱内温度传感器，所述水浴箱还包括设置于水箱内的多组加热管，每组加热管包括至少1#^加热管； 设置于所述循环水路上的热量散失参数检测装置；以及 根据所述热量散失参数计算水循环所散失的热量，控制加热管工作的恒温 控制装置。
本发明的另一目的在于提供一种电热恒温水浴箱的水温控制方法，所述方 法包括下述步骤
采集水箱内的水温，控制加热管工作，将水箱内的当前水温加热至预定温
度；
控制水泵启动，开始水循环热交换； 采集热量散失参数，计算水循环散失的热量；
根据水循环所散失的热量，控制加热管工作，调节水箱内的水温稳定在预 定范围内。
本发明的另一目的在于提供一种电热恒温水浴箱箱体，包括水箱，由与水 箱连接的进水管和出水管组成的循环水路，位于循环水路上的水泵，以及设置 于水箱内的水箱内温度传感器，所述水浴箱箱体还包括
设置于水箱内的多组加热管，每组加热管包括至少l根加热管；以及
设置于所述循环水路上的热量散失参数检测装置。
本发明通过检测水箱进水端和出水端的温度变化，计算水循环所散失的热
量，控制加热管补偿热量，对水温进行调节，水温控制精度可以达到士o.rc内，
满足了汽车散热器性能测试的要求。
图1是本发明实施例提供的水浴箱的结构图2是本发明实施例提供的恒温控制装置的结构原理图3是本发明实施例提供的恒温控制装置的电路结构图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，计算水循环所散失的热量，通过相应算法控制加热管补 偿热量，对水温进行调节，可以对水温进行高精度控制。
图1示出了本发明实施例提供的水浴箱的结构，为了便于说明，仅示出了 与本发明相关的部分。
水箱i内有一水箱内温度传感器11以及多组加热管12。在本发明实施例 中，加热管12由恒温控制装置9 (图中未示出)控制。作为本发明的一个实施 例，水箱1内共有IO才艮加热管，工作时，将IO才艮加热管分为5组，第一组3 根，第二、三、四组均为2根，第五组l根，分别由5个固态继电器94 (图中 未示出)控制。
水箱1外有一循环水路，通过进水管2和出水管3与水箱1相连，进水管 2上装有进水温度传感器4,出水管3上装有出水温度传感器5。循环水路中有 一水泵6，作为水循环的动力源。在循环水路中还装有一个水流量传感器7，测 量循环水路的水体积流量。被测散热器8串联在进水管2与出水管3之间。
图2示出了本发明实施例提供的恒温控制装置的结构原理，为了便于说明 仅示出了与本发明实施例相关的部分。
恒温控制装置9对水箱进行恒温控制的过程分为两个过程。
第一个过程是初始加热，采集卡91采集水箱内温度传感器11检测到的水 箱1内的水温，温度控制单元92根据水箱1内的当前水温，通过控制电路93 控制固态继电器94控制加热管12工作。温度控制单元92对加热管12的控制 通过一个控制算法实现，该算法根据当前水温与设定水温值的差值确定开哪几 个固态继电器，即控制哪几个加热管工作，如下表所示水温实际与设定值差需开启的固态继电器
-101、 2、 3、 4、 5
-51、 2、 3、 4
-21、 2、 3
-l 1、 2
-0.52
其中，温差负值表示实际温度比设定温度值小。 由上表可以看出，在初始加热过程中，加热速度随着实际水温的升高由快 到慢，这样可以避免加热过度。在实际水温接近设定水温时，例如实际水温与
设定值之差小于0.4。C时进入第二个过程。
第二个过程，温度控制单元92通过控制电3各93控制水泵6启动，水循环 及热交换开始进行，此时对水温进行微调，使水温稳定在设定值的士0.2。C范围内。
首先，计算出水循环散失的热量，根据此热量确定需要常开几个固态继电 器以补充热量，另外再通过调节另几个固态继电器对水温进行微调使水温稳定 在设定值附近。
当水循环开始，通过水流量传感器7检测到水流量稳定后，温度控制单元 92根据当前的水流量以及进水温度传感器4、出水温度传感器5检测到的水箱 l的进出水温，按下式计算7jC循环所散失的热量
Qw=Vw ;kw Cpw (twi-tw2)' 其中,
Qw为水循环所散失的热量，单位为kW， Vw为热水的体积流量，单位为 m3/h， Z w热水的密度，单位为kg/m3 ， Cpw为热水的比热，在本发明实施例中 取值为0.001163kW h/kg 。C, tw!为进水温度，单位为。C, tw2为出水^度， 单位为'C。
水循环散失的热量算出后，温度控制单元92据此确定需要常开的加热管个 数以及需要进行控制调节的加热管个数，具体算法示例如下if(a>=.c==8,t=2
else if(a>=94)C:=7,t=2
else if(a>=88)=7,t=l
else if(a>=82)C==6,t=3
else if(a>=76)c==6，t=l
else if(a>=70)c==5，t=2
else if(a>=64)c==5,t=l
else if(a>=58)c==4，t=2
else if(a>=52)c==4,t=l
else if(a>=46)c==3,t=2:
else if(a>=40)c==3,t=l;
else if(a〉=34)c==2，t=2;
else if(a>=28)c==2，t=l;
else if(a〉=22)c=:l，t=2;
else if(a>=16)c=:l，t=l;
else c=0,t=2;
其中，a表示散失的热量，c表示需要常开的加热管个数，t表示需要调节 的加热管个数。
确定需要常开的加热管个数和调节的加热管个数后，温度控制单元92通过 控制电路93打开对应的固态继电器94,从而打开需要常开的加热管，然后通. 过固态继电器94控制需要调节的加热管，调节时根据实际温差，以及温差的变 化率进行判断，具体算法示例如下
(if(Ed<=-0.05) out=l; else out=0;} else if(EO>= -0.02) {if(Ed>=0) out=0;
elseout=l;} else if(EO>= -0.07){if(Ed>=0.05) out=0; else out=l;} else ou，l;
其中，E0表示温差，Ed表示温差的变化率，以每3秒温差的差值为例， out表示需调节的固态继电器是否为开启，l表示通，O表示断。
图3示出了本发明实施例提供的恒温控制装置的电路结构，包括安装在工 控电脑中的采集卡91 (图中未示出)、温度控制单元92 (图中未示出)、控制 电路93和固态继电器94。采集卡91釆集水箱内温度传感器11、进水温度传感 器4、出水温度传感器5以及水流量传感器7分别检测到的水箱1的箱内温度、 进水温度、出水温度以及水流量，温度控制单元92根据采集卡91的相应参数 产生控制信号，输入到控制电路芯片Ul,经过控制电路芯片Ul输出到MOS 管Ql ， MOS管Ql的输出端H0—0和H0—1连接到固态继电器94的控制端H0_0 和H0—1。固态继电器94的输入接三相电，输出到加热管。
在本发明实施例中，共有5路与上述相同的控制，5路控制信号从工控电 脑输入到控制电路芯片Ul的5个输入端，从控制电路芯片Ul的5个输出端输 出至5个MOS管，5个MOS管分别控制5个固态继电器，从而控制5组加热 管。
通过上述调节，可以将水箱的温度稳定地控制在设定值的土0.2。C内。本发 明实施例通过检测水箱进水端和出水端的温度变化，计算水循环所散失的热量， 控制加热管补偿热量，对水温进行调节，水温控制精度可以达到土02。C内，满
足了汽车散热器性能测试的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
权利要求
1、一种电热恒温水浴箱，包括水箱，由与水箱连接的进水管和出水管组成的循环水路，位于循环水路上的水泵，以及设置于水箱内的水箱内温度传感器，其特征在于，所述水浴箱还包括设置于水箱内的多组加热管，每组加热管包括至少1根加热管；设置于所述循环水路上的热量散失参数检测装置；以及根据所述热量散失参数计算水循环所散失的热量，控制加热管工作的恒温控制装置。
2、 如权利要求1所述的电热恒温水浴箱，其特征在于，所述水循环所散失 的热量依据下式计算<formula>formula see original document page 2</formula>其中Qw为水循环所散失的热量，Vw为热水的体积流量，^w热水的密度，CPW为热水的比热，twi为水箱的进水温度，tw2为水箱的出水温度。
3、 如权利要求1或2所述的电热恒温水浴箱，其特征在于，所述热量散失 参数检测装置包括设置于水箱进水管，检测水箱进水温度的进水温度传感器； 设置于水箱出水管，检测水箱出水温度的出水温度传感器；以及 设置于所述循环水路，检测热水体积流量的水流量传感器。
4、 如权利要求1或2所述的电热恒温水浴箱，其特征在于，所述恒温控制 装置包括与电源和所述加热管连接，控制所述加热管导电工作的多个固态继电器， 每个固态继电器控制 一组加热管； 采集所述热量散失参数的采集卡；根据所述热量散失参数计算水循环所散失的热量，并根据所述水循环所散 失的热量发出水温控制信号的温度控制单元；以及接收所述水温控制信号，驱动所述多个固态继电器工作的控制电路。
5、 如权利要求1或2所述的电热恒温水浴箱，其特征在于，所述加热管包括5组，其中第1组包括3根加热管，第2、 3、 4组均包括2根加热管，第5 组包括1根加热管。
6、 一种电热恒温水浴箱的水温控制方法，其特征在于，所述方法包括下述 步骤釆集水箱内的水温，控制加热管工作，将水箱内的当前水温加热至预定温度；控制水泵启动，开始水循环热交换； 采集热量散失参数，计算水循环散失的热量；根据水循环所散失的热量，控制加热管工作，调节水箱内的水温稳定在预 定范围内。
7、 一种电热恒温水浴箱箱体，包括水箱，由与水箱连接的进水管和出水管 组成的循环水路，位于循环水路上的水泵，以及设置于水箱内的水箱内温度传 感器，其特征在于，所述水浴箱箱体还包括设置于水箱内的多组加热管，每组加热管包括至少1才艮加热管；以及 设置于所述循环水路上的热量散失参数检测装置。
8、 如权利要求7所述的电热恒温水浴箱箱体，其特征在于，所述热量散失 参数检测装置包括设置于水箱进水管，检测水箱进水温度的进水温度传感器； 设置于水箱出水管，检测水箱出水温度的出水温度传感器；以及 设置于所述循环水路，检测热水体积流量的水流量传感器。
9、 如权利要求7所述的电热恒温水浴箱箱体，其特征在于，所述水浴箱箱 体还包括根据所述热量散失参数计算水循环所散失的热量，控制加热管工作的恒温 控制装置。
10、如权利要求7 、 8或9所述的电热恒温水浴箱箱体，其特征在于，所述加热管包括5组，其中第1组包括3根加热管，第2、 3、 4组均包括2根加 热管，第5组包括1根加热管。
全文摘要
本发明适用于水浴箱领域，提供了一种电热恒温水浴箱及水温控制方法，水浴箱包括水箱，由与水箱连接的进水管和出水管组成的循环水路，位于循环水路上的水泵，以及设置于水箱内的水箱内温度传感器，所述水浴箱还包括设置于水箱内的多组加热管，每组加热管包括至少1根加热管；设置于所述循环水路上的热量散失参数检测装置；以及根据所述热量散失参数计算水循环所散失的热量，控制加热管工作的恒温控制装置。本发明实施例通过检测水箱进水端和出水端的温度变化，计算水循环所散失的热量，控制加热管补偿热量，对水温进行调节，水温控制精度可以达到±0.2℃内，满足了汽车散热器性能测试的要求。
文档编号G05D23/19GK101441486SQ20071012461
公开日2009年5月27日 申请日期2007年11月19日 优先权日2007年11月19日
发明者孙明锋, 徐光泉, 涛 杨 申请人:比亚迪股份有限公司