一种动态热平衡恒温恒湿控制装置及控制方法与流程

本发明涉及试验装置技术领域，具体为一种动态热平衡恒温恒湿控制装置及控制方法。

背景技术：

当前国内外大多数的恒温恒湿箱仍使用压缩机制冷和电加热相互平衡的方式以实现控制温度，制冷系统本身的高温热气资源未得到有效利用。

大多数常温型恒温恒湿箱厂家仍采用独立的制冷蒸发器进行冷冻除湿和独立的加湿器进行加湿，即系统需除湿时开启冷冻除湿通道，达到设定湿度后即停止除湿，系统需加湿时开启加湿器，达到设定湿度后即停止加湿。这种控湿方式，使得箱内湿度不断波动，且温度也受到较大影响。

另外，还有一些恒温恒湿箱在湿度控制中，采用pid除湿量调节与pid加湿量调节共同作用的方式，系统在计算加湿输出量的同时也在计算除湿输出量，两者一直处于交替振荡的死循环中，始终无法达到平衡。因此设计一种动态热平衡恒温恒湿控制装置及控制方法是十分有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种动态热平衡恒温恒湿控制装置及控制方法，实现±0.5℃波动性的精确控温，及±1％rh波动性的精确控湿，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种动态热平衡恒温恒湿控制装置及控制方法，包括压缩机、电子三通换向比例阀、冷凝器、冷凝风机、蒸发压力调节阀、压差阀、储液器、供液电磁阀、电加热器、蒸发器、循环风机、温度传感器、湿度传感器、加湿器、气液分离器、曲轴箱压力调节阀、控制器和试验箱体，所述试验箱体的内部自上而下依次设置有电加热器、蒸发器、循环风机、温度传感器、湿度传感器和加湿器，所述蒸发器的输出端通过管路依次与气液分离器、曲轴箱压力调节阀、压缩机和电子三通换向比例阀穿连连接，且电子三通换向比例阀的输出端与蒸发器的输入端连接，所述电子三通换向比例阀与冷凝器、蒸发压力调节阀、储液器和供液电磁阀并联连接，且冷凝器、蒸发压力调节阀与压差阀并联连接，所述冷凝器的一侧设置有冷凝风机，所述控制器包括plc或单片机，以及驱动板，且控制器的输入端与温度传感器和湿度传感器的输出端电性连接，控制器的输出端与压缩机、电子三通换向比例阀、冷凝器、冷凝风机、供液电磁阀、电加热器、蒸发器、循环风机和加湿器的输入端电性连接。

一种动态热平衡恒温恒湿控制装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，根据设定温度tsv与当前温度tpv的差值pid计算制冷机组热气旁通阀输出量；

步骤二，根据设定相对湿度hsv与当前相对湿度hpv的差值判定，控制器赋值输出加热量及pid调节加湿量；

步骤三，控制加热：

1)加载：

①当加湿器输出持续≤a％，且当前湿度hpv-设定湿度hsv≥1％时，加热功率步进值+1％；

②等待电加热器工作步长n秒后，再回到加载第1步，系统软件重新判断；

③……直至加热功率100％输出；

2)减载：

①当加湿器输出持续≥b％，且设定湿度hsv-当前湿度hpv≥1％时，加热功率步进值-1％；

②等待电加热工作步长n秒后，再回到减载第1步重新判断；

③……直至加热功率0％输出；

步骤四，控制加湿：

1)设定温度tsv为10～40℃之间时工作；tsv＜10℃或tsv＞40℃时，加湿器失电；

2)设定湿度hsv-当前湿度hpv≥1％时，加湿器得电，加湿器输出pid调节。

根据上述技术方案，所述电子三通换向比例阀也可替换为电子热气旁通阀或高温电子膨胀阀。

根据上述技术方案，所述冷凝器为一种风冷冷凝器或水冷冷凝器。

根据上述技术方案，所述电加热器为不锈钢翅片电加热器、远红外电加热器和碳纤维电加热管中的任一种。

根据上述技术方案，所述循环风机为一种轴流风机或离心风机。

根据上述技术方案，所述加湿器为超声波加湿器、蒸汽加湿器、增压式雾化加湿器和离心雾化加湿器中的任一种。

根据上述技术方案，所述试验箱体的一侧通过铰链安装有箱门，且连接处均固定安装有密封垫。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：该动态热平衡恒温恒湿控制装置，利用热气旁通技术，系统通过调节流经蒸发器的高温工质与低温工质的比例来实现温度的控制；使用电加热器强制箱内温度缓慢升高，系统根据计算，控制热气流量迫使制冷系统增加制冷量，以平衡电加热输出的热量，在实现恒温的同时，箱内空气经循环风机引导至蒸发器，通过冷凝空气中的水分以实现降低湿度，为了维持一个稳定的相对湿度，系统需要持续补充一定的加湿量，以平衡不断降低的湿度，当箱内的相对湿度达到设定点时，电加热输出量和加湿输出量将处于一个恒定的输出状态。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体系统结构示意图；

图2是本发明的控制方法示意图；

图1中：1、压缩机；2、电子三通换向比例阀；3、冷凝器；4、冷凝风机；5、蒸发压力调节阀；6、压差阀；7、储液器；8、供液电磁阀；9、电加热器；10、蒸发器；11、循环风机；12、温度传感器；13、湿度传感器；14、加湿器；15、气液分离器；16、曲轴箱压力调节阀；17、控制器；18、试验箱体；

图2中：tpv、当前温度；tsv、设定温度；hpv、当前湿度；hsv、设定湿度；a、持续加湿上限值；b、持续加湿下限值。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种动态热平衡恒温恒湿控制装置，包括压缩机1、电子三通换向比例阀2、冷凝器3、冷凝风机4、蒸发压力调节阀5、压差阀6、储液器7、供液电磁阀8、电加热器9、蒸发器10、循环风机11、温度传感器12、湿度传感器13、加湿器14、气液分离器15、曲轴箱压力调节阀16、控制器17和试验箱体18，试验箱体18的一侧通过铰链安装有箱门，且连接处均固定安装有密封垫，试验箱体18的内部自上而下依次设置有电加热器9、蒸发器10、循环风机11、温度传感器12、湿度传感器13和加湿器14，蒸发器10的输出端通过管路依次与气液分离器15、曲轴箱压力调节阀16、压缩机1和电子三通换向比例阀2穿连连接，且电子三通换向比例阀2的输出端与蒸发器10的输入端连接，电子三通换向比例阀2与冷凝器3、蒸发压力调节阀5、储液器7和供液电磁阀8并联连接，且冷凝器3、蒸发压力调节阀5与压差阀6并联连接，冷凝器3的一侧设置有冷凝风机4，控制器17包括plc或单片机，以及驱动板，且控制器17的输入端与温度传感器12和湿度传感器13的输出端电性连接，控制器17的输出端与压缩机1、电子三通换向比例阀2、冷凝器3、冷凝风机4、供液电磁阀8、电加热器9、蒸发器10、循环风机11和加湿器14的输入端电性连接。

一种动态热平衡恒温恒湿控制装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，根据设定温度tsv与当前温度tpv的差值pid计算制冷机组热气旁通阀输出量；

步骤二，根据设定相对湿度hsv与当前相对湿度hpv的差值判定，控制器赋值输出加热量及pid调节加湿量；

步骤三，控制加热：

1)加载：

①当加湿器14输出持续≤a％a值可设定，且当前湿度hpv-设定湿度

hsv≥1％时，加热功率步进值+1％；

②等待电加热器9工作步长n秒后n值可设定，再回到加载第1步，系统软件重新判断；

③……直至加热功率100％输出；

2)减载：

①当加湿器14输出持续≥b％b值可设定，且设定湿度hsv-当前湿度

hpv≥1％时，加热功率步进值-1％；

②等待电加热器9工作步长n秒后n值可设定，再回到减载第1步重新判断；

③……直至加热功率0％输出；

步骤四，控制加湿：

1)设定温度tsv为10～40℃之间时工作；tsv＜10℃或tsv＞40℃时，加湿器失电；

2)设定湿度hsv-当前湿度hpv≥1％时，加湿器14得电，加湿器输出

pid调节。

其中，电子三通换向比例阀2也可替换为电子热气旁通阀或高温电子膨胀阀；冷凝器3为一种风冷冷凝器或水冷冷凝器；电加热器9为不锈钢翅片电加热器、远红外电加热器和碳纤维电加热管中的任一种；循环风机11为一种轴流风机或离心风机；加湿器14为超声波加湿器、蒸汽加湿器、增压式雾化加湿器和离心雾化加湿器中的任一种。

基于上述，本发明，利用热气旁通技术，系统通过调节流经蒸发器10的高温工质与低温工质的比例来实现温度的控制；使用电加热器9强制试验箱体18内温度缓慢升高，系统根据计算，控制热气流量迫使制冷系统增加制冷量，以平衡电加热输出的热量，在实现恒温的同时，试验箱体18内空气经循环风机11引导至蒸发器10，通过冷凝空气中的水分以实现降低湿度，为了维持一个稳定的相对湿度，系统需要持续补充一定的加湿量，以平衡不断降低的湿度，当试验箱体18内的相对湿度达到设定点时，电加热输出量和加湿输出量将处于一个恒定的输出状态。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。