正島電器

目前實驗室內(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，如果某一個實驗同時需要進行低溫和高溫處理，當溫度范圍超出現(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，但實現(xiàn)整個溫度范圍需要中途更換工作液時，任何一臺裝置都不能單獨完成試驗。因此就有可能增加試驗的難度，中斷試驗甚至造成試驗失敗、無法重復(fù)等。

試驗專用寬溫度范圍動態(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)研究和分析測試在寬溫度范圍內(nèi)實現(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、國防軍工和航空航天等領(lǐng)域。產(chǎn)品的創(chuàng)新點是線性、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)在同一裝置上實現(xiàn)-80～280℃范圍的動態(tài)恒溫循環(huán)系統(tǒng)。

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

本產(chǎn)品所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種改進的恒溫循環(huán)裝置，它不僅具有很寬的溫度范圍，在整個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，使其在一個極寬的溫度范圍內(nèi)進行連續(xù)快速的高精度溫度編程模擬試驗成為可能。

結(jié)構(gòu)特點

寬溫度范圍動態(tài)恒溫循環(huán)系統(tǒng)，包括了換熱容器、循環(huán)泵、儲液箱、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。

控制器通過線路分別與各傳感器、各閥門、循環(huán)泵及加熱器進行電連接，該產(chǎn)品還包括一個制冷系統(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、出口管及進口管構(gòu)成介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)并與大氣隔離，儲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、運動黏度和閃點等限制，目前也很難有一種介質(zhì)能夠在常壓下同時滿足在最低溫度和最高溫度范圍使用。此外，低溫時傳熱介質(zhì)容易吸收空氣中的水份而使介質(zhì)凝點提高或渾濁，當溫度超過100℃時吸收的水汽又會重新?lián)]發(fā)，高溫下介質(zhì)揮發(fā)、冒煙和氧化等問題可能造成試驗環(huán)境惡劣和傳熱介質(zhì)在短時間內(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)達到最佳的換熱效果，升溫和降溫速率符合用戶對熱容量的需求。

為了確保整個循環(huán)系統(tǒng)密閉，循環(huán)泵的結(jié)構(gòu)和密封是解決問題的關(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題，循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部的壓力一般不會超過0.1MPa，采用機械密封的循環(huán)泵即可符合要求，但仍然要求機械密封能夠長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，本產(chǎn)品采用的是釤鈷磁高效率磁力驅(qū)動循環(huán)泵，其密封的性能可以承受大于1MPa的工作壓力，其獨特的磁耦合結(jié)構(gòu)降低了電機運轉(zhuǎn)對制冷量的消耗，其最高使用溫度可以達到350℃以上。循環(huán)泵的流量和揚程的選擇在確保用戶要求的同時，應(yīng)考慮所采用介質(zhì)的運動黏度和換熱容器本身換熱攪拌的需要

由于循環(huán)系統(tǒng)為密閉結(jié)構(gòu)，密閉換熱容器通過電磁閥14連接到與大氣連通的儲液箱內(nèi)。當循環(huán)裝置與用戶系統(tǒng)連通并開始工作時，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)補充介質(zhì)，開啟或關(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，作為高低溫變化時的脹縮空間。如果儲液箱的液位下降或超過到一定限度，控制系統(tǒng)的液位檢測功能能夠提示液位異常的信號。

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)動電路等，設(shè)有符合人機對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，控制加熱器16功率和膨脹機構(gòu)13的開度，必要時還可以控制循環(huán)泵的流量、冷凝器風扇風量或壓縮機功率等。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實現(xiàn)降溫、升溫和恒溫。控制器根據(jù)溫度傳感器測量到的溫度值和用戶設(shè)定的目標溫度或按一定規(guī)律變化的程序控制溫度數(shù)據(jù)來調(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。

工作過程

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

啟動循環(huán)裝置，控制器首先檢測到循環(huán)泵的壓力不足，即需要向循環(huán)管添加介質(zhì)。電磁閥14自動打開，并向管路中充液，這時請注意觀察控制器指示的儲液箱中的液位狀況，必要時及時補充。充液正常后，控制器指示循環(huán)管路壓力正常，電磁閥自動關(guān)閉。

這時控制器將根據(jù)設(shè)定溫度和實際溫度的差異大小，控制加熱器和膨脹閥的工作。當溫度誤差較大時，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；當實際溫度接近設(shè)定溫度時，控制器逐漸減小加熱器的功率或膨脹閥的開度，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)熱負荷發(fā)生變化等引起實際溫度和設(shè)定溫度不一致時，控制系統(tǒng)將重復(fù)以上過程使溫度以最大速率或程序控制的速率達到新的穩(wěn)定狀態(tài)。

特點及應(yīng)用

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

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

如果出現(xiàn)外部擾動如電源電壓改變，設(shè)定溫度改變和用戶系統(tǒng)熱負荷變化等，控制系統(tǒng)可以在5～10Min左右的時間內(nèi)將溫度控制到設(shè)定的溫度范圍（±0.05℃）。如果動態(tài)控制的溫度范圍很寬，速度很快，接近穩(wěn)態(tài)溫度時最大的溫度過沖沒有超出0.5℃，對某些應(yīng)用而言可以忽略，在這種情況下，溫度穩(wěn)定幾乎是瞬時的。
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而正弦編程的主要應(yīng)用包括國防軍工、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”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。

如果按平均速率計算，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模擬溫度的變化，本項目提供的裝置對航空航天材料的研究和測試具有重要意義。

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，需要連續(xù)模擬一年四季的溫度變化，為了縮短試驗周期，希望用幾分鐘的時間模擬一天的溫度變化，因此要求試驗設(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)，在一個試驗周期內(nèi)不允許中斷。同樣氣溫的變化也需要按照正弦規(guī)律來進行模擬。