CN102869456A - 在可调温度下传输介质的装置及调节和调整温度的相关方法 - Google Patents

Abstract

用于在可调温度下传输介质的装置，该装置包括泵（14）、软管（16）、加热元件（20）和用于调节加热元件的温度的电路，该软管（16）的一端连接至泵（14），另一端用于传输介质；该加热元件（20）沿软管的一部分以加热流过软管（16）的介质的方式设置，其中，在加热元件（20）与介质之间有热阻抗。提供电阻检测装置（40），电阻检测装置（40）连接至加热元件（20）上并且被设计为检测加热元件（20）的电阻；提供功率检测装置（38），功率检测装置（38）连接至加热元件（20）以检测馈送的电功率；以及提供调节装置（30），调节装置（30）设计为根据电阻检测装置（40)和功率检测装置（38）确定的数值以及通过考虑热阻抗来确定介质的温度，并且根据所确定的介质的温度调整加热元件（20）的温度。

Description

在可调温度下传输介质的装置及调节和调整温度的相关方法

技术领域

本发明涉及在可调温度下传输介质的装置，所述装置包括泵、软管、加热元件和调节电路，该软管的一端与泵相连，另一端用于传输介质；该加热元件沿软管的一部分设置以加热流过软管的介质，其中，在加热元件与介质之间设有热阻抗，调节电路用于调节、特别地控制加热元件的温度。本发明还涉及用于调节该装置中的介质的温度的方法以及用于调整该装置的方法。

背景技术

在许多技术领域中，需要将介质（尤其是液体介质）从存储容器中运送到远离存储容器的地点以便于在该地点进行利用。通常，在从存储容器向使用地点运送期间，介质必须被加热或至少保持在特定温度。为此，产生必需热量的电加热元件安装在运送介质的软管中。

因为在操作期间参数经常变化，所以介质温度的调节成为一个问题。例如，假设介质的运送被短期中断。如果加热元件仍然工作，那么不再流动的介质可能变得过热，因此可能被破坏。如果关闭加热元件，介质可能迅速冷却，并且一旦重新运送，在使用地点处介质的温度可能过低。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供本发明所描述的类型的装置，其中，可以通过简单低价的装置来调节介质的温度。

通过本发明所描述的装置来解决上述问题，其中，提供电阻检测装置，电阻检测装置连接至加热元件并被设计为检测加热元件的电阻；提供功率检测装置，功率检测装置连接至加热元件以检测提供的电功率；以及提供调节装置，调节装置设计为根据电阻检测装置和功率检测装置确定的数值以及考虑热阻抗来确定介质的温度并根据所确定的介质温度调整加热元件的温度。

根据本发明的方案是基于以下想法，当计算介质温度且因此调节温度时，还要考虑设备的热阻抗。可以说，热阻抗可以描述从加热元件到介质的温度损失。通过确定加热元件的温度和提供至加热元件的电功率，可以通过考虑热阻抗来确定介质温度。基于确定的介质温度值，可以调整或调节提供至加热元件的电功率，以实现介质的期望温度。

除了别的以外，本发明的优点在于：即便参数（例如介质的传输速度）发生变化，也可以通过很稳定的方式进行调节。例如，调节装置可以很快地确定介质是否因减慢的传输速度而被过度加热，以便通过响应减小提供至加热元件的电功率。

根据本发明的装置的另一优点在于：在调节过程中不需要温度传感器。这样减少了成本，并且例如还简化了软管的更换。

在优选的实施方式中，加热元件由温度系数明显不同于零的材料制成。

这种措施是有益的，尤其是在调整设备时，因为能够以较大的公差工作，而不会影响温度调节的准确度。经常用于加热元件的材料（例如康铜）具有过小的温度系数，这将是不利的。

在优选的实施方式中，提供调整值存储装置，在调整值存储装置中存储有调整值、尤其是参考温度下的加热元件的电阻值、温度系数和热阻抗值。

更优选地，通过半波调节电路或全波调节电路向加热元件提供电源电压，其中，通过调节装置来控制半波调节电路或全波调节电路。

该措施具有以下优点，在各种情况下，仅通过向加热元件提供半波供应交流电压，可以避免无线干扰和大的电流增加，其中，所必需的开关元件（例如TRIAC）可以在电压的零交叉点处打开或关闭。

在优选的实施方式中，提供温度检测装置，其被设计为检测一个端部区域中的介质温度。此外，优选地，提供调整装置，其设计为确定装置的预定的特定值，尤其是热阻抗值、温度系数和用于参考温度的加热元件的电阻值。

在装置的正常操作期间不使用温度检测装置，温度检测装置仅用于确定调整过程中的温度，调整过程通过调整装置执行。温度检测装置例如可以包括NTC元件。

通过调整装置，可以根据加热元件处的不同的温度测量值和电阻测量值来确定某些定制的值。然后，这些调整值被存储于调整值存储装置中。

本发明还提供了用于调节介质温度的方法，所述方法包括：

检测加热元件的电阻值，

确定与该电阻值对应的加热元件温度，

检测提供至加热元件的电功率，

根据加热元件温度、电功率和热阻抗值计算软管中的介质温度，以及

根据计算出的介质温度调整提供至加热元件的电功率。

根据本发明的方法的优点与根据本发明的装置所描述的优点相对应，因此没有更加详细地论述。应注意，在不使用温度测量装置的情况下，也可以实现该方法。为了得到加热元件的温度，仅检测加热元件的电阻值以及检测提供至加热元件的电功率就足够了。通过这两个被测变量和热阻抗值（例如可以在调整方法中确定），介质温度可以被计算为用于调节过程的实际变量。

在优选实施方式中，在没有向加热元件提供用于加热的电能的周期中，测量加热元件的电阻值。

该措施具有以下优点，可以进行精确的电阻测量。当然，还应当想到在加热阶段检测电阻值，或者例如在零交叉处检测提供至加热元件的电压。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，通过电阻比测量来确定加热元件的电阻值。

该措施的优点在于其是非常精确的。

当然，还有其他的用于确定加热元件的电阻值的可能性。

本发明还涉及一种用于调整根据本发明的装置的方法，所述方法包括：

通过软管泵送介质并且将介质抽回泵中，其中，在该过程中执行以下步骤：

-在第一预定时间段之后，检测关闭的加热元件的电阻值以及软管的一端处的介质温度，

-打开加热元件，

-在第二预定时间段之后，检测加热元件的电阻值和介质温度，

-关闭加热元件，

-在第三预定时间段之后，检测加热元件的电阻值和介质温度，以及

-根据所检测的电阻值和温度，确定参考温度下的加热元件的电阻值、温度系数和热阻抗。

换句话说，介质（例如水）首先通过软管泵送到回路中，其中加热元件具有介质的温度，这是因为加热元件未被提供电能。在第一预定时间段之后，检测加热元件的电阻值，并且通过温度传感器测量流通介质的温度。电阻值和温度值形成第一数值对。

然后优选地以全功率操作加热元件以使流动介质缓慢加热。在预定时间段例如7分钟之后，检测加热元件的电阻并确定介质温度。因为在加热元件与介质之间存在热阻抗，所以能够假设加热元件的温度大于介质温度。加热元件的电阻值和所测量的介质温度形成另一数值对。

最后，关闭加热元件，以使加热元件的温度与介质温度慢慢变得一致。在预定时间段例如1分钟之后，检测加热元件的电阻值并测量介质温度。该电阻值和温度形成又一数值对。

基于这三个数值对计算不同的变量，尤其是参考温度（例如25°C）下的加热元件的电阻值、温度系数和热阻抗。

例如，可以基于加热元件的温度和测量的介质温度之间的差值以及根据提供至加热元件的功率来确定热阻抗。

应当理解，上述特征以及下文中有待解释的特征不仅可以通过指定的组合来使用，还可以通过其他组合或单独使用，而不背离本发明的范围。

附图说明

下面参照说明书及附图对本发明的进一步的优点和实施方式进行描述。

图1示出了根据本发明的装置的示意图。

具体实施方式

该图示出了适用于将液体介质（例如油漆或清漆）施加到待处理的表面上的设备的示意图。该设备通常以参考标记10来表示。

设备10除了别的以外包括存储容器12，在存储容器12中存储有待处理的介质，例如油漆或清漆。

设备10还包括泵14，泵14的输入侧通过管接头或软管接头连接至存储容器12。泵14的输出侧连接至软管16，软管16的远离泵14的端部例如具有喷射阀。

应注意，为了理解本发明，在附图中仅示出了本设备所必需的部件。应理解，还可以提供其他部件来操作该设备。

为了加热从存储容器12中泵出的介质或为了保持所述介质的温度，软管16设有加热元件，在附图中示出为加热元件20。加热元件20在软管16的长度的大部分上延伸，以便能够在通过软管16的几乎全部通路中加热介质。例如，加热元件20可以是加热丝，通过施加电压，在加热丝的全部长度上产生热量。

加热元件20是控制和调节装置的一部分，控制和调节装置表示为22。

控制和调节装置22用于向加热元件20提供足够的热量，使得在软管16的端部运送的介质具有预定的温度。

控制和调节装置22连接至交流电压网，该交流电压网为加热元件20和其他部件提供必要的能量。开关元件24以可控的方式开启和关闭加热元件20，开关元件24与加热元件20串联。加热元件20优选地仅在半波中开启，并且在随后的半波中关闭，因此防止无线干扰和防止电流大量增加。开关元件24例如可以是TRIAC。

控制和调节装置22还具有调节电路30，调节电路30设计为调节开关元件24以实现可预定的介质温度。可例如通过调控元件32来调节介质的期望温度，调控元件32连接至调节电路30。此外，可以通过数字显示装置34向用户显示介质温度，数字显示装置34同样连接至调节电路30。

调节电路30本身具有调节器36，调节器36接收来自功率检测装置38和电阻检测装置40的数据。此外，调节器36可以具有存储器42，在存储器42中存储有调整值。

功率检测装置38被设计为检测提供至加热元件20的电功率。

电阻检测装置40连接至加热元件20并且用于检测加热元件20的电阻值（欧姆电阻）。对此还存在其他可能性，其中优选使用电阻比测量。

设备10还具有温度测量元件44，温度测量元件44设置在软管16的泵侧端以测量介质温度。温度测量元件44电连接至调节器36。温度测量元件44例如可以是NTC部件。

在这种情况下应注意，在控制和调节装置的校正阶段仅使用温度测量元件44。在设备10的正常运行期间，不需要温度测量元件44所提供的信息。

下文中将描述怎样调节介质温度。调节过程是基于对位于加热元件20与软管16的介质之间的热阻抗R_th的考虑。该热阻抗不必是常量，而是定制的变量，其可以通过调整方法来计算，这将在下面详细讨论。

在设备10的正常运行期间，通过加热元件20加热穿过软管16泵出的介质。为此，调节器36控制开关元件24。但是，因为热阻抗，能够设想流过软管16的介质在端部处将不会具有与加热元件20相同的温度。换句话说，能够设想，为了实现介质的特定温度，加热元件20必须具有高出特定差值的值。

为了确定加热元件20的温度，通过电阻检测装置40进行电阻测量，其中所测的电阻值可以用于计算温度。但是，为此需要加热元件20的电阻参考值（例如25°C的电阻参考值）和温度系数α。借助于以下公式：

R(T)=R(T_ref)·(l+α·ΔT)

可以确定温度，该温度与加热元件20的特定电阻值R（T）有关。由此，仅需要保存在存储器42中的电阻值R（T_ref）和温度系数。

如果加热元件20的温度是已知的，介质温度T_medium可以通过热阻抗R_th和提供至加热元件20的电功率来进行确定，电功率由功率检测装置38来确定。用于此的公式如下：

T_medium=T_h-R_th·L

其中，T_h是加热元件20的温度，L是提供至加热元件20的功率。

由于上述关系，可以通过调节器36和开关元件24控制功率，以达到和维持期望温度T_medium。

可以根据需要经常测量加热元件20的电阻，其中优选地是在开关元件24关闭时进行测量。

如上所述，调节器36需要多个定制的变量，即温度系数、处于参考温度下的加热元件20的电阻值以及热阻抗R_th。可以通过调整方法确定这三个变量。

对此，介质（例如水）通过软管16被泵出，在端部18处离开的介质提供至泵14的输入侧，因此形成回路。

在调整过程中，温度测量元件44被激活并且测量软管16起始端处的介质温度。

在第一阶段中，第一阶段例如持续约1分钟，介质被通过软管16泵出，其中加热元件20关闭。在第一阶段结束时，通过温度测量元件44测量介质温度，并且还可以测量加热元件20的电阻值。存储所获得的数值对R1、T1。

在随后的第二阶段，其中在示例性实施方式中第二阶段持续7分钟，以全功率操作加热元件20。在该阶段结束时，再次测量介质温度，如作为加热元件20的电阻值。再次存储相应的数值对R3、T3。此外，提供至加热元件20的电功率也可以被测量并且存储为值L。

在随后的第三阶段，其中第三阶段例如持续1分钟，加热元件20再次关闭。在该阶段结束时，确定加热元件20的电阻和介质温度。再次存储产生的数值对R2、T2。

基于数值对R1、T1和R2、T2确定电阻参考值R(T_ref），其中，假定在所有情况下介质都具有与加热元件20相同的温度。

因此，可以根据相同的假定来计算温度系数α，其中为此使用两个数值对R1、T1和R2、T2。可以基于以下公式计算温度系数α：

R2=R1·(l+α·(T2-T1))

通过数值对R3、T3和检测到的已经提供至加热元件20的电功率，热阻抗R_th可以根据如下等式计算：

R_th=(T_h3-T3):L

其中，T_h3是根据电阻值R3得到的加热元件的温度。温度T3是通过温度测量元件44测量的介质温度。

然后将所计算的热阻抗R_th与其他的计算值一起存储到存储器42中。因此，在存储器42中存有用于参考温度的电阻值、加热元件20的温度系数以及热阻抗。如上所述，调节过程需要这些变量。

综上所述，可以通过很简单的方式来调节介质温度，而不需要沿软管16布置的温度传感器。此外，根据本发明，调节过程所需要的所有变量可以通过调整方法来自动确定。当然，如果这些变量没有通过调整方法自动地存储在存储器42中，而是手动确定和存储，调节过程也能起作用。

Claims (11)

1.一种用于在可调温度下传输介质的装置，所述装置包括：

泵（14），

软管（16），所述软管（16）的一端连接至所述泵（14），所述软管（16）的另一端被设置为用于传输所述介质，

加热元件（20），所述加热元件（20）沿所述软管（16）设置，以加热流过所述软管（16）的所述介质，其中，在所述加热元件（20）与所述介质之间存在热阻抗，以及

用于调节所述加热元件的温度的电路，

其特征在于：

电阻检测装置（40），所述电阻检测装置（40）连接至所述加热元件（20）并被设计为检测所述加热元件（20）的电阻，

功率检测装置（38），所述功率检测装置（38）连接至所述加热元件（20）以检测所提供的电功率，

调节装置（30），所述调节装置（30）被设计为根据所述电阻检测装置（40）和所述功率检测装置（38）确定的值以及通过考虑所述热阻抗来确定所述介质的温度，并且根据所确定的介质的温度调整所述加热元件（20）的温度。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热元件（20）由温度系数明显不为零的材料制成。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，提供调整值存储装置，在所述调整值存储装置中存储有调整值，尤其是处于参考温度下的所述加热元件（20）的电阻值、温度系数和热阻抗值。

4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，通过半波调节电路或全波调节电路向所述加热元件（20）提供电源电压，其中，所述半波调节电路或所述全波调节电路通过所述调节装置（30）控制。

5.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，提供温度检测装置，所述温度检测装置被设计为检测所述软管的一端的区域中的所述介质的温度。

6.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，提供调整装置，所述调整装置被设计为确定所述装置的预定的特定值，尤其是热阻抗值、温度系数和参考温度下的所述加热元件（20）的电阻值。

7.一种用于调节如权利要求1-6中任一项所述的装置中的介质的温度的方法，所述方法包括：

检测所述加热元件（20）的电阻值，

确定所述加热元件的与所述电阻值对应的温度，

检测提供至所述加热元件（20）的电功率，

根据得到的所述加热元件的温度、电功率和热阻抗值计算所述软管（16）中的所述介质的温度，以及

根据计算出的所述介质的温度调整提供至所述加热元件（20）的电功率。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在没有向所述加热元件（20）提供用于加热的电功率的周期中，检测所述加热元件（20）的电阻值。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，通过电阻比测量确定所述加热元件（20）的电阻值。

10.一种用于调整权利要求1-6中任一项所述的装置的方法，所述方法包括：

通过所述软管（16）泵送所述介质并且将所述介质抽回所述泵（14）中，其中，在该过程中执行以下步骤：

-在第一预定时间段之后，检测关闭的加热元件（20）的电阻值（R1）以及所述软管（16）的一端处的所述介质的温度（T1），

-打开所述加热元件（20），

-在第二预定时间段之后，检测所述加热元件（20）的电阻值（R3）以及所述介质的温度（T3），

-关闭所述加热元件（20），

-在第三预定时间段之后，检测所述加热元件（20）的电阻值（R2）以及所述介质的温度（T2），以及

-根据所检测的电阻值和温度，确定参考温度（T_ref）下的所述加热元件（20）的电阻值(R(T_ref))、以及温度系数(α)和热阻抗(R_th)，所述参考温度例如为25°C。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述热阻抗(R_th)通过以下等式计算：

R_th=ΔT/L,

其中，ΔT是根据所述电阻（R3）确定的所述加热元件（20）的温度与所述介质(T3)的测量温度之间的差值，L是提供至所述加热元件（20）的电功率。

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