CN103402477A

CN103402477A - 恒温箱组件以及控制湿度速率的相关控制装置

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Publication number: CN103402477A
Application number: CN2011800690355A
Authority: CN
Inventors: S·巴拉德瓦杰; U·K·萨胡
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2031-12-29
Also published as: US20130289776A1; CN103402477B; US9772634B2; EP2661247A1; WO2012093326A1; RU2013136903A; RU2598047C2; EP2661247B1

Abstract

一种改进的恒温箱（4）和控制装置（16）包括独立的温度和湿度控制回路（36、38），其中，经由用户接口（40）向所述控制装置指定指定温度（44）和指定相对湿度（RH）值（46）。所述控制装置采用加湿器速率饱和控制器（74），其响应于湿度控制信号（72）和当前温度（52A）作用来调节向恒温箱内的空气增加的湿度，以避免瞬时湿度超过预定值，从而避免在恒温箱内产生冷凝。

Description

恒温箱组件以及控制湿度速率的相关控制装置

技术领域

本发明关于婴儿恒温箱装备，并且具体而言，关于婴儿恒温箱组件以及通过控制湿度速率来控制空气湿度的相关控制装置。

背景技术

诸如那些用于婴儿或其他患者的恒温箱在相关领域中通常是已知的。这样的恒温箱通常具有封闭的内部，患者被设置在其中，并且在其中维持受控的环境。更具体而言，恒温箱内的空气的至少温度和湿度通常由合适的控制系统控制。

应当注意，新生婴儿维持和调节其体温的能力对于存活和成长非常重要。早产或出生体重相对低的婴儿或者需要进行要求婴儿保持赤裸的医学过程的婴儿通常会努力维持合适的体温。这种努力消耗卡路里，并且在维持婴儿体温中消耗的卡路里不能够用于婴儿的体重增加。这样，除非在婴儿周围保持了合适的环境，这样的环境通常在温度和湿度方面受到控制，否则会阻碍婴儿的体重增加。

众所周知，能够采用伺服反馈控制机制形成对温度和湿度命令的瞬态和稳态响应。采用这种控制的婴儿恒温箱通常包括用于温度和相对湿度（RH）的传感器、控制架构部件以及用于关闭控制回路的空气加热器和加湿器。控制架构部件通常采用作为软件实现的算法，所述软件作为逻辑嵌入微控制器集成电路，所述微控制器集成电路响应于温度和湿度的指定值以及感测的温度和湿度，确定在何值时驱动加热器和加湿器。

还应当很好地理解，相对湿度（RH）是依赖于温度的值。例如，如果一定体积的空气的温度增加，而其水分含量不变，空气的相对湿度（RH）将减小。温度和相对湿度之间的相互依赖的关系通常使在婴儿恒温箱中采用的控制架构复杂化，并且因此，已知使用在学术文献中描述的复杂多变量控制器合成方法。这样的方法的实现通常已经被如下因素阻碍：（a）由于存在其瞬时动力学难以采集和表征的元件而导致的建模困难；（b）由于具有复杂结构的控制器的非直观表现和后续困难的操作过程而不愿意实现具有复杂结构的控制器；以及（c）在调谐这样的控制器的参数中的困难。

因此，在相关行业中的实际应用已经倾向于使用更简单的控制架构，诸如采用比例，积分和微分（PID）控制系统的那些控制架构。然而，对于彼此依赖的变量（诸如温度和相对湿度（RH））采用了独立PID控制回路的伺服控制系统的设计和实现通常还需要校正，所述校正采用本质上专用或根据经验确定的查找表。这样的系统获得有限的成功，并且通常需要具有比可能经验上所需的更高性能的加热器和加湿器，以便获得期望的表现。在试图实现附加逻辑以补偿打开的端口、门、壁等中遇到其它困难。由于加热器和加湿器通常为具有独立瞬时响应特征的独立部件，仍然遇到其它困难，鉴于温度和湿度的彼此依赖，所述独立瞬时响应特征能够彼此竞争，并且能够导致一个参数和/或其它参数的过冲。因此，将期望提供一种克服这些困难和其它需求的改进的恒温箱组件和控制装置。

发明内容

改进的恒温箱和控制装置包括独立的温度和湿度控制回路，其中，经由用户接口向控制装置指定指定温度值和指定相对湿度值。湿度控制回路在其控制操作中采用比湿（SH）。使用SH而不是RH消除湿度与温度的相互影响，并且因此简化二者的控制。控制装置采用加湿器速率饱和控制器，其响应于湿度控制信号和当前温度而作用来调节向恒温箱组件内的空气增加湿度，以避免瞬时湿度超过预定值，从而避免在恒温箱内的产生冷凝。

因此，本发明的一个方面是提供一种改进的恒温箱组件。

本发明的另一方面是提供一种用于恒温箱组件的改进的控制装置。

本发明的另一方面是提供一种改进的恒温箱组件以及提供改进的温度和湿度控制的控制装置。

本发明的另一方面是提供一种改进的恒温箱组件和控制装置，其中，由于在湿度控制回路中使用比湿，温度和湿度的控制彼此去耦。

本发明的另一方面是提供一种改进的恒温箱组件和控制装置，其中，能够调节恒温箱组件内部的瞬时湿度，以避免瞬时湿度超过预定值，其减少在内部形成冷凝的可能性。

由改进的控制装置提供本发明的这些和其他方面，所述改进的控制装置被构造成使得能够控制恒温箱组件内部的环境。控制装置的一般性质能够被陈述为包括在其上执行多个例程的处理器装置，所述多个例程包括使得能够设置指定温度值和指定相对湿度值的用户接口例程。控制装置的一般性质能够被陈述为还包括温度控制回路，所述温度控制回路包括温度传感器和温度控制器，所述温度传感器被构造成感测当前温度，所述温度控制器被构造成至少部分地基于指定温度值和当前温度来生成温度控制信号。控制装置的一般性质能够被陈述为另外包括湿度控制回路，所述湿度控制回路包括相对湿度传感器、比湿转换器和湿度控制器，所述相对湿度传感器被构造成感测当前相对湿度，所述比湿转换器被构造成至少部分地基于当前相对湿度来生成当前比湿，并且至少部分地基于指定相对湿度值来生成指定比湿值，所述湿度控制器被构造成至少部分地基于指定比湿值和当前比湿来生成湿度控制信号。

由改进的控制装置提供本发明的其它方面，所述改进的控制装置被构造成使得能够控制恒温箱组件内部的环境。控制装置的一般性质能够被陈述为包括在其上执行多个例程的处理器装置，所述多个例程包括使得能够设置指定温度值和指定湿度值的用户接口例程。控制装置的一般性质能够被陈述为另外包括温度控制回路，所述温度控制回路包括温度传感器和温度控制器，所述温度传感器被构造成感测当前温度，所述温度控制器被构造成至少部分地基于指定温度值和当前温度来生成温度控制信号。控制装置的一般性质能够被陈述为另外包括湿度控制回路，所述湿度控制回路包括湿度传感器、湿度控制器和加湿器速率饱和控制器，所述湿度传感器被构造成感测当前湿度，所述湿度控制器被构造成至少部分地基于当前湿度和指定湿度值来生成湿度控制信号，所述加湿器速率饱和控制器被构造成至少部分地基于当前温度和指定温度值中的至少一个和湿度控制信号来生成湿度速率控制信号。

由至少部分地基于指定温度值和指定相对湿度值来控制恒温箱组件的内部的环境的改进的方法提供本发明的其它方面，所述恒温箱组件为包括加热器和加湿器的类型。所述方法的一般性质能够被陈述为包括感测内部的当前温度、至少部分地基于指定温度值和当前温度来生成温度控制信号以及至少部分地基于温度控制信号来操作加热器。所述方法的一般性质能够被陈述为还包括感测内部的当前相对湿度、至少部分地基于当前相对湿度来生成当前比湿、至少部分地基于指定相对湿度值来生成指定比湿值、至少部分地基于指定比湿值和当前比湿来生成湿度控制信号以及至少部分地基于湿度控制信号来操作加湿器。

由至少部分地基于指定温度值和指定湿度值控制恒温箱组件内部的环境的改进的方法提供本发明的其它方面，所述恒温箱组件为包括加热器和加湿器的类型。所述方法的一般性质能够被陈述为包括感测内部的当前温度、至少部分地基于指定温度值和当前温度来生成温度控制信号以及至少部分地基于温度控制信号来操作加热器。所述方法的一般性质能够被陈述为还包括感测内部的当前湿度、至少部分地基于指定湿度值和当前湿度来生成湿度控制信号、至少部分地基于当前温度和指定温度值中的至少一个和湿度控制信号来生成湿度速率控制信号以及至少部分地基于湿度控制信号来操作加湿器。

附图说明

当结合附图阅读时，通过以下范例性实施例的详细描述能够得到对本发明的进一步理解，在附图中：

图1是根据本发明的范例性恒温箱组件的概图；

图2是图1的恒温箱组件的示意性描绘；

图3是图1的恒温箱组件的图解示意图；

图4是图1的恒温箱组件的控制装置的控制过程图；以及

图5是图4的控制装置的图解示意图。

在整个说明书中，相似的附图标记指代相似的部分。

具体实施方式

如在本文中所使用的，除非上下文明确指示的，单数形式的“一”、“一个”或“所述”包括复数引用。如在本文中所使用的，两个或更多部分或部件被“耦合”的表述将意味着，只要发生链接，这些部分直接地，或者间接地，即通过一个或多个中间部分或部件，接合或共同操作。如在本文中所使用的，“直接耦合”意味着两个元件直接地彼此接触。如在本文中所使用的，“固定耦合”或“固定的”意味着两个部件被耦合以便在保持相对彼此的恒定取向的情况下作为一个整体进行移动。

如在本文中所使用的，“单式（unitary）”一词意味着创建为单个工件或单元的部件。亦即，包括独立创建并且之后耦合在一起作为一个单元的工件的部件不是“单式”部件或主体。如在本文中所采用的，两个或更多部分或部件一个接一个“接合”的表述意味着多个部件直接地或通过一个或多个中间部分或部件向另一个施加力。如在本文中所采用的，术语“数个”意味着一或大于一的整数（即，多个）。

在本文中所使用的方位短语，诸如，例如并不限于，顶部、底部、左、右、上部、下部、前部、后部及其派生词，涉及附图所示的元件的定位，除非在文中明确地记载的，并不限制权利要求书。

图1示出了根据本发明的原理的改进的恒温箱组件4的范例性实施例。恒温箱组件4被描绘为包括设置在多个支腿8上的外壳6，每个支腿8被定位在可滚动的脚轮12上。应当理解，在图1中的范例性描绘意在说明恒温箱组件4的典型环境，并不意在以任何方式进行限制。

如从图2中能够理解的，恒温箱组件4能够被描述为包括控制装置16、风扇18、加热器20和加湿器24。形成外壳6，以包括内部26，并且由控制装置16控制内部26内的空气或其它气体或气体混合物的温度和湿度。图2还示意性地以附图标记28描绘了在流动指示符，其表示空气经过风扇6、加热器20和加湿器24，并且进入内部26，在这之后至少部分空气再循环经过风扇16、加热器20和加湿器24，并且进入内部26，诸如此类的流动。在这一点上，应当理解，通常只有内部26中的部分空气进行再循环，这应当理解为，接收在附图标记FR处指示的一定比例的新鲜空气进入恒温箱组件4，以便经过风扇18、加热器20和加湿器24进入内部26的流通。

如从图2中还能够看出的，控制装置16被描绘为直接控制加热器20和加湿器24，并且在这一点上，应当理解，风扇18通常被配置成以不能被主动操控的固定速度来操作。然而，在其它实施例中，能够潜在地控制风扇18的速度，而不偏离本概念。

从图2中还能够看出，控制装置16包括处理器装置32、温度控制回路36和湿度控制回路38。处理器装置32控制温度控制回路36和湿度控制回路38和/或与温度控制回路36和湿度控制回路38通信。在这一点上，应当理解，处理器装置32执行某些处理操作，根据实现方式，能够潜在地在温度控制回路36或湿度控制回路38或二者中直接执行所述处理操作，并且因此，应当理解，在本文中描绘的控制装置16的范例性实施例并非意在进行限制，而是意在涵盖其他实施例，其中，除了直接在处理器装置36上执行各种控制和处理操作，还可能以其它形式执行各种控制和处理操作。

如从图2中还能够理解的，控制装置16还包括用户接口40，在本文描绘的范例性实施例中，所述用户接口40为在处理器装置32上可执行的例程形式。通过范例的方式，用户接口40使诸如护士、技术人员等用户能够与处理器装置32并且由此与控制装置16通信，以使用户能够控制并以其它方式操作恒温箱组件4。例如，用户接口40将使用户能够设置指定温度值（T_设置）44和指定相对湿度值（RH_设置）46，并且潜在地使用户能够在设置其它参数并且输入适于操作恒温箱组件4的其它命令4。在这一点上，用户接口40可能包括电子显示器或与电子显示器协作，这将使得能够向用户提供视觉或其它输出，并且还可以包括输入设备，诸如显示器的键盘或触敏部件，这将使用户能够向用户接口40提供输入。

应当理解，以在控制装置16的处理器装置32上可执行的其它例程的形式在恒温箱组件4上提供其它部件。通过范例的方式，在图4和图5中描绘了前馈查找48，并且所述前馈查找48在图5中被显示为本质上在处理器装置32上执行的例程。其它例程在图5中被描绘为在处理器装置32上执行，并且在本文的其它位置被更详细地描述。然而，应当理解，在图5中被描绘为在处理器装置32上执行的各种例程和其它元件能够以其它形式实现，并且因此，能够由独立部件执行或由独立部件以其它方式提供，和/或能够根据本文描述的其它功能元件以分布形式提供，而不偏离本概念。

图3示意性地描绘了恒温箱组件4中空气的流动以及对恒温箱组件4的控制。空气流经风扇18到达加热器20，并且按照该顺序此后到达加湿器24和内部26。之后，部分空气再循环返回风扇18，并且由在附图标记FR处指示的新鲜空气摄入来补充。因此，如在附图标记EX处指示的，内部26中的某部分空气被排到恒温箱组件4的外部。因此，能够理解，再循环比率将等于（1-FR），并且FR约等于EX。

在图3中对控制装置16的示意性描绘演示在恒温箱组件4的内部26感测的温度（T）和相对湿度（RH），并且采用所述温度和相对湿度驱动对加热器20和加湿器24的致动器进行输入。如在本文其它地方提到的，对加湿器24的致动器的输入能够有优势地基于比湿（SH），而不是相对湿度（RH），由于可以理解比湿（SH）不依赖于温度，这有效地将对湿度的控制与对温度的控制去耦。

如果已知内部26中的空气的相对湿度、水蒸气的密度和潮湿空气的密度，内部26中的比湿能够被表示为：

SH=0.622·RH·ρws/(ρ-ρws)·100%

其中，

SH=空气蒸气混合物的比湿（kg/kg）

RH=相对湿度（%）

ρ=潮湿空气的密度（kg/m3）

ρws=水蒸气的密度（kg/m3）

可以计算潮湿空气的密度ρ作为理想气体的混合物。水蒸气的分压已知为蒸气压力。潮湿空气的密度ρ通过：

ρ=Pd/(Rd·T)+Pv/(Rv·T)得出

其中：

Pd=干燥空气的分压（Pa）

Rd=干燥空气的比气体常数，287.058J(kg·K)

T=温度（K）

Pv=水蒸气的压力（Pa）

Rv=水蒸气的比气体常数，461.495J(kg·K)

已知：

Pd=P-Pv

其中：

P为在系统中简单观察的绝对压力。

可以根据饱和蒸气压力和相对湿度计算水的蒸气压力。通过

Pv=RH·P_饱和得出

其中：

Pv=水的蒸气压力

RH=相对湿度

P_饱和=饱和蒸气压力

水蒸气的密度能够被表示为：

ρws=0.0022Pw/T

其中：

ρws=水蒸气密度（kg/m3）

Pw=水蒸气分压（Pa，N/m2）

T=绝对干球温度（K）

因此，能够看出，RH和SH之间的转换能够使用包括本文明确列举的典型的电子部件来完成。

在图4中概括地描绘了说明控制装置16的操作的过程图。能够看出，在图4中以虚线描绘内部26，以指示其与控制装置16的关系，尽管应当理解，内部26实际上不意在被描绘为控制装置16的部件。

如从图4中能够理解的，温度控制回路36包括温度传感器52和温度控制器54，在本文描绘的范例性实施例中，所述温度控制器54为PID控制器，并且因此，在本文中，温度控制器54也能够被称为温度PID54。温度传感器52被构造成描绘内部26中的当前温度（T），并且作为响应地传送当前温度信号52A，以供控制装置16的其它部件使用。在这一点上，应当理解，通常检测或确定的各种测量和值将被作为信号在控制装置16内传送，但也应当理解，无论使用或不使用“信号”这种表达，在本文中对测量或值的参考不意在进行限制，并且明确注意，在本文中采用“信号”这种表达仅仅出于方便、简洁和说明的目的，并且这种使用或不使用不意在以任何方式进行限制。

在本文描述的范例性实施例中，温度传感器52为负温度系数（NTC）热敏电阻，这意味着其电阻随温度增加而减小。特别地，向温度传感器52施加电压，并且通过该传感器测量所述电压。这种电压能够通过电流源或电压源生成。通常，测量的电压将随温度变化而进行非线性地变化。能够采用其它温度传感器，而不偏离本概念。

如从图4中还能够理解的，温度控制器54至少部分地基于指定温度值44和当前温度信号52A来生成温度控制信号54A。加热器20的致动器能够被指明在控制流入内部26的空气的温度中至少部分地作用于温度信号54A。

温度控制回路36还能够被指明包括前馈温度查找部件56，其是前馈查找48的部件。应当重申，在本文描绘的范例性实施例中，前馈查找48是在处理器装置32上执行的例程。这样，前馈查找部件56以范例方式采用算法或查找表来生成作为前馈操作加热值信号56A向控制装置16的其它部分传送的前馈操作加热值。前馈操作加热值能够被表征为驱动加热器20需要的标称功率，以便考虑到指定相对湿度值46，将内部26中的空气加热到指定温度值44。

温度控制回路36由温度控制信号54A和前馈操作加热值信号56A生成受控的加热器操作信号58。加热器20的致动器能够被指明在控制流入内部26的空气的温度中至少部分地作用于受控的加热器操作信号58。

温度控制回路36的描绘的范例性实施例能够被指明还包括加热器功率限制60，在本文描绘的加热器20的范例性实施例中，所述加热器功率限制60在本质上为加热器20的正温度系数加热元件，其随着温度增加其电阻，并且因此，至少在某种程度上是自限性的。仅出于简洁的目的，加热器功率限制60在图4中被描绘成与加热器20分开，并且不意在进行限制。而在范例性描述的实施例中应当理解为加热器20的一部分。在某些实施例中，温度控制回路36还能够被指明包括加热器20，尽管不必要是这种情况。

如从图4中还能够理解的，湿度控制回路38能够被指明包括相对湿度传感器62、比湿转换器/查找64和湿度控制器68，在本文描绘的范例性实施例中，所述湿度控制器68为PID控制器的形式。这样，在本文中，湿度控制器68也能够被称为湿度PID68。

在本文描述的范例性实施例中，相对湿度传感器62是具有在芯片上集成信号调节的激光微调热固性聚合物电容感测元件。所述相对湿度传感器62生成随湿度的变化几乎线性的输出电压。应当注意，能够采用其它类型的湿度传感器，而不偏离本概念。例如，任何类型的湿度计仪器能够用于测量内部26中的相对湿度。已知湿度计的简单形式为干湿计，并且包括两个温度计，其中一个包括干球，并且另一个包括湿球。然而，诸如包括上述具有芯片上集成信号调节的激光微调电容感测元件的电子设备使用冷凝的温度、电阻的变化和/或电容的变化来测量湿度变化。

相对湿度传感器62检测内部26中的当前相对湿度，并且将相应的当前相对湿度信号62A传送到比湿转换器/查找64。如从图5中能够理解的，比湿转换器/查找64作为在处理器装置32上可执行的例程来实现，并且采用算法和/或查找表，来将当前相对湿度（RH）信号62A和当前温度信号52A转换为当前比湿（SH）信号64A。应当注意，图4作为两个独立部件描绘了比湿转换器/查找64。亦即，除了上述列举的比湿转换器/查找64的操作，应当注意，比湿转换器/查找64在图4中被独立描绘成另外接收指定相对湿度值46，并且同样地将其结合指定温度值44转换为作为指定比湿（SH）值信号64B而被传送的指定比湿（SH）值。尽管比湿转换器64在图4中被描绘成两个独立部件，即，其中一个将当前相对湿度转换为当前比湿，并且另一个将指定相对湿度转换为指定比湿，应当理解，这两个功能能够通过在处理器装置32上执行的单一例程来提供，而不偏离本概念。

如从图4中还能够理解的，湿度控制器68生成湿度控制信号68A，其至少部分地基于当前比湿信号64A和指定比湿值64B。因此，在图4概括地描绘的范例性实现方式中，湿度控制信号68A本质上为比湿（SH）控制信号。

湿度控制回路38还能够被指明包括前馈查找48的前馈湿度查找部件70。前馈湿度查找部件70采用算法和/或查找表，以根据指定温度值44和指定相对湿度值46生成前馈操作加湿值70A。如通常能够理解的，前馈操作加湿值70A作为信号而被传送，并且代表需要用于加湿器24的标称功率或占空比的比例，以便当空气处于指定温度值44时，将内部26中的空气保持在指定相对湿度值46。

湿度控制回路38能够被指明生成受控的加湿器操作信号72，其至少部分地基于湿度控制信号68A和前馈操作加湿值70A。能够将受控的加湿器操作信号72直接提供给加湿器24的致动器，尽管在图4中描绘的实施例中，受控的加湿器操作信号72反而被传送到中间控制器，所述中间控制器根据当前温度或潜在地根据指定温度值调节向内部26的空气增加的湿度量。

更具体地，湿度控制回路38还能够被指明包括加湿器速率饱和控制器74，其调节向空气瞬时增加的湿度，以避免在内部26中形成冷凝。亦即，加热器26通常具有比加湿器24更大的瞬时滞后时间。如果向内部26中的空气增加湿度，而不考虑内部26中的温度，存在在内部26中形成冷凝的可能性。例如，如果内部26中的相对湿度达到100%，则已经达到内部26内的大气的露点，并且水蒸气将开始在内部26中冷凝，这是不期望的。因此，加湿器速率饱和控制器74生成湿度速率控制信号74A，其至少部分地基于当前温度信号52A和受控的加湿器操作信号72，尽管应当理解，在其它实现方式中，可能潜在地采用指定温度值44代替当前温度信号52A，而不偏离本概念。

因此，能够看出，通过配置湿度控制回路38基于比湿（SH）而不是基于相对湿度（RH）来操作，控制内部26中的空气湿度的操作能够有效地从控制内部26中的空气温度的操作中去耦。亦即，由于SH不依赖于温度，内部26中SH的增加或减少本身不影响内部26中的空气温度。然而，重申相对湿度（RH）为指定湿度值，正如指定相对湿度值46一样，并且RH同样是由相对湿度传感器62检测的测量参数。然而，通过采用比湿转换器/查找64将指定相对湿度值和当前相对湿度值转换为相应的指定比湿值和当前比湿值，能够在内部26中独立地控制温度和湿度，而不彼此影响。

在图4中概括描绘的实施例中，有优势地提供了加湿器速率饱和控制器74，以便克服在加热器20的操作滞后中可能的缺陷。由于在已经由加热器20充分地增加空气的温度之前，加湿器24具有向内部26中的空气增加湿度的可能性，加湿器速率饱和控制器74有优势地依赖于温度信号，以生成湿度速率控制信号74A，在图4概括描绘的范例性实施例中，所述温度信号为当前温度信号52A，所述湿度速率控制信号74A限制加湿器24的操作，以避免内部26中的相对湿度超过预定值。通过范例的方式，这种预定值潜在地可能在约90%-95%相对湿度的范围内，尽管能够采用其它值，而不偏离本概念。

更具体地，重申受控的加湿器操作信号72本质上为比湿（SH）信号，而如果相对湿度（RH）增加到在内部26中达到露点的程度，冷凝能够在内部26中开始形成。由于恒温箱组件4运行，以基于SH控制湿度，每当内部26中的SH增加时，有优势地考虑在RH上的瞬时效应。这样，提供加湿器速率饱和控制器74，以便调节湿度的增加，以避免达到露点。

因此，加湿器速率饱和控制器74采用当前温度信号52A和受控加湿器操作信号72，如上所述，受控的加湿器操作信号72为SH信号，并且使用以上列举的公式和方法，将这两个信号转换为相应的相对湿度值。如果内部26中的温度使得相应的RH将超过诸如如上所述90%-95%相对湿度的预定值，加湿器速率饱和控制器74限制向内部26增加湿度。亦即，加湿器速率饱和控制器74采用RH的预定最高值，诸如95%RH，并且从RH和当前温度计算经调整的SH，所述经调整的SH小于由受控的加湿器操作信号72表示的SH。之后，将经调整的SH提供给加湿器24的致动器，作为湿度速率控制信号74A。从而向内部26增加湿度，而不形成冷凝。

随着内部26中的温度和湿度变化，加湿器速率饱和控制器74继续从受控的加湿器操作信号72和当前温度计算内部26中的指定RH为何值。这么做，加湿器速率饱和控制器74继续运行，以在受控的加湿器操作信号72上施加限制，直到内部26中的温度和湿度达到其稳态期望值。因此，加湿器速率饱和控制器74通过限制受控的加湿器操作信号72并由此避免达到露点，有优势地避免在内部26中形成冷凝。

在图5中概括地提出控制装置16的示意性描绘。处理器装置32能够被理解成包括微处理器76和与其连接的存储器78。微处理器76能够是多种处理器中的任何一种，诸如微处理器或其它类型的微控制器，而不受到限制。存储器78能够是任何类型的存储器，其能够与微控制器76通信并且因此在本质上能够是RAM、ROM、FLASH等的任何一个或多个，而不受到限制，并且能够是易失性或非易失性的，而不受到限制。最典型地，在微控制器76上执行的例程以一种形式或另一种形式完整地或部分地在存储器78上进行存储。如从图5还能够理解的，除了在本文其它地方列举的那些以外，通过范例的方式，在微控制器76上执行的例程还包括比湿转换器/查找64、温度控制器54和加湿器速率饱和控制器74。这样，尽管如由嵌入微控制器76的软件提供的，在本文描绘了某些功能，应当注意，能够由其它设备或以其它形式提供这样的功能，而不受到限制。

图5还指示了在处理器装置32和诸如温度传感器52、相对湿度传感器62以及加热器20和加湿器24的致动器的其它部件之间的一组模拟/数字转换电子设备80接口。模拟/数字转换电子设备80很有可能包括一个或多个模拟数字转换器（ADC）和数字模拟转换器（DAC）以及其它部件。在这一点上，应当理解，由其提供功能的这些特定部件能够潜在地被包含到微控制器76中，而不偏离本概念。

从图5中还能理解，本文描绘的恒温箱组件4的范例性实施例还能够包括某些处理或操作，以使得能够与诸如温度传感器52和相对湿度传感器62的传感器以及加热器和加湿器24的致动器直接接口。例如，图5描绘了温度传感器信号调节特征84，其执行对于从温度传感器52接收的信号必要的操作。类似地，相对湿度传感器信号调节特征86应用于从相对湿度传感器62接收的信号。例如，这种信号调节能够包括增益增加、增益规划和其它的众所周知的信号调节操作。在这一点上，根据实现方式，温度和相对湿度传感器信号调节特征84和86潜在地能够分别并入温度和相对湿度传感器52和62中，或者除此以外能够并入恒温箱组件4中。

图5还描绘了用于加热器20的脉冲宽度调制（PWM）功率调制特征90和用于加湿器24的脉冲宽度调制（PWM）功率调制特征94。如在相关领域理解的，加热器20和加湿器24通常以开启和关闭操作模式操作，这意味着其本身不直接利用比例控制。然而，脉冲宽度调制使得能够根据指定脉冲宽度实现快速的开/关操作，即，其中，“宽度”要素涉及在开启状态或关闭状态中的时间，从而能够控制加热器20和加湿器24的总体输出和占空比。此外，PWM功率调制特征90和94潜在地能够直接应用于加热器20和/或加湿器24，或潜在地能够以其它方式应用，而不偏离本概念。

在权利要求书中，圆括号之间的任何参考标记不应被解释为限制权利要求书。“包含”或“包括”一词并不排除权利要求中所列元件或步骤之外还存在其它元件或步骤。在列举了多个模块的装置权利要求中，这些模块中的多个可以具体实现为一个以及相同的硬件项。元件前面的“一”或“一个”一词并不排除存在多个这样的元件。在列举了多个模块的装置权利要求中，这些模块中的多个可以具体实现为一个以及相同的硬件项。有些元件记载在相互不同的从属权利要求中，这一事实并不表示不能使用这些元件的组合。

尽管基于目前被认为最具实用性以及最优实施例，出于说明目的，已经详细地描述了本发明，应当理解，这种详述主要用于说明目的，并且本发明不限于公开的实施例，而是相反地，旨在所附权利要求书的精神和范围内涵盖修改和相同的布置。例如，应当理解，本发明考虑尽可能地可以将任意实施例的一个或多个特征与任意其他实施例的一个或多个特征进行组合。

Claims

1.一种被构造成使得能够控制恒温箱组件的内部中的环境的控制装置，所述控制装置包括：

处理器装置，在其上执行多个例程，所述多个例程包括使得能够设置指定温度值和指定湿度值的用户接口例程；

温度控制回路，其包括温度传感器和温度控制器，所述温度传感器被构造成感测当前温度，所述温度控制器被构造成至少部分地基于所述指定温度值和所述当前温度来生成温度控制信号；以及

湿度控制回路，其包括湿度传感器、湿度控制器和加湿器速率饱和控制器，所述湿度传感器被构造成感测当前湿度，所述湿度控制器被构造成至少部分地基于所述当前湿度和所述指定湿度值来生成湿度控制信号，所述加湿器速率饱和控制器被构造成至少部分地基于所述当前温度和所述指定温度值中的至少一个和所述湿度控制信号来生成湿度速率控制信号。

2.如权利要求1所述的控制装置，其中，所述温度控制回路还包括生成前馈操作加热值的前馈温度查找部件，所述前馈操作加热值至少部分地基于所述指定温度值和所述指定湿度值中的至少一个，并且被构造成由加热器使用，并且其中，所述湿度控制回路还包括生成前馈操作加湿值的前馈湿度查找部件，所述前馈操作加湿值至少部分地基于所述指定温度值和所述指定湿度值中的至少一个。

3.如权利要求1所述的控制装置，其中，所述用户接口例程使得能够将指定相对湿度值设置作为所述指定湿度值，其中，所述湿度传感器是被构造成感测当前相对湿度的相对湿度传感器，并且其中，所述湿度控制回路还包括比湿转换器，所述比湿转换器被构造成至少部分地基于所述当前相对湿度来生成当前比湿，并且至少部分地基于所述指定相对湿度值来生成指定比湿值，所述湿度控制器被构造成至少部分地基于所述当前比湿和所述指定比湿值来生成所述湿度控制信号。

4.如权利要求3所述的控制装置，其中，所述比湿转换器被构造成还至少部分地基于所述当前温度来生成所述当前比湿，并且还至少部分地基于所述指定温度值来生成所述指定比湿值。

5.如权利要求3所述的控制装置，其中，所述湿度速率控制信号被构造成由加湿器在阻止所述内部中的瞬时相对湿度超过预定值中使用。

6.一种至少部分地基于指定温度值和指定湿度值来控制恒温箱组件的内部中的环境的方法，所述恒温箱组件包括加热器和加湿器，所述方法包括：

感测所述内部中的当前温度；

至少部分地基于所述指定温度值和所述当前温度来生成温度控制信号；

至少部分地基于所述温度控制信号来操作所述加热器；

感测所述内部中的当前湿度；

至少部分地基于所述指定湿度值和所述当前湿度来生成湿度控制信号；

至少部分地基于所述当前温度和所述指定温度值中的至少一个和所述湿度控制信号来生成湿度速率控制信号；以及

至少部分地基于所述湿度控制信号来操作所述加湿器。

7.如权利要求6所述的方法，还包括：

生成前馈操作加热值，所述前馈操作加热值至少部分地基于所述指定温度值和所述指定湿度值中的至少一个；

至少部分地基于所述前馈操作加热值来操作所述加热器；

生成前馈操作加湿值，所述前馈操作加湿值至少部分地基于所述指定温度值和所述指定湿度值中的至少一个；以及

至少部分地基于所述前馈操作加湿值来操作所述加湿器。

8.如权利要求6所述的方法，其中，所述相对湿度值为指定相对湿度值，所述方法还包括：

感测所述当前相对湿度作为当前湿度；

至少部分地基于所述当前相对湿度来生成当前比湿；

至少部分地基于所述指定相对湿度值来生成指定比湿值；以及

至少部分地基于所述当前比湿和所述指定比湿值来生成所述湿度控制信号。

9.如权利要求8所述的方法，还包括：

还至少部分地基于所述当前温度来生成所述当前比湿；以及

还至少部分地基于所述指定温度值来生成所述指定比湿值。

10.如权利要求8所述的方法，还包括由所述加湿器使用所述湿度速率控制信号，以阻止所述内部中的瞬时相对湿度超过预定值。