CN103977850A - 高精度海水变温恒温槽系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度海水变温恒温槽系统，包括主槽、控温辅槽、冷水槽和控制柜，主槽分别与控温辅槽和冷水槽管路连接。主槽快速变温装置包括快加热加热器和冷却盘管，主槽控温装置包括控温加热器和控温盘管，控温辅槽的控温装置包括辅槽控温加热器。控制柜的摁键开关连接控温辅槽和冷水槽与主槽连接管路的电磁阀开关。主槽内设置导流罩，导流罩底部设置均流板，主槽底部设置磁耦合搅拌器。本发明采用主槽、控温辅槽、冷水槽和控制柜分体式组合结构以增大主槽体，采用磁耦合搅拌器便于大型槽体内海水搅拌混和避免密封不严引起渗漏，主槽控温仪设置PID控制装置，实现以-2℃～40℃多个温度点、波动性优于0.001℃的高精度恒温槽海水温度传感器的检定、校准和检测工作。

Description

高精度海水变温恒温槽系统

技术领域

本发明涉及海水温度传感器的检测装置，特别涉及检测海水温度传感器的恒温槽装置。

背景技术

恒温槽是检测海水温度传感器的必要装置，将海水温度传感器放入能控制温度的恒温槽中，可以检定、校准和检测海水温度传感器的技术性能和测量准确度。

现有的恒温槽采用一体式结构，控制单元、槽体、加热器及压缩机等都集成在一起，这样就限制了槽体的大小及控温精度。而且，恒温槽基本都是直接靠电机带动轴及叶片旋转形成搅拌，恒温槽里介质较多时容易发生轴密封不严渗漏的情况。在控温方式上均采用“过零触发”，即当实际温度低于设定温度时，加热器全功率输出，反之，就零功率输入，这会导致控制状态存在微小的震荡，限制了控温精度。

目前海洋调查用到的温度传感器准确度越来越高，为了能有效的检定、校准和检测这些高精度海水温度传感器，就需要更高精度的海水恒温槽。以往海水温度传感器准确度一般在±0.02℃，校准这些传感器用恒温槽的波动性0.005℃即可，而现在多数都是±0.003℃，甚至有的±0.001℃，这就要求恒温槽的波动性要优于0.001℃。

因此，现有的恒温槽系统不能适应海水温度传感器准确度越来越高的要求。

发明内容

针对现有的恒温槽系统不能适应海水温度传感器准确度越来越高的要求，本发明推出一种高精度海水变温恒温槽系统，采用主槽、控温辅槽、冷水槽和控制柜组合的分体式结构以增大主槽体，采用磁耦合搅拌器便于大型槽体内海水搅拌混和避免密封不严引起渗漏，主槽控温仪设置PID控制装置，抑制控温加热器震荡，提高了控制精度，以实现以-2℃～40℃多个温度点、波动性优于0.001℃的恒温槽进行高精度海水温度传感器的检定、校准和检测工作。

本发明设计的高精度海水变温恒温槽系统，包括主槽、控温辅槽、冷水槽和控制柜，主槽分别与控温辅槽和冷水槽管路连接。主槽设置快速变温装置和控温装置，主槽快速变温装置包括快加热加热器和冷却盘管，主槽控温装置包括控温加热器和控温盘管；控温辅槽设置控温装置，控温辅槽的控温装置包括辅槽控温加热器。控制柜的控温仪连接主槽和控温辅槽的控温装置，控制柜的摁键开关连接控温辅槽和冷水槽与主槽连接管路的电磁阀开关。主槽内设置导流罩，导流罩底部设置均流板，主槽底部设置磁耦合搅拌器。

主槽呈圆筒状结构，不锈钢外壳内是保温层，保温层内是圆筒状槽体，槽体为钛合金材质。槽体内设置导流罩，导流罩主体为圆筒形结构，底部为倒锥形结构，底部固定在主槽槽体底壳上，导流罩圆筒形结构与倒锥形结构分界处设置均流板，均流板上布满圆孔。工作时主槽槽体内填充海水介质，海水介质可以从圆孔均匀通过，导流罩内放置待测传感器。

导流罩内的圆筒区域为工作区，导流罩与主槽槽体之间形成的圆环状区域为回流区，均流板以下的主槽与导流罩底部为混合区。

回流区内设置快加热加热器和冷却盘管。

快加热加热器为电加热器，外部是钛合金，内部是加热丝。主槽回流区内均匀分布3个快加热加热器。

冷却盘管为钛合金盘管，环绕在主槽内壁回流区内，冷却盘管与冷水槽连通。

混合区内设置热敏电阻、控温加热器、控温盘管。

主槽底部设置磁耦合搅拌器，磁耦合搅拌器包括搅拌叶片、上磁缸、下磁缸和搅拌电机。搅拌叶片设置在导流罩底部的倒锥形区域内，搅拌叶片中心轴固定连接上磁缸，上磁缸与下磁缸相对设置在主槽槽体底壳内外两侧，上磁缸与下磁缸相对位置设置耦合磁极的磁铁，搅拌电机转动轴固定连接下磁缸，搅拌电机通过下磁缸，带动上磁缸转动，进而带动导流罩底部的搅拌叶片转动。

控温加热器为电加热器，外部是钛合金，内部是加热丝，安装在主槽混合区内，可为主槽控温提供热量。

控温盘管为钛合金盘管，环绕设置在主槽内壁混合区内，与控温辅槽连通，可为主槽控温提供冷量。

控温辅槽为一个小型的恒温槽，工作介质为乙二醇水或者防冻液，工作时随主槽同步升降温，并低于主槽2℃～3℃，工作介质在控温盘管和控温辅槽槽体内循环，为主槽的高精度控温提供恒温、恒流量的冷源。控温辅槽内设置辅槽控温加热器和温度传感器。

控温辅槽与主槽连接管路上装有电磁阀开关。

冷水槽，由控制箱、水槽及制冷机组组成，工作介质为乙二醇水或者防冻液，工作介质在冷水槽槽体内和冷却盘管中循环，为主槽提供快速降温的冷源。冷水槽与主槽连接管路上装有电磁阀开关。

控制柜包括主槽控温仪、辅槽控温仪和摁键开关。

主槽控温仪连接主槽内的热敏电阻和控温加热器，主槽控温仪可以显示和设定主槽的温度。

主槽控温仪设置PID控制器，主槽控温仪通过PID控制器连接控温加热器。

辅槽控温仪连接控温辅槽内的辅槽控温加热器和温度传感器，可以显示和设定控温辅槽的温度。

摁键开关主要包括系统开关机键、搅拌电机开关键、备用开关键、控温加热器开关键、辅槽电磁阀开关键、冷水槽电磁阀开关键、辅槽加热开关键、辅槽制冷开关键、快加热加热器开关键等。

本发明涉及的高精度海水变温恒温槽系统应用时，将海水注入到主槽中，将乙二醇水或者防冻液注入到控温辅槽和冷水槽中，将被检仪器浸入主槽的海水中。提前开启冷水槽，使里面的工作介质处于较低的温度，一般为-12℃～-15℃，便于为主槽降温提供足够的冷量。将系统开机，主槽控温仪会显示当时主槽的温度，设定主槽的实验温度，若显示温度低于设定实验温度，需要开快加热加热器；若显示温度高于设定温度，则需要打开冷水槽电磁阀，同时，通过辅槽控温仪设定控温辅槽的温度，一般低于主槽设定温度2℃～3℃，并让控温辅槽开始工作。当主槽显示温度临近设定温度时，关闭快加热加热器或冷水槽电磁阀，打开控温加热器和辅槽电磁阀开始控温。当温度稳定后，可以实施被检仪器在这个温度点下的检测。然后将主槽和控温辅槽设定到另一个温度，重复上面的过程，开始另一个温度点下的检测。

本发明涉及的高精度海水变温恒温槽系统采用组合结构，实现多重控温、恒温测试，性能可靠，控温范围为-2℃～40℃，波动性优于0.001℃/15min，温度分辨力为0.0005℃。

附图说明

图1为本发明涉及的高精度海水变温恒温槽系统结构示意图；

图2为图1中主槽结构示意图；

图3为图1中控制柜的面板示意图。

图中标记说明：

1、控制柜                2、主槽

3、控温辅槽              4、冷水槽

5、快加热加热器          6、回流区

7、搅拌叶片              8、混合区

9、热敏电阻              10、上磁缸

11、搅拌电机             12、下磁缸

13、控温加热器           14、控温盘管

15、均流板               16、导流罩

17、冷却盘管             18、槽体

19、保温层               20、不锈钢外壳

21、工作区               22、开关机键

23、搅拌电机开关键       24、备用开关键

25、控温加热器开关键     26、辅槽电磁阀开关键

27、冷水槽电磁阀开关键   28、辅槽加热开关键

29、辅槽制冷开关键       30、快加热加热器开关键

31、辅槽控温仪           32、主槽控温仪

具体实施方式

现结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。如图所示，

本发明设计的高精度海水变温恒温槽系统，包括主槽2、控温辅槽3、冷水槽4和控制柜1，主槽2分别与控温辅槽3和冷水槽4的管路连接，控制柜1的控温仪连接主槽2和控温辅槽3的控温装置，控制柜1的摁键开关连接控温辅槽3和冷水槽4与主槽2连接管路的电磁阀开关。

主槽2呈圆筒状结构，不锈钢外壳20内是保温层19，保温层19内是圆筒状槽体18，槽体18为钛合金材质。槽体18内设置导流罩16，导流罩16主体为圆筒形结构，导流罩16的倒锥形底上有4个支脚，坐在槽底并固定在主槽槽体底壳上。导流罩圆筒形结构与倒锥形结构分界处设置均流板15，均流板15上布满圆孔。工作时主槽槽体18内填充海水介质，海水介质可以从均流板15上的圆孔均匀通过，导流罩15内放置待测传感器。

导流罩16内的圆筒区域为工作区21，导流罩16与主槽槽体18之间形成的圆环状区域为回流区6，均流板15以下的主槽2与导流罩16底部为混合区。

回流区6内设置快加热加热器5和冷却盘管17。

快加热加热器5为电加热器，外部是钛合金，内部是加热丝。主槽回流区6内均匀分布3个快加热加热器5，电压是380V，功率是3kW。

冷却盘管17为钛合金盘管，环绕在主槽2内壁回流区6内，冷却盘管17与冷水槽4连通。

混合区8内设置磁耦合搅拌器、热敏电阻9、控温加热器13、控温盘管14。

磁耦合搅拌器包括搅拌叶片7、上磁缸10、下磁缸12和搅拌电机11。搅拌叶片7设置在导流罩16底部的倒锥形区域内，搅拌叶片7中心轴固定连接上磁缸10，上磁缸10与下磁缸12相对设置在主槽槽体18底壳内外两侧，上瓷缸10安装在主槽2的槽体18内，下磁缸12安装在主槽2的槽体18外。上磁缸10与下磁缸12相对设置耦合磁极的磁铁，搅拌电机11转动轴固定连接下磁缸12，搅拌电机11通过下磁缸12，带动上磁缸10转动，进而带动导流罩16底部内的搅拌叶片7转动。在磁耦合搅拌器的作用下，通过均流板15从混合区8进入工作区21的海水介质，再经过回流区6回到混合区8，形成循环。

控温加热器13为电加热器，外部是钛合金，内部是加热丝，安装在主槽2的混合区8内，电压220V，功率400W，可为主槽控温提供热量。

控温盘管14为钛合金盘管，环绕设置在主槽内壁混合区8内，与控温辅槽3连通，可为主槽控温提供冷量。

控温辅槽3为一个小型的恒温槽，工作介质为乙二醇水或者防冻液，工作时随主槽2同步升降温，并低于主槽2℃～3℃，工作介质在控温盘管14和控温辅槽3槽体内循环，为主槽2的高精度控温提供恒温、恒流量的冷源。控温辅槽3与主槽2连接管路上装有的电磁阀开关。

冷水槽4由控制箱、水槽(带搅拌)及制冷机组组成，工作介质为乙二醇水或者防冻液，工作介质在冷水槽4槽体内和冷却盘管17中循环，为主槽2提供快速降温的冷源。冷水槽4与主槽2连接管路上装有电磁阀开关。

控制柜1包括主槽控温仪32、辅槽控温仪31和摁键开关。

主槽控温仪32连接主槽2内的热敏电阻9和控温加热器13，主槽控温仪32可以显示和设定主槽2的温度。

主槽控温仪32设置PID控制器，主槽控温仪32通过PID控制器连接控温加热器13。PID控制器内设置可控硅，根据设定温度与实际温度的差值，通过调整可控硅导通角的大小来控制加载在控温加热器13的电压大小。

辅槽控温仪31连接控温辅槽3内辅槽控温加热器和温度传感器，可以显示和设定控温辅槽3的温度。

摁键开关包括系统开关机键22、搅拌电机开关键23、备用开关键24、控温加热器开关键25、辅槽电磁阀开关键26、冷水槽电磁阀开关键27、辅槽加热开关键28、辅槽制冷开关键29、快加热加热器开关键30。系统开关机键22控制高精度变温恒温槽系统的开机关机、搅拌电机开关键23控制搅拌电机11的开机关机、控温加热器开关键25控制主槽2的控温加热器13的开关机、辅槽电磁阀开关键26控制主槽2与控温辅槽3之间的电磁阀的开关、冷水槽电磁阀开关键27控制主槽2与冷水槽4之间的电磁阀的开关、辅槽加热开关键28控制控温辅槽3中的加热器开关机、辅槽制冷开关键29控制控温辅槽3中的压缩机开关机、快加热加热器开关键30分别控制主槽2的三组快加热加热器5的开关机。

Claims (9)

1.一种高精度海水变温恒温槽系统，其特征在于，包括主槽、控温辅槽、冷水槽和控制柜，主槽分别与控温辅槽和冷水槽管路连接；主槽设置快速变温装置和控温装置，主槽快速变温装置包括快加热加热器和冷却盘管，主槽控温装置包括控温加热器和控温盘管，控温辅槽设置控温装置，控温辅槽的控温装置包括辅槽控温加热器；控制柜的控温仪连接主槽和控温辅槽的控温装置，控制柜的摁键开关连接控温辅槽和冷水槽与主槽连接管路的电磁阀开关；主槽内设置导流罩，导流罩底部设置均流板，主槽底部设置磁耦合搅拌器。

2.根据权利要求1所述的高精度海水变温恒温槽系统，其特征在于，所述主槽呈圆筒状结构，不锈钢外壳内是保温层，保温层内是圆筒状钛合金槽体。

3.根据权利要求1所述的高精度海水变温恒温槽系统，其特征在于，所述导流罩主体为圆筒形结构，底部为倒锥形结构，底部固定在主槽槽体底壳上，导流罩圆筒形结构与倒锥形结构分界处设置均流板，均流板上布满圆孔；

所述导流罩内的圆筒区域为工作区，导流罩与主槽槽体之间形成的圆环状区域为回流区，均流板以下的主槽与导流罩底部为混合区；

所述回流区内设置快加热加热器和冷却盘管，快加热加热器为电加热器，回流区内均匀分布3个快加热加热器；所述混合区内设置热敏电阻、控温加热器、控温盘管。

4.根据权利要求3所述的高精度海水变温恒温槽系统，其特征在于，所述冷却盘管为钛合金盘管，环绕在主槽内壁回流区内，与冷水槽连通。

5.根据权利要求3所述的高精度海水变温恒温槽系统，其特征在于，所述控温加热器为电加热器，外部是钛合金，内部是加热丝。

6.根据权利要求3所述的高精度海水变温恒温槽系统，其特征在于，所述控温盘管为钛合金盘管，环绕设置在主槽内壁混合区内，与控温辅槽连通。

7.根据权利要求1所述的高精度海水变温恒温槽系统，其特征在于，所述磁耦合搅拌器包括搅拌叶片、上磁缸、下磁缸和搅拌电机，搅拌叶片设置在导流罩底部，搅拌叶片中心轴固定连接上磁缸，上磁缸与下磁缸相对设置在主槽槽体底壳内外两侧，上磁缸与下磁缸相对位置设置耦合磁极的磁铁，搅拌电机转动轴固定连接下磁缸，搅拌电机通过下磁缸带动上磁缸转动，进而带动导流罩底部内的搅拌叶片转动。

8.根据权利要求1所述的高精度海水变温恒温槽系统，其特征在于，所述控制柜包括主槽控温仪、辅槽控温仪和摁键开关，所述主槽控温仪连接主槽内的热敏电阻和控温加热器，主槽控温仪设置PID控制器，主槽控温仪通过PID控制器连接控温加热器；所述辅槽控温仪连接控温辅槽内的辅槽控温加热器和温度传感器。

9.根据权利要求8所述的高精度海水变温恒温槽系统，其特征在于，所述摁键开关包括系统开关机键、搅拌电机开关键、备用开关键、控温加热器开关键、辅槽电磁阀开关键、冷水槽电磁阀开关键、辅槽加热开关键、辅槽制冷开关键、快加热加热器开关键；控温加热器开关键控制主槽控温加热器的开关机，辅槽电磁阀开关键控制主槽与控温辅槽之间的电磁阀的开关，冷水槽电磁阀开关键控制主槽与冷水槽之间的电磁阀的开关，辅槽加热开关键控制控温辅槽3中的加热器开关机，快加热加热器开关键分别控制主槽的三组快加热加热器的开关机。