CN105536626A - 一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置 - Google Patents

一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置，它包括一导热流体容器和置于导热流体容器中的被测流体容器，所述导热流体容器底部设有加热装置、第一温度传感器，所述导热流体容器内、被测流体容器外设有第一磁力搅拌装置，所述被测流体容器内设有第二磁力搅拌装置和可移动的第二温度传感器，所述导热流体容器置于一箱体内，所述箱体底部设有分别与第一磁力搅拌装置和第二磁力搅拌装置相配合的第一动力装置和第二动力装置。本发明至少具有结构简洁，操作简便直观，应用范围广等特点，可以实现多种不同的加热升温和缓慢降温实验需求，特别适合对升温速度梯度有特殊要求或者多段升温进程进行编程控温的实验。

Description

一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置
技术领域
本发明涉及一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置。
背景技术
在石油、化工、冶金、生物、医药、食品、化妆品等行业中，以及教学、科研甚至生产过程中，传统的磁力搅拌器是用于液体辅助搅拌混合、反应的基础性实验仪器和生产设备，而利用导热流体的油浴油槽是用于液体、固体等物质的辅助加热的基础性实验仪器和生产设备。传统的磁力搅拌器主要用于搅拌或同时加热搅拌低粘稠度的液体或固液混合物，其基本原理是利用磁场的同性相斥、异性相吸的原理，使用磁场推动放置在容器中带磁性的搅拌子进行圆周运转，从而达到搅拌液体的目的。而油浴油槽是针对浸入油中的容器中的实验液体进行加热和控温，维持实验所需的温度条件，保证容器中的实验液体混合达到实验需求。
现有技术中，磁力搅拌器与油浴油槽多为单独使用的仪器、设备，也有把磁力搅拌装置与油浴油槽简单组合运用的装置，通过油浴加热升温的同时对实验样本磁性搅拌子的旋转搅拌，使样本均匀受热，达到指定的温度。这种装置的特点是加热快，温升变化快，能够满足普通的、对温升速度和梯度不作要求或者要求不高的流体样本混合搅拌的试验需求，但对于温升速度梯度要求有特殊限定的，以及要求平稳平缓升温或者缓慢降温的流体的混合搅拌实验，这种老式的只有一路温度传感器和一组搅拌装置的磁力搅拌组合油浴油槽装置，就达不到需求的实验效果，实验人员往往为了得到更理想的实验结果，实验过程中也许会选择增加实验成本、增加实验步骤、延长实验过程、花费更多的实验时间和精力，来尝试得到对温升变化平缓的、温度梯度要求较高的流体搅拌过程的实验结果，但往往结果都不理想。
发明内容
本发明的目的在于针对现有仪器设备在应用技术上的不足而提供一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置，其至少具有结构简洁，操作简便直观，应用范围广等特点，可以实现多种不同的加热升温和缓慢降温实验需求，特别适合对升温速度梯度有特殊要求或者多段升温进程进行编程控温的实验。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置，它包括一导热流体容器和置于导热流体容器中的被测流体容器，所述导热流体容器底部设有加热装置、第一温度传感器，所述导热流体容器内、被测流体容器外设有第一磁力搅拌装置，所述被测流体容器内设有第二磁力搅拌装置和可移动的第二温度传感器，所述导热流体容器置于一箱体内，所述箱体底部设有分别与第一磁力搅拌装置和第二磁力搅拌装置相配合的第一动力装置和第二动力装置，所述箱体上还连接有温度控制装置和转速控制装置，所述温度控制装置分别与第一温度传感器、第二温度传感器、加热装置控制连接，所述转速控制装置分别与第一动力装置和第二动力装置连接。
作为优选实施方案之一，所述第一磁力搅拌装置包括一镂空外罩以及置于镂空外罩内的第一磁力搅拌子。
作为优选实施方案之一，所述第二磁力搅拌装置包括置于被测流体容器内的第二磁力搅拌子。
更进一步地，所述第一动力装置和第二动力装置可分别为第一磁力搅拌装置和第二磁力搅拌装置提供可旋转磁场，使第一磁力搅拌子和第二磁力搅拌子在其所在的容器内旋转搅拌，并且第一磁力搅拌子和第二磁力搅拌子的旋转速度、旋转方向可通过与第一动力装置、第二动力装置相连接的转速控制装置进行控制和调节。
进一步地，所述导热流体容器内设有置物架，所述第一磁力搅拌装置中的镂空外罩可与置物架连接，以确定第一磁力搅拌装置在导热流体容器中的搅拌位置和范围。
优选地，所述可移动的第二温度传感器通过连接在箱体上的一可旋转调节支架支撑并固定在被测流体容器中，其固定的位置可通过可旋转调节支架进行任意调整。
优选地，所述箱体上方设有活动顶盖，所述活动顶盖中部设有活动盖板，所述活动盖板上设有活动盖圈。
优选地，所述箱体上设有可视化人机交互界面，包括显示屏和操控面板。
本发明的有益效果：优于现有技术，本发明采用导热流体容器和置于导热流体容器中的被测流体容器两组容器装置，通过导热流体容器底部的加热器为导热流体容器中的导热流体加热，以便为被测流体容器内的被测流体导热并持续提供热源，使被测流体在温升稳定缓慢增高的环境条件下，缓慢、均匀受热；另外，本发明在导热流体容器和被测流体容器内分别设有第一、第二磁力搅拌装置，并配合相应的第一、第二动力驱动装置分别对第一、第二磁力搅拌装置中的第一、第二磁力搅拌子驱动旋转搅拌，同时可以控制磁力搅拌子的旋转方向和速度，同时，结合设在导热流体容器和被测流体容器内的第一、第二温度传感器、温度控制器等装置，随时根据两路温度传感器的反馈温度值与用户设置的目标温度值与时长计算出升温速度梯度，从而来精确控制实验中的温升过程，本发明实际被测流体的温升过程近似等于用户设置的温升变化值，因此本发明也尤其适合需要按照时间要求进行缓慢升温的实验需求，这是本发明最具重要性和最具代表性的优质特征；再者，本发明在导热流体容器中设有置物架，既可用于固定磁力搅拌子的搅拌位置范围，又可用于承载被测流体容器。
值得一提的是，所述置物架可分为多种结构外形以适合不同实验使用需要，例如A型、B型(参见附图4、图5)，所述置物架的作用除了连接第一磁力搅拌装置外，更重要的是隔离加热装置和第一温度传感器，避免被加热的被测流体容器或者其它硬质固体物质与加热装置或者第一温度传感器直接碰触。
需要说明的是，本发明中提到的第一、第二磁力搅拌装置既可分别置于不同的流体容器中搅拌，也可按需同时置于导热流体容器中搅拌，可以达到不同的混合、温升导热效果。
综上，本发明至少具有结构简洁，操作简便直观，应用范围广等特点，可以实现多种不同的加热升温和缓慢降温实验需求，特别适合对升温速度梯度有特殊要求或者多段升温进程进行编程控温的实验。
附图说明
下面利用附图来对本发明进行进一步的说明，但是附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明的无活动顶盖状态下的一优选实施例的剖面结构示意图；
图2为本发明的盖上活动顶盖状态的一优选实施例的立体结构示意图；
图3为本发明的无活动顶盖状态的一优选实施例的立体结构示意图；
图4为本发明中的置物架的一优选实施例(A型)的立体结构示意图；
图5为本发明中的置物架的一优选实施例(B型)的立体结构示意图；
图6为本发明中的置物架(A型)的用于烧杯的使用状态立体结构示意图；
图7为本发明中的置物架(B型)的用于锥形瓶一使用状态的立体结构示意图；
图8为本发明中的置物架(B型)用于固体实验样品的一使用状态的立体结构示意图。
图9为本发明一实施例应用过程中液体与液体混合控温方式的一种典型使用方式中用户设定的温度曲线图；
图10为本发明一实施例应用过程中液体与液体混合控温方式的一种典型使用方式中实际控温曲线和控速曲线图；
图11为图9和图10的对比曲线图；
图12为本发明一实施例应用过程中液体与粉末混合控温方式的一种典型使用方式中用户设定的温度曲线图；
图13为本发明一实施例应用过程中液体与粉末混合控温方式的一种典型使用方式中实际控温曲线和控速曲线图；
图14为图12和图13的对比曲线图；
图15为本发明一实施例应用过程中液体与固体混合控温方式的一种典型使用方式中用户设定的搅拌曲线图；
图16为本发明一实施例应用过程中液体与固体混合控温方式的一种典型使用方式中实际控温曲线和控速曲线图；
图17为图15和16的对比曲线图。
附图标记：
1、导热流体容器；2、被测流体容器；3、加热装置；4、第一温度传感器；5、第一磁力搅拌装置；51、镂空外罩；52、第一磁力搅拌子；6、第二磁力搅拌装置；61、第二磁力搅拌子；7、可移动的第二温度传感器；8、箱体；9、第一动力装置；10、第二动力装置；11、置物架；12、可旋转调节支架；13、活动顶盖；131、活动盖板；132、活动盖圈；14、显示屏和操控面板；15、置物架(A型)；25、置物架(B型)。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明进行说明：
如图1所示，一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置，它包括一导热流体容器1和置于导热流体容器1中的被测流体容器2，所述导热流体容器1底部设有加热装置3、第一温度传感器4，所述导热流体容器1内、被测流体容器2外设有第一磁力搅拌装置5，所述被测流体容器2内设有第二磁力搅拌装置6和可移动的第二温度传感器7，所述导热流体容器1置于一箱体8内，所述箱体8底部设有分别与第一磁力搅拌装置5和第二磁力搅拌装置6相配合的第一动力装置9和第二动力装置10，所述箱体8上还连接有温度控制装置和转速控制装置，所述温度控制装置分别与第一温度传感器4、第二温度传感器7、加热装置3控制连接，所述转速控制装置分别与第一动力装置9和第二动力装置10连接。
如图1、图3所示，本发明实施例中的导热流体容器1为油槽，导热流体为油类液体。本发明实施例中的加热装置3可为电热管，上一自然段所述的第一动力装置9、第二动力装置10可分别以两个直流调速电机为例。所述第一温度传感器4为固定在导热流体容器1(油槽)底部的固定温度传感器装置。所述温度控制装置和所述转速控制装置可与箱体上相应的连接有显示屏和微电脑可编程控制器的控制面板14连接，方便操作和控制。
根据本领域技术人员的工作经验和一些已公知技术，所述第一磁力搅拌装置5和第二磁力搅拌装置6也可以用其他具有同样的功能和效果的搅拌装置代替。
又者，所述第一磁力搅拌装置5包括一镂空外罩51以及置于镂空外罩51内的第一磁力搅拌子52。
进一步地，所述第二磁力搅拌装置6包括置于被测流体容器2内的第二磁力搅拌子61，如图1。
根据本领域技术人员的经验，如图1，也可在导热流体容器1(油槽)中放置两个与第一磁力搅拌子52相同的搅拌装置(或具有相同搅拌效果的其他搅拌装置)共同搅拌，旋转方向可同向或反向，旋转速度按需调节，使导热流体容器1(油槽)中的油液为被测流体容器2中的被测流体导热。
更进一步地，所述第一动力装置9和第二动力装置10可分别为第一磁力搅拌装置5和第二磁力搅拌装置6提供可旋转磁场，使第一磁力搅拌子52和第二磁力搅拌子61在其所在的容器1和2内旋转搅拌，并且第一磁力搅拌子52和第二磁力搅拌子61的旋转速度、旋转方向可通过与第一动力装置9、第二动力装置10相连接的转速控制装置进行控制和调节。
进一步地，所述导热流体容器1内可设有置物架11，所述第一磁力搅拌装置5中的镂空外罩51可与置物架11连接，以确定第一磁力搅拌装置5在其所在容器1内的搅拌位置和范围。
所述的置物架11可依据被测流体容器或实验样品的不同而作出不同的摆放位置或设计相配合的形状置于导热流体容器1中。故所述的置物架11可根据需要设计成为多种具体形态，以适应不同的实验需求。如图4-8所示的A型、B型两种形态的置物架实施例，图4、图6为A型：置物架表面为镂空网面，可承载一定重量，其表面一处为镂空开口，使得被测流体容器可直接置于此开口内，直接放置于导热流体容器底部，与导热流体接触，此A型置物架也可根据实际情况变成：被测流体容器置于导热流体容器的一侧，置物架(无镂空开口)置于导热流体另一侧；图5-8所示为B型：此类型的置物架其表面无镂空开口，为全网式置物架，可放置被测流体容器或者被测固体样品等实验物品，其大小与导热流体容器底部空间大小相适应。此两种类型为代表的置物架的作用除了连接和固定第一磁力搅拌装置外，更重要的是使被测流体容器或固体样品与加热装置和第一温度传感器隔离，避免被加热的被测流体容器或者固体样品与加热装置或者第一温度传感器直接碰触而影响实验效果。
又进一步地，所述可移动的第二温度传感器7通过连接在箱体上的可旋转调节支架12支撑并固定在被测流体容器2中。
优选地，所述箱体8上方设有活动顶盖13，所述活动顶盖13中部设有活动盖板131，所述活动盖板131上设有活动盖圈132。
需要说明的是，本发明所述的可编程控制的双控温双控速搅拌装置，不仅可以用于液体的加热混合、加快液体的反应进程，也可用于一些固体实验样品进行油浴加热升温，或者升温后按需降温，进行缓慢梯度降温冷却的实验过程，其应用范围非常广泛。
本发明的功能实现主要是设置2路不同位置的温度检测来进行温差计算从而控制发热功率大小来实现温度梯度的要求，本发明的温度控制计算方法如下：根据不同位置的第一和第二温度传感器检测到的温度差值与目标温度与第二温度传感器的温度差值进行大小比较和正负的判断，来控制第一温度传感器所检测的导热流体容器(油槽)中的导热流体的温度是该上升还是下降，并通过与温度控制装置连接的加热装置的即时的输出功率增大或者减小来实现该温度的上升与下降。同时设置2路不同搅拌位置和搅拌对象的搅拌装置并进行调速和方向的控制，是为了使得导热流体和被测流体受热和传热更加均匀缓和，温度更加准确。
以下列出本发明在单段控制程序和多段控制程序下的被测流体容器中测出的用户设置温度和实际被测流体温度变化值的对比情况：
(一)单段程序控温方式的一种典型使用方式——液体与液体混合(参见图9,10,11)，是结合利用置物架(A型)进行双控温双搅拌的一种典型使用方式：
(a1)编程控温的对象是以被测流体容器(烧杯)中的实验样品液体的温度为主，导热流体容器(油槽)中的耐高温油的温度为辅；
(b1)用户设定的温度曲线如图9，工作容器烧杯中的液体a1和液体a2从室温(t0约25℃)需要在加热40分钟时升温到160℃，然后维持在160℃保温60分钟；
(c1)用户设定的搅拌曲线如图9，第一搅拌转速ns1一直维持ns11＝800转/分钟(rpm)；第二搅拌转速ns2则需要在前40分钟时维持ns21＝1800转/分钟(rpm)；升温到保温状态的160℃后转速降低到ns22＝1000转/分钟(rpm)并持续60分钟；
(d1)实际控温曲线和控速曲线如图10，以及对比曲线图参见图11，在温度上升过程中升温速率近似等于用户设定的升温速率，即接近用户需要的升温速度梯度；正常工作时期实际转速也接近设定转速，只是转速在从低速升到高速，以及从高速降低为低速时有相应的必要的增速和减速过渡期。
(二)多段程序控温方式的一种典型使用方式——液体与粉末混合(参见图12,13,14)，是结合利用置物架(A型)进行双控温双搅拌的一种典型使用方式：
(a2)编程控温的对象是以被测流体容器(烧杯)中的实验样品液体的温度为主，导热流体容器(油槽)中的耐高温油的温度为辅；
(b2)用户设定的温度曲线如图12，工作容器烧杯(23)中的液体a从室温(t0约25℃)加热至60℃，然后保温20分钟，并在此保温期间匀速加入粉末b；接着把温度从60℃在20分钟内升温到150℃，然后保温15分钟，在此保温期间匀速加入液体c，然后在25分钟内缓慢降温到135℃，接着保温在135℃约10分钟；
(c2)用户设定的搅拌曲线如图12，第一搅拌转速ns1则需要在前70分钟时维持ns11＝1200转/分钟(rpm)；第二搅拌转速ns2则需要在前70分钟时维持ns21＝1000转/分钟(rpm)；第70到85分钟之间的15分钟内转速降低为ns22＝700转/分钟(rpm)，第85分钟后转速为ns23＝1400转/分钟(rpm)并持续35分钟；
(d2)实际控温曲线和控速曲线如图13，以及对比曲线图参见图14，在温度上升过程中升温速率近似等于用户设定的升温速率，即接近用户需要的升温速度梯度；在温度下降过程中降温速率也近似等于用户设定的降温速率，即接近用户需要的降温速度梯度；正常工作时期实际转速接近设定转速，只是转速在从低速升到高速，以及从高速降低为低速时有相应的必要的增速和减速过渡期。
(三)多段程序控温方式的一种典型使用方式——液体与固体混合(参见图15,16,17)，是结合利用B型置物架进行双控温双搅拌的一种典型使用方式：
(3a)编程控温的对象是以被测流体容器(烧杯)中的实验样品液体的温度为主，导热流体容器(油槽)中的耐高温油的温度为辅；
(3b)用户设定的温度曲线如图15，被测流体容器(烧杯)中的液体d1中放入实验样块某种固体物件d2，用0.5小时从室温(t0约25℃)加热至80℃，然后保温2.5小时；接着用2.5小时把温度从80℃降低到40℃，然后保温1.5小时；接着用5小时把温度从40℃缓慢降温到室温状态约25℃；
(3c)用户设定的搅拌曲线如图15，2路搅拌转速设置为相同速度，方向相反，前3小时内维持ns11＝ns21＝1100转/分钟(rpm)；在随后的时间直到12小时止的期间，要求转速从1100rpm匀速降低到ns12＝ns22＝400rpm；
(3d)实际控温曲线和控速曲线如图16，以及对比曲线图参见图17，在温度上升过程中升温速率近似等于用户设定的升温速率，即接近用户需要的升温速度梯度；在温度下降过程中降温速率也近似等于用户设定的降温速率，即接近用户需要的降温速度梯度；正常工作时期实际转速接近设定转速，只是转速在从低速升到高速，以及从高速降低为低速时有相应的必要的增速和减速过渡期。此应用案例说明针对需要极为缓慢降温速度的实验此发明装置是适用和实用的。
由图9至图17可以看出，本发明可随时根据两路温度传感器的反馈温度值与用户设置的目标温度值与时长计算出升温速度梯度，从而来精确控制实验中的升温过程或者降温过程，特别是散热很快的环境下需要维持平稳缓慢降温的实验过程；本发明实际被测流体的升温或者降温过程近似等于用户设置的温度变化梯度值，因此本发明也尤其适合需要按照时间和较高的升温或者降温要求进行的实验，这是本发明最具重要性和最具代表性的优质特征。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置，其特征在于：它包括一导热流体容器和置于导热流体容器中的被测流体容器，所述导热流体容器底部设有加热装置、第一温度传感器，所述导热流体容器内、被测流体容器外设有第一磁力搅拌装置，所述被测流体容器内设有第二磁力搅拌装置和可移动的第二温度传感器，所述导热流体容器置于一箱体内，所述箱体底部设有分别与第一磁力搅拌装置和第二磁力搅拌装置相配合的第一动力装置和第二动力装置，所述箱体上还连接有温度控制装置和转速控制装置，所述温度控制装置分别与第一温度传感器、第二温度传感器、加热装置控制连接，所述转速控制装置分别与第一动力装置和第二动力装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置，其特征在于：所述第一磁力搅拌装置包括一镂空外罩以及置于镂空外罩内的第一磁力搅拌子。
3.根据权利要求1所述的一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置，其特征在于：所述第二磁力搅拌装置包括置于被测流体容器内的第二磁力搅拌子。
4.根据权利要求2和3所述的一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置，其特征在于：所述第一动力装置和第二动力装置可分别为第一磁力搅拌装置和第二磁力搅拌装置提供可旋转磁场，使第一磁力搅拌子和第二磁力搅拌子在其所在的容器内旋转搅拌，并且第一磁力搅拌子和第二磁力搅拌子的旋转速度、旋转方向可通过与第一动力装置、第二动力装置相连接的转速控制装置进行控制和调节。
5.根据权利要求2所述的一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置，其特征在于：所述导热流体容器内设有置物架，所述第一磁力搅拌装置中的镂空外罩可与置物架连接，以确定第一磁力搅拌装置在导热流体容器中的搅拌位置和范围。
6.根据权利要求1所述的一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置，其特征在于：所述可移动的第二温度传感器通过连接在箱体上的一可旋转调节支架支撑并固定在被测流体容器中，其固定的位置可通过可旋转调节支架进行任意调整。
7.根据权利要求1所述的一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置，其特征在于：所述箱体上方设有活动顶盖，所述活动顶盖中部设有活动盖板，所述活动盖板上设有活动盖圈。
8.根据权利要求1所述的一种可编程控制的双控温双控速搅拌装置，其特征在于：所述箱体上设有可视化人机交互界面，包括显示屏和操控面板。
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