CN106814769A - 一种高低温循环控制系统及高低温快速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高低温循环控制系统，包括制冷介质源、流量调节阀、温度控制装置、待测试设备、风机和控制单元；制冷介质源、流量调节阀、温度控制装置、风机、待测试设备依次串联；制冷介质源用于提供制冷介质使得待测试设备实现温度变化；温度控制装置内设置有加热单元和用于输送制冷介质的输送单元，所述加热单元用于加热输送单元进而加热制冷介质，输送单元的输入端和流量调节阀相连，输送单元的输出端和待测试设备的输入端相连，待测试设备的输出端还和制冷介质输送单元的输入端相连。本发明控温范围宽，能够从‑175℃到150℃范围内调温，并且对温度上升或下降的速度也能够进行精准的控制。

Description

一种高低温循环控制系统及高低温快速控制方法

技术领域

本发明涉及温度变化控制领域，具体涉及一种高低温循环控制系统及高低温快速控制方法。

背景技术

通常的设备需要处于一个既定的高温或者低温值，这样的设备对其进行高温或者低温的控温比较容易，因此研究设备处于高温或者低温时的性能变化情况比较容易。但是也有一些特殊设备需要测试它们在高低温剧烈变化的环境下的工况性能，因此就需要创造高低温剧烈变化的环境，以完成设备在高低温剧烈变化的工况性能的测定。

现有装置容易实现高温或者低温的极端温度变化控制，但是却无法实现高低温两者之间随时及时切换。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种高低温循环控制系统，该控制系统只通过控制单元调节流量调节阀的开度和加热功率的大小能够同时实现高低温之间的及时转换，为需要测试处于高低温剧烈循环变化的设备性能提供依据。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高低温循环控制系统，其特征在于，包括制冷介质源、流量调节阀、温度控制装置、待测试设备、风机和控制单元；

制冷介质源、流量调节阀、温度控制装置、风机、待测试设备依次串联；制冷介质源用于提供制冷介质使得待测试设备实现温度变化；温度控制装置内设置有加热单元和用于输送制冷介质的输送单元，所述加热单元用于加热输送单元进而加热制冷介质，输送单元的输入端和流量调节阀相连，输送单元的输出端和待测试设备的输入端相连，待测试设备的输出端还和制冷介质输送单元的输入端相连；

所述控制单元和流量调节阀、加热单元通信连接，控制单元用于控制流量调节阀的开度和加热单元的功率大小；

降温时，控制单元调节流量调节阀的开度并关闭加热单元，制冷介质源中的制冷介质流入温度控制装置的输送单元，再流入待测试设备对待测试设备冷却降温，每次在待测试设备经过热交换的制冷介质则从待测试设备循环至温度控制装置中，再次对待测试设备进行冷却；

降温后进行升温，控制单元调节流量调节阀关闭并开通加热单元，温度控制装置、风机和待测试设备之间构成内循环，停留在内循环管路内中的制冷介质在风机的作用下循环流动，制冷介质在温度控制装置中受加热单元加热后流入待测试设备中，与待测试设备热交换，在循环流动过程中，每次加热后的制冷介质对待测试设备进行持续升温；降温或升温过程中，通过调整加热单元功率和调节流量调节阀，以控制降温或升温速度。

本发明和现有技术不同之处在于：本发明只通过控制流量调节阀的开度和加热单元的功率，即可实现温度的高低温剧烈变换，能够为需要在高低温之间快速变化进行性能测试的设备提供必备的高低温变化环境。即通过将实时调整制冷介质的制冷效果，实现高低温剧烈变化环境的控制。若温度上升的速度不够快，则可通过控制单元控制第一温度变送器调高温度控制装置的加热单元功率，即可实现快速升温的目的。由于制冷介质和温度控制装置内的加热单元可以及时进行热交换，因此可以及时控制制冷介质的温度变化，实现高低温剧烈变化的测试环境需求。

具体控制降温或升温速度的方法是：当降温速度过快时，将流量调节阀的开度关小，并增大加热单元的功率，即可实现降低降温速度的目的；当升温速度过快时，将流量调节阀的开度增大，并减小加热单元的功率，即可实现降低升温速度的目的。

风机为多个，且多个所述风机之间为并联设置。风机的设置，是为了克服整个系统内的管道阻力，加快管道内的制冷介质的流动速度，以完成高低温剧烈变化环境的快速实现。另外还可以根据实际需要开大风机或者关小风机，以增大或者减小制冷介质的流动速度。

多个所述风机为2类，一类为低温风机，低温风机的适应范围为-175℃-20℃，另一类为高温风机，高温风机的适应范围为20℃-150℃。低温风机和高温风机是为了适应不同温度环境设置的，低温风机主要应对于从温度控制装置出来的温度范围在-175-20℃的制冷介质，同理可以推知高温风机的应用范围。

流量调节阀和温度控制装置之间的管路上还设置有第一温度传感器，第一温度传感器还连接有第一温度变送器，所述第一温度变送器和控制单元通信连接。通过进一步在系统上设置第一温度传感器和第一温度变送器，还能够为有高低温变化性能测试需求的设备提供精确的温度变化即控制温度变化速率，帮助测试人员寻找到待测试设备性能变化的温度拐点，并且还能够通过控制单元调节流量调节阀和加热单元的功率，将温度恒定到某一个温度值或者在某两个温度之间快速切换，以快速测定设备的耐热稳定性温度范围或者耐寒稳定性温度范围。

当需要恒温控制时，当第一温度变送器设定温度低于或者环境温度时，通过控制单元连锁控制流量调节阀的开度和加热单元的加热功率，使得第一温度变送器的温度恒定在设定温度的±0.5℃范围内，进而保证该处温度精度控制在±1℃的范围内。

本发明的温控范围为-175℃-150℃，对温度上升或下降的速度也能够进行精准的控制。其控制手段即就是依据温度变送器的显示，利用控制单元控制流量调节阀的开度和加热单元的功率大小的调节。如果调整温度变化速率不够快，还可以打开相应的风机，提高制冷介质的流动速度，以提升热交换效率。

流量调节阀和温度控制装置之间的管路上还设置有聚集制冷装置的汇集装置。汇集装置的作用在于对制冷介质有缓冲作用，不会造成管路内的压力波动过大。

温度控制装置和待测试设备之间的管路上还设置有第二温度传感器，所述第二温度传感器连接有第二温度变送器，第二温度变送器和控制单元通信连接。第二温度传感器和第二温度变送器的设置在于为了掌控待测试设备出来的制冷介质的温度情况，以随时调整整个控制方法，及时满足实际需要。若内循环内的管路过长还可以根据需要在适当的位置设置第三温度传感器和第三温度变送器，设置第四温度传感器和第四温度变送器。

还包括设置在待测试设备的出口处的压力传感器，压力传感器连接有压力变送器，压力变送器和控制单元通信连接，还包括设置在待测试设备的出口处管路上的压力释放阀，所述压力释放阀和控制单元通信连接。

温度控制装置为2组或者2组以上，2组或者2组以上的温度控制装置之间为并联设置。为了进一步快速实现温度的提升和降温，可以多设置几组温度控制装置。

所述加热单元为电加热器，所述电加热器包括多个电阻丝，多个电阻丝并联设置。输送单元为绕管组，所述绕管组包括多个弯曲的管道，多个弯曲的管道并联设置。多个电阻丝的并联使用同样能够实现快速控制降温或者升温。组数越多，调节梯度越小，调节精度越高，越便于控制。其中电加热丝材质既能耐-196℃低温又能耐400高温。绕管组能均匀输送低温介质的管道，由多根小管径管道弯曲并排，两端设置汇集管组成。根数越多，并排的加热面积越大，加热更均匀，调节精度越高，越有利于对后端温度的控制。由于绕管组及电加热器均为多组组成，更能有效准确控制升降温速度及易于维持出气温度恒定。

整个系统内的管道上均包覆有保温装置，即可最大限度的避免温度损失。待测试设备和温度控制装置之间还设置有紧急阀门，以便能够及时停止系统的运作。

一种高低温快速控制方法，使用如前所述的高低温循环控制系统，进行降温时，控制单元调节流量调节阀的开度并关闭加热单元，制冷介质源中的制冷介质流入温度控制装置的输送单元，再流入待测试设备对待测试设备冷却降温，每次在待测试设备经过热交换的制冷介质则从待测试设备循环至温度控制装置中，再次对待测试设备进行冷却；降温后进行升温，控制单元调节流量调节阀关闭并开通加热单元，温度控制装置、风机和待测试设备之间构成内循环，停留在内循环管路内中的制冷介质在风机的作用下循环流动，制冷介质在温度控制装置中受加热单元加热后流入待测试设备中，与待测试设备热交换，在循环流动过程中，每次加热后的制冷介质对待测试设备进行持续升温。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明能够快速实现高低温剧烈变化，能够为需求高低温剧烈变化性能测试的设备提供简单的装置和方法；

2、本发明控温范围宽，能够从-175℃到150℃范围内调温，并且对温度上升或下降的速度也能够进行精准的控制，因此本发明还能够适应于需求温度任意变化(包括均匀变化或者抛物线变化)性能测试的设备；

3、本发明能够根据实际需要改变温度变化的速率；

4、本发明还能够快速提供恒温测试环境。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-制冷介质源，2-温度控制装置，21-输送单元，22-加热单元，3-风机，4-待测试设备，5-流量调节阀，6-第一温度变送器，7-第一温度传感器，8-压力变送器，9-第二温度变送器，10-汇集装置，11-压力释放阀，12-第二温度传感器，13-压力传感器，14-控制单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，一种高低温循环控制系统，包括制冷介质源1、流量调节阀5、温度控制装置2、待测试设备4、风机3和控制单元14；

制冷介质源1、流量调节阀5、温度控制装置2、风机3、待测试设备4依次串联；制冷介质源1用于提供制冷介质使得待测试设备4实现温度变化；温度控制装置2内设置有加热单元22和用于输送制冷介质的输送单元21，所述加热单元22用于加热输送单元21进而加热制冷介质，输送单元21的输入端和流量调节阀5相连，输送单元21的输出端和待测试设备4的输入端相连，待测试设备4的输出端还和制冷介质输送单元21的输入端相连；

所述控制单元14和流量调节阀5、加热单元22通信连接，控制单元14用于控制流量调节阀5的开度和加热单元22的功率大小；

降温时，控制单元14调节流量调节阀5的开度并关闭加热单元22，制冷介质源1中的制冷介质流入温度控制装置2的输送单元21，再流入待测试设备4对待测试设备4冷却降温，每次在待测试设备4经过热交换的制冷介质则从待测试设备4循环至温度控制装置2中，再次对待测试设备4进行冷却；

降温后进行升温，控制单元14调节流量调节阀5关闭并开通加热单元22，温度控制装置2、风机3和待测试设备4之间构成内循环，停留在内循环管路内中的制冷介质在风机3的作用下循环流动，制冷介质在温度控制装置2中受加热单元22加热后流入待测试设备4中，与待测试设备4热交换，在循环流动过程中，每次加热后的制冷介质对待测试设备4进行持续升温。

本发明和现有技术不同之处在于：本发明只通过控制流量调节阀5的开度和加热单元22的功率，即可实现温度的高低温剧烈变换，能够为需要在高低温之间快速变化进行性能测试的设备提供必备的高低温变化环境。即通过将实时调整制冷介质的制冷效果，实现高低温剧烈变化环境的控制。若温度上升的速度不够快，则可通过控制单元14控制第一温度变送器6调高温度控制装置2的加热单元22功率，即可实现快速升温的目的。由于制冷介质和温度控制装置2内的加热单元22可以及时进行热交换，因此可以及时控制制冷介质的温度变化，实现高低温剧烈变化的测试环境需求。控制单元14型号为力士乐的BASICUNIVERSAL控制单元、德国Pulsotronic控制单元SI-CON11-4/20083694015009540-1、EK-1000IP或者西门子S7-400.6ES7422-1HH00-0AA0，控制单元型号不局限于上述提及的，只要能够实现整个装置中的控制功能即可。

风机3为多个，且多个所述风机3之间为并联设置。风机3的设置，是为了克服整个系统内的管道阻力，加快管道内的制冷介质的流动速度，以完成高低温剧烈变化环境的快速实现。另外还可以根据实际需要开大风机3或者关小风机3，以增大或者减小制冷介质的流动速度。

多个所述风机3为2类，一类为低温风机3，低温风机3的适应范围为-175℃-20℃，另一类为高温风机3，高温风机3的适应范围为20℃-150℃。低温风机3和高温风机3是为了适应不同温度环境设置的，低温风机3主要应对于从温度控制装置2出来的温度范围在-175-20℃的制冷介质，同理可以推知高温风机3的应用范围。

流量调节阀5和温度控制装置2之间的管路上还设置有第一温度传感器7，第一温度传感器7还连接有第一温度变送器6，所述第一温度变送器6和控制单元14通信连接。通过进一步在系统上设置温度传感器和温度变送器，还能够为有高低温变化性能测试需求的设备提供精确的温度变化即控制温度变化速率，帮助测试人员寻找到待测试设备4性能变化的温度拐点，并且还能够通过控制单元14调节流量调节阀5和加热单元22的功率，将温度恒定到某一个温度值或者在某两个温度之间快速切换，以快速测定设备的耐热稳定性温度范围或者耐寒稳定性温度范围。

本发明的温控范围为-175℃-150℃，对温度上升或下降的速度也能够进行精准的控制。其控制手段即就是依据温度变送器的显示，利用控制单元14控制流量调节阀5的开度和加热单元22的功率大小的调节。如果调整温度变化速率不够快，还可以打开相应的风机3，提高制冷介质的流动速度，以提升热交换效率。

流量调节阀5和温度控制装置2之间的管路上还设置有聚集制冷装置的汇集装置10。汇集装置10的作用在于对制冷介质有缓冲作用，不会造成管路内的压力波动过大。

温度控制装置2和待测试设备4之间的管路上还设置有第二温度传感器12，所述第二温度传感器12连接有第二温度变送器9，第二温度变送器9和控制单元14通信连接。第二温度传感器12和第二温度变送器9的设置在于为了掌控待测试设备4出来的制冷介质的温度情况，以随时调整整个控制方法，及时满足实际需要。

还包括设置在待测试设备4的出口处的压力传感器13，压力传感器13连接有压力变送器8，压力变送器8和控制单元14通信连接，还包括设置在待测试设备4的出口处管路上的压力释放阀11，所述压力释放阀11和控制单元14通信连接。

温度控制装置2为2组或者2组以上，2组或者2组以上的温度控制装置2之间为并联设置。为了进一步快速实现温度的提升和降温，可以多设置几组温度控制装置2。

所述加热单元22为电加热器，所述电加热器包括多个电阻丝，多个电阻丝并联设置。输送单元21为绕管组，所述绕管组包括多个弯曲的管道，多个弯曲的管道并联设置。

整个系统内的管道上均包覆有保温装置，即可最大限度的避免温度损失。

实施例2

一种高低温快速控制方法，使用如前所述的高低温循环控制系统，进行降温时，控制单元14调节流量调节阀5的开度并关闭加热单元22，制冷介质源1中的制冷介质流入温度控制装置2的输送单元21，再流入待测试设备4对待测试设备4冷却降温，每次在待测试设备4经过热交换的制冷介质则从待测试设备4循环至温度控制装置2中，再次对待测试设备4进行冷却；降温后进行升温，控制单元14调节流量调节阀5关闭并开通加热单元22，温度控制装置2、风机3和待测试设备4之间构成内循环，停留在内循环管路内中的制冷介质在风机3的作用下循环流动，制冷介质在温度控制装置2中受加热单元22加热后流入待测试设备4中，与待测试设备4热交换，在循环流动过程中，每次加热后的制冷介质对待测试设备4进行持续升温。

实施例3

一种恒温控制方法，当第一或者二温度变送器设定温度低于或者环境温度时，通过控制单元14连锁控制流量调节阀5的开度和加热单元22的加热功率，使得第一或者二温度变送器的温度恒定在设定温度的±0.5℃范围内，进而保证该处温度精度控制在±1℃的范围内。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高低温循环控制系统，其特征在于，包括制冷介质源(1)、流量调节阀(5)、温度控制装置(2)、待测试设备(4)、风机(3)和控制单元(14)；

制冷介质源(1)、流量调节阀(5)、温度控制装置(2)、风机(3)、待测试设备(4)依次串联；制冷介质源(1)用于提供制冷介质使得待测试设备(4)实现温度变化；温度控制装置(2)内设置有加热单元(22)和用于输送制冷介质的输送单元(21)，所述加热单元(22)用于加热输送单元(21)进而加热制冷介质，输送单元(21)的输入端和流量调节阀(5)相连，输送单元(21)的输出端和待测试设备(4)的输入端相连，待测试设备(4)的输出端还和制冷介质输送单元(21)的输入端相连；

所述控制单元(14)和流量调节阀(5)、加热单元(22)通信连接，控制单元(14)用于控制流量调节阀(5)的开度和加热单元(22)的功率大小；

降温时，控制单元(14)调节流量调节阀(5)的开度并关闭加热单元(22)，制冷介质源(1)中的制冷介质流入温度控制装置(2)的输送单元(21)，再流入待测试设备(4)对待测试设备(4)冷却降温，每次在待测试设备(4)经过热交换的制冷介质则从待测试设备(4)循环至温度控制装置(2)中，再次对待测试设备(4)进行冷却；

降温后进行升温，控制单元(14)调节流量调节阀(5)关闭并开通加热单元(22)，温度控制装置(2)、风机(3)和待测试设备(4)之间构成内循环，停留在内循环管路内中的制冷介质在风机(3)的作用下循环流动，制冷介质在温度控制装置(2)中受加热单元(22)加热后流入待测试设备(4)中，与待测试设备(4)热交换，在循环流动过程中，每次加热后的制冷介质对待测试设备(4)进行持续升温；

降温或升温过程中，通过调整加热单元功率(22)和调节流量调节阀(5)，以控制降温或升温速度。

2.根据权利要求1所述的一种高低温循环控制系统，其特征在于，风机(3)为多个，且多个所述风机(3)之间为并联设置。

3.根据权利要求2所述的一种高低温循环控制系统，其特征在于，多个所述风机(3)为2类，一类为低温风机(3)，低温风机(3)的适应范围为-175℃-20℃，另一类为高温风机(3)，高温风机(3)的适应范围为20℃-150℃。

4.根据权利要求1所述的一种高低温循环控制系统，其特征在于，流量调节阀(5)和温度控制装置(2)之间的管路上还设置有第一温度传感器(7)，第一温度传感器(7)还连接有第一温度变送器(6)，所述第一温度变送器(6)和控制单元(14)通信连接。

5.根据权利要求1所述的一种高低温循环控制系统，其特征在于，流量调节阀(5)和温度控制装置(2)之间的管路上还设置有聚集制冷装置的汇集装置(10)。

6.根据权利要求1所述的一种高低温循环控制系统，其特征在于，温度控制装置(2)和待测试设备(4)之间的管路上还设置有第二温度传感器(12)，所述第二温度传感器(12)连接有第二温度变送器(9)，第二温度变送器(9)和控制单元(14)通信连接。

7.根据权利要求1所述的一种高低温循环控制系统，其特征在于，还包括设置在待测试设备(4)的出口处的压力传感器(13)，压力传感器(13)连接有压力变送器(8)，压力变送器(8)和控制单元(14)通信连接，还包括设置在待测试设备(4)的出口处管路上的压力释放阀(11)，所述压力释放阀(11)和控制单元(14)通信连接。

8.根据权利要求1所述的一种高低温循环控制系统，其特征在于，温度控制装置(2)为2组或者2组以上，2组或者2组以上的温度控制装置(2)之间为并联设置。

9.根据权利要求1所述的一种高低温循环控制系统，其特征在于，所述加热单元(22)为电加热器，所述电加热器包括多个电阻丝，多个电阻丝并联设置，输送单元(21)为绕管组，所述绕管组包括多个弯曲的管道，多个弯曲的管道并联设置。

10.一种高低温快速控制方法，其特征在于，使用如权利要求1-9任一项所述的高低温循环控制系统，进行降温时，控制单元(14)调节流量调节阀(5)的开度并关闭加热单元(22)，制冷介质源(1)中的制冷介质流入温度控制装置(2)的输送单元(21)，再流入待测试设备(4)对待测试设备(4)冷却降温，每次在待测试设备(4)经过热交换的制冷介质则从待测试设备(4)循环至温度控制装置(2)中，再次对待测试设备(4)进行冷却；降温后进行升温，控制单元(14)调节流量调节阀(5)关闭并开通加热单元(22)，温度控制装置(2)、风机(3)和待测试设备(4)之间构成内循环，停留在内循环管路内中的制冷介质在风机(3)的作用下循环流动，制冷介质在温度控制装置(2)中受加热单元(22)加热后流入待测试设备(4)中，与待测试设备(4)热交换，在循环流动过程中，每次加热后的制冷介质对待测试设备(4)进行持续升温；进行恒温时，调节流量调节阀(5)及加热单元(22)共同作用即可实现。