CN107300937B - 一种用于观测压电器件受热变形的加热箱控制系统及控制柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于观测压电器件受热变形的加热箱的控制系统及控制柜，包括总开关，被配置为控制整个加热箱的一级温控仪控制信号电路的开断，所述一级温控仪控制信号电路，被配置为采集加热箱内部的中间热电偶的温度，并根据采集值控制与之连接两个独立的二级温控仪控制信号电路的开断；所述二级温控仪控制信号电路均包括分开关，以及由分开关控制的二级温控仪和加热板的交流接触器电路；通过控制两个交流接触器的接通，从而实现加热箱内加热板或对象的工作，同时两加热板上各自热电偶信号反馈给对应的二级温控仪，以反馈并调节热板加热温度。

Description

一种用于观测压电器件受热变形的加热箱控制系统及控制柜

技术领域

本发明涉及一种用于观测压电器件受热变形的加热箱控制系统及控制柜。

背景技术

伴随着科学技术的快速发展，人类不仅在传统领域内创造了巨大的物质财富，而且在微观领域同样取得了长足的进步。近年来，超精密的智能微/纳器件已逐步成为信息存储、精密机械制造、精密成像、半导体装备等新兴行业的核心技术。例如原子力显微镜的发明，为我们提供了一种高灵敏度的传感器件——微悬臂梁。从而可以构建以微悬臂梁为传感元件的传感器，并在汽车、航空航天、医药、生物、化学、环保、军事等领域具有广泛的应用前景。

压电材料，因其具有优良的力电耦合特性，常被应用于智能器件的设计。这些器件同样被广泛应用于许多精密观测仪器、土木工程或零部件结构的健康检测、水下目标的探测和定位、自然环境或振动源的能量收集等。

其中，压电层合结构，由于制备工艺简单、刚度和强度较高，加之具有优异的机电耦合特性，在新型智能器件的开发应用中逐渐受到青睐。但是，对于压电层合驱动器或压电微悬臂梁的具体应用环境下的各场耦合的研究相对较少，例如热温度场下压电层合梁的研究。因此，设计一种可应用于观测压电层合梁或压电微悬臂梁受热变形的加热箱，用于压电层合梁或压电微悬臂在温度场下的力电耦合特性的研究，具有非常高的科研意义。

相对于传统的加热箱控制柜和控制系统，既不能准确控制加热板或加热元件的加热温度，从而控制加热速度，也不能准确监测被测元件附件的温度，无法准确完成研究压电层合梁或其他待测器件受热变形时的温度场控制。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种用于观测压电器件受热变形的加热箱控制系统及控制柜，能够根据监测到的被测元件附件的温度，准确控制加热板或加热元件的加热温度，从而控制加热速度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于观测压电器件受热变形的加热箱的控制系统，包括：

总开关，被配置为控制整个加热箱的一级温控仪控制信号电路的开断，所述一级温控仪控制信号电路，被配置为采集加热箱内部的中间热电偶的温度，并根据采集值控制与之连接两个独立的二级温控仪控制信号电路的开断；

所述二级温控仪控制信号电路均包括分开关，以及由分开关控制的二级温控仪和加热板的交流接触器电路；

通过控制两个交流接触器的接通，从而实现加热箱内加热板或对象的工作，同时两加热板上各自热电偶信号反馈给对应的二级温控仪，以反馈并调节热板加热温度。

优选的，所述交流接触器电路替换为中间继电器电路。当接触器线圈线路接通时，接触器触点吸合，外部加热板电路接通。

所述中间热电偶用于监测被加热元件附近温度场温度，加热板上的热电偶用于监测加热板温度。

一种用于设置上述控制系统的控制柜，包括：

控制柜柜体，

设置于控制柜柜体内部的第一导轨和第二导轨；

设置于第一导轨上的多个接线端子，

设置于第二导轨上的多个接线端子、第一交流接触器和第二交流接触器，

以及设置于控制柜柜体表面的多级温控仪和多级开关；

接线端子、第一交流接触器、第二交流接触器、多级温控仪和多级开关的电路连接与控制系统相对应。

所述第一导轨为U型导轨布置在箱体中部。

所述第二导轨为U型导轨布置于箱体后部。

所述控制柜柜体的一侧开有两孔，分别为电源和温度信号线入口和加热导线出口。

所述控制柜柜体上设置有把手和滑轮。以方便拿取与运输。

所述接线端子，包括连接零线端子和其他端子，根据实际情况布置。

适用于上述控制系统或控制柜的加热箱结构，包括加热箱本体，所述加热箱本体内设置有两个加热板，所述加热板上均设置有热电偶，加热箱本体内设置有中间热电偶。

本发明的工作原理为：

通过固定于箱体前面中间位置的一级温控仪，根据中间热电偶监测到的被测元件附近温度场的温度信号，控制两侧的两个二级温控仪控制信号电路接通，进而间接控制两个交流接触器或中间继电器线圈电路的接通，从而实现外部加热板或对象的工作，同时两加热板上各自热电偶信号反馈给各自二级温控仪，控制各自加热板加热温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明采用一个一级温控仪，根据中间热电偶监测到的被测元件附近温度场的温度信号，控制两侧的两个二级温控仪控制信号电路接通，进而间接控制两个交流接触器或中间继电器线圈电路的接通。

2.本发明采用两个二级温控仪接收两加热板上各自热电偶的温度反馈信号，控制各自加热板加热温度，进而控制加热速度。

3.本发明采用两个交流接触器或中间继电器连接各自负载，可连接大功率负载。

4.本发明采用箱体易加工、器件互换性高，便于二次开发。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的整体控制柜内部视图；

图2为本发明的整体控制柜外部视图；

图3为本发明的控制系统的原理图；

图4为本发明的适用加热箱实施例结构示意图；

图5为本发明的适用加热箱实施例结构内侧图；

其中，1、箱体，2、分开关K2，3、二级温控仪W2，4、总开关K0，5、一级温控仪W0，6、分开关K1，7、二级温控仪W1，8、第一U型导轨，9、第二U型导轨，10、接线端子，11、第一交流接触器，12、第二交流接触器；

1-1基座，1-2固定下板，1-3前后固定支架，1-4固定上板，1-5左右固定支架，1-6激光测量头，1-7上盖板，1-8竖直前板，1-9陶瓷接线块，1-10中间热电偶，1-11竖直后板，1-12加热板，1-13被测压电层合梁或器件，1-14压电固定板，1-15垫板。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于区分不同部件或元件，而不能理解为指示或暗示某技术特征的数量。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不能准确控制加热板或加热元件的加热温度，从而控制加热速度，也不能准确监测被测元件附件的温度，无法准确完成研究压电层合梁或其他待测器件受热变形时的温度场控制的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种能够根据监测到的被测元件附件的温度，准确控制加热板或加热元件的加热温度，从而控制加热速度的控制柜和控制系统。

一种用于观测压电器件受热变形的加热箱控制柜及控制系统，包括箱体、开关、温控仪、接线端子、U型导轨、接触器、热电偶。所述温控仪包括一级温控仪和两个二级温控仪，一级温控仪处于二级温控仪的上一级，控制二级温控仪中控制信号线路接通。

所述温控仪，可以根据热电偶反馈的温度信号与温控仪设定温度之间的比较，控制自身控制信号电路的接通，为闭环反馈系统，同时实时显示热电偶所处位置温度。

所述箱体，左侧开有两孔，分别为电源和温度信号线入口和加热导线出口。

所述开关，包括总开关和两个分开关，总开关控制接通整个控制柜电路，分开关，分别控制左右两个温控仪的加热线路接通。

所述接线端子，包括连接零线端子和其他端子，可根据实际情况布置。

所述U型导轨，包括第一U型导轨和第二U型导轨，第一U型导轨布置在箱体中部，用于固定接线端子，第二U型导轨布置于箱体后部，用于固定接线端子和接触器或中间继电器。

所述接触器，为交流接触器或中间继电器，当接触器线圈线路接通时，接触器触点吸合，外部负载电路接通。

所述热电偶，包括中间热电偶和处于加热板上的热电偶，中间热电偶用于监测被加热元件附近温度场温度，加热板上的热电偶用于监测加热板温度。

本发明的工作原理为：

通过固定于箱体前面中间位置的一级温控仪，根据中间热电偶监测到的被测元件附近温度场的温度信号，控制两侧的两个二级温控仪控制信号电路接通，进而间接控制两个交流接触器或中间继电器线圈电路的接通，从而实现外部加热板或对象的工作，同时两加热板上各自热电偶信号反馈给各自二级温控仪，控制各自加热板加热温度。

如图1所示，本发明提供的用于观测压电器件受热变形的加热箱控制柜的内部视图。一级温控仪W0固定在箱体前面中上部，两个二级温控仪布置于一级温控仪两侧，并保持水平。总开关位于一级温控仪下方，分开关和分开关分别对应布置于二级温控仪下方，同样保持在同一水平线上。

第一U型导轨用螺栓固定于箱体底部中间位置，第二U型导轨用螺栓固定于箱体底部后方位置。接线端子根据实际需要固定于第一U型导轨和第二U型导轨上。

第一交流接触器和第二交流接触器并列固定于第二U型导轨上，用于连接负载。

如图2所示，本发明提供的用于观测压电器件受热变形的加热箱控制柜的外部视图。一级温控仪W0固定在箱体前面中上部，两个二级温控仪布置于一级温控仪两侧，并保持水平。总开关位于一级温控仪下方，分开关和分开关分别对应布置于二级温控仪下方，同样保持在同一水平线上。

如图3所示，本发明提供的用于观测压电器件受热变形的加热箱控制柜的原理图。

通过总开关控制控制柜总电路接通，固定于箱体前面中间位置的一级温控仪，根据中间热电偶监测到的被测元件附近温度场的温度信号，控制两侧的两个二级温控仪控制信号电路接通，进而间接控制两个交流接触器或中间继电器线圈电路的接通，从而实现外部加热板或对象的工作，同时两加热板上各自热电偶信号反馈给各自二级温控仪，控制各自加热板加热温度。

本发明通过一级温控仪和两个二级温控仪的组合实现了加热箱内温度的共同控制，既能实时显示加热箱温度，也可以通过设定二级温控仪上温度来控制加热板的加热温度，进而控制加热速度。

如图4、图5所示，一种适用于上述控制系统与控制柜的加热箱结构，包括：

基座，

设置于基座上的加热箱本体，为一具有可活动上盖的独立密闭箱体，

设置于加热箱本体内侧的压电器件固定板，

设置于压电器件固定板旁边的加热板，

设置于加热箱本体上盖上端、与上盖设置的透光孔位置相对应的激光测量头，

以及设置于加热箱本体内的温度测量模块；

通过加热板对加热箱本体内压电层合梁或器件进行加热，在加热箱本体的保温作用下，温度测量模块监测箱体内温度，激光测量头射出激光束检测压电层合梁或器件的竖直变形位移，以实现观测。

进一步的，所述加热箱本体包括竖直前板、竖直后板、第一侧板、第二侧板和上盖板，所述，竖直前板、第一侧板、竖直后板和第二侧板依次相连接，均垂直于基座上，形成矩形空间，上盖板设置于该矩形空间上端。

进一步的，所述第一侧板包括固定上板和固定下板，所述固定上板和固定下板同时固定于竖直前板和竖直后板上。

进一步的，所述加热板包括两块，加热板分别用固定上板和固定下板对称竖直固定，同时加热板上自带热电偶传感器，用于输出温度信号。

进一步的，所述上盖板固定于箱体最上方，与竖直前板、竖直后板和固定上板相固定，并且上盖板上开有透光孔，用于激光测量头激光束的射入。

进一步的，所述温度测量模块为中间热电偶，固定于竖直后板上，用于测量加热箱中部压电复合梁或器件的温度。

进一步的，所述压电器件固定板下设置有垫板，以支撑器件固定板并调节被测器件的高度。

进一步的，所述加热箱本体外侧设置有固定支架，固定支架包括前后固定支架和左右固定支架，前后固定支架用于调节激光测量头前后位置，左右固定支架用于调节激光测量头左右位置，共同调节固定激光测量头位置。

优选的，所述激光测量头为激光干涉仪测量头，可以实时测出压电层合梁或器件的竖直变形位移。

所述基板上设置有多个绝缘接线块。

基于上述加热箱结构的使用方法，通过加热板对加热箱本体内压电层合梁或器件进行加热，在加热箱本体的保温作用下，温度测量模块监测箱体内温度，调节激光测量头的角度，使得其射出激光束检测压电层合梁或器件的竖直变形位移，以实现观测。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种用于观测压电器件受热变形的加热箱的控制系统，其特征是：包括：总开关，被配置为控制整个加热箱的一级温控仪控制信号电路的开断，所述一级温控仪控制信号电路，被配置为采集加热箱内部的中间热电偶的温度，并根据采集值控制与之连接两个独立的二级温控仪控制信号电路的开断；

所述二级温控仪控制信号电路均包括分开关，以及由分开关控制的二级温控仪和加热板的交流接触器电路；

通过控制两个交流接触器的接通，从而实现加热箱内加热板或对象的工作，同时两加热板上各自热电偶信号反馈给对应的二级温控仪，以反馈并调节热板加热温度；

箱体最上方固定有上盖板，上盖板上开有透光孔，加热箱本体外侧设置有用于固定调节激光测量头的固定支架，激光测量头安装在此固定支架上。

2.如权利要求1所述的一种用于观测压电器件受热变形的加热箱的控制系统，其特征是：所述交流接触器电路替换为中间继电器电路，当接触器线圈线路接通时，接触器触点吸合，外部加热板电路接通。

3.如权利要求1所述的一种用于观测压电器件受热变形的加热箱的控制系统，其特征是：所述中间热电偶用于监测被加热元件附近温度场温度，加热板上的热电偶用于监测加热板温度。

4.一种用于设置如权利要去1-3中任一所述的控制系统的控制柜，其特征是：包括：

控制柜柜体，

设置于控制柜柜体内部的第一导轨和第二导轨；

设置于第一导轨上的多个接线端子，

设置于第二导轨上的多个接线端子、第一交流接触器和第二交流接触器，以及设置于控制柜柜体表面的多级温控仪和多级开关；

接线端子、第一交流接触器、第二交流接触器、多级温控仪和多级开关的电路连接与控制系统相对应。

5.如权利要求4所述的控制柜，其特征是：所述第一导轨为U型导轨布置在箱体中部。

6.如权利要求4所述的控制柜，其特征是：所述第二导轨为U型导轨布置于箱体后部。

7.如权利要求4所述的控制柜，其特征是：所述控制柜柜体的一侧开有两孔，分别为电源和温度信号线入口和加热导线出口。

8.如权利要求4所述的控制柜，其特征是：所述控制柜柜体上设置有把手和滑轮。

9.如权利要求4所述的控制柜，其特征是：所述接线端子，包括连接零线端子和其他端子，根据实际情况布置。

10.适用于如权利要求1-3中任一所述的控制系统或如权利要求4-9中任一所述的控制柜的加热箱结构，其特征是：包括加热箱本体，所述加热箱本体内设置有两个加热板，所述加热板上均设置有热电偶，加热箱本体内设置有中间热电偶。