CN107861543A - 一种微型拉伸试验机用温控箱 - Google Patents

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许杨剑
阮洪势
韩威
马天杰
单庆鹏
潘常良
李攀磊
许雷
唐哲韬
赵帅
梁利华
王效贵
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Zhejiang University of Technology ZJUT
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Zhejiang University of Technology ZJUT
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    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
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Abstract

一种微型拉伸试验机用温控箱，包括材料处理箱和温度控制箱，两个箱体的顶面都设有用于密封的箱盖，两个箱体由隔热波纹管连接；温度控制箱内设有加热电阻和液氮阀，液氮阀与液氮储存罐连接，在温度控制箱、材料处理箱的侧壁上设有用于检测温度的k型热电偶；所述波纹管进出口处设有风扇；在处理箱两端的侧壁上各设有一个用于安装特定夹具的开口；加热电阻、液氮阀及风扇与控制装置连接。本发明通过热电偶加热，通过风扇促进暖风对流；同时控制液氮制冷，使材料处理箱和温度处理箱的温度得到精确控制，操作简单、直观、智能化，成本低，能同时实现制冷和加热两用。

Description

一种微型拉伸试验机用温控箱
技术领域
本发明涉及一种温控箱，特别涉及一种微型拉伸试验机用温控箱。
背景技术
温度是在疲劳拉伸实验中占有很重要的原因，特别是在微小试样的拉伸中，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，温度控制是拉伸实验中需要控制的重要条件，在工业生产中温度测量的准确性直接影响产品的质量与生产效益。
现有的温控箱，操作复杂、成本高，且智能化程度低。随着微电子技术的不断发展，小型化甚至微型化成为各种设备的发展潮流与方向。对于微型拉伸试验机，这种需要有限空间的独特需求，往往对温控箱的要求更高。
发明内容
为解决现有技术的不足，提供一种微型拉伸试验机用温控箱，这种温控箱结构合理，操作简便，温度调整精确。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种微型拉伸试验机用温控箱，包括材料处理箱和温度控制箱，两个箱体的顶面都设有用于密封的箱盖，两个箱体由隔热波纹管连接；温度控制箱内设有加热电阻和液氮阀，液氮阀与液氮储存罐连接，在温度控制箱、材料处理箱的侧壁上设有用于检测温度的k型热电偶；所述波纹管进出口处设有风扇；在处理箱两端的侧壁上各设有一个用于安装特定夹具的开口；加热电阻、液氮阀及风扇与控制装置连接。
K型热电偶可以直接测量各种从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度；相较其他类型的热电偶，k型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，因此k型热电偶在测温中使用最为广泛。
在波纹管进出口处设风扇，加强了暖风对流的效率。
本发明通过热电偶加热，通过风扇促进暖风对流；同时控制液氮制冷，使材料处理箱和温度处理箱的温度得到精确控制，操作简单、直观、智能化，成本低，能同时实现制冷和加热两用。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为根据本发明温度控制系统的工作流程图。
图3为本发明温度控制系统中的H桥驱动电路示意图。
图4为本发明采用的PID算法示意图。
图5为材料处理箱的结构示意图。
图中标记为：温度控制箱1、材料处理箱2、箱盖3、加热电阻4、热电偶5、波纹管6、液氮储存罐7、液氮阀8、风扇9、处理材料10，材料专用夹具101。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
一种微型拉伸试验机用温控箱，包括材料处理箱2和温度控制箱1，两个箱体的顶面都设有用于密封的箱盖3，两个箱体由隔热波纹管6连接；温度控制箱内设有加热电阻4和液氮阀8，液氮阀与液氮储存罐7连接，在温度控制箱、材料处理箱的侧壁上设有用于检测温度的k型热电偶5；所述波纹管进出口处设有风9扇；在处理箱两端的侧壁上各设有一个用于安装特定夹具101的开口；加热电阻、液氮阀及风扇与控制装置连接。
控制装置获取包含k型热电偶温度传感器的温度信号，对加热电阻、液氮阀进行控制使得温度保持在设定水平。
设定目标温度，控制装置根据k型热电偶探测得到的处理箱的温度，对处理箱进行制冷或者加热，直到处理箱的温度恒定于设定的目标温度，可实现温控箱的自动恒温。
控制装置的中央微处理器根据所述温度传感器探测到的处理箱的温度，判断预先设定的目标温度，采用比例-积分-微分PID算法计算得到制冷或者加热的控制信号，驱动液氮阀开关，或者驱动加热管加热；当然，液氮阀和加热管在同一时间只有一方工作。
设定温度预值，通过控制装置对温度控制电路进行调控。在加热时，加热电阻通电释放热量，风扇通电经隔热波纹管将热风送入材料处理箱并在封闭箱体内形成热力循环。由于处理箱空间较小，热风能够准确地对材料进行加热。材料处理箱和温度控制箱侧壁上的热电偶对箱体内的温度进行实时监测并反馈数据回控制装置，控制装置通过对数据的处理和分析来调节加热电流大小和风扇功率。制冷时，通过单片机控制液氮阀的开口大小来调节液氮流量，其余操作与加热时相同。
PID计算的公式如下：
式中：Kc、Kc、Kc为比例系数；t为积分时间常数；dt为微分时间常数
通过对三个系数的调整来实现对制冷或者加热的控制信号的精确调整。PID系数调整一般为手工调整

Claims (1)

1.一种微型拉伸试验机用温控箱，包括材料处理箱和温度控制箱，其特征在于两个箱体的顶面都设有用于密封的箱盖，两个箱体由隔热波纹管连接；温度控制箱内设有加热电阻和液氮阀，液氮阀与液氮储存罐连接，在温度控制箱、材料处理箱的侧壁上设有用于检测温度的k型热电偶；所述波纹管进出口处设有风扇；在处理箱两端的侧壁上各设有一个用于安装特定夹具的开口；加热电阻、液氮阀及风扇与控制装置连接。
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