CN111387098A - 一种带pid控制的恒温孵化器 - Google Patents

一种带pid控制的恒温孵化器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带PID控制的恒温孵化器，包括孵化器主体，所述孵化器主体包括保持孵化器稳定的底座和设置于底座上的用于附着鱼卵的柱状体，所述柱状体内部中空且顶部开有用于充水排气的顶部通孔，所述孵化器主体的内部固定设置有多个由线圈导线串联连接的、用于将外部电能转化为热能的加热线圈，所述加热线圈通过前馈控制回路和反馈控制回路调节电流强度进而改变生热量，本发明可以保持鱼卵处于恒温状态，不因水体温度的波动而影响孵化率，因此具有很大的推广前景和社会需求。

Description

一种带PID控制的恒温孵化器
技术领域
本发明涉及一种水族孵化装置，尤其涉及一种带PID控制的恒温孵化器。
背景技术
在水产养殖或者家庭水族箱中会养殖各种观赏鱼，其中有一些胎生鱼，但绝大多数是卵生鱼。其中一些卵生鱼如燕鱼、七彩神仙鱼是产卵繁殖，体外受精。雌鱼将卵粘附于光滑的柱状体或水草叶面上，而雄鱼尾随射精于卵子上使其受精。然后鱼卵在供养充足、温度适宜的条件下会自然孵化。也就是说，影响孵化的关键一个是水体中含氧量是否充足，一个是温度是否合适。
现在的主流孵化器中，只提供了光滑的柱状体供鱼卵附着，有的在水族箱中采用沙头来增氧，但始终没有解决温度波动变化的稳态。为了保持水温，水族箱中一般都会放置加热棒，当水温低于设定的下限值时，加热棒启动进行加热。当温度高于设定的上限值时，加热棒停止工作，水体的温度缓慢下降，直到低于下限值时再次加热，如此周期运行。由于水体的热容较大，也即瞬时导热性能有限，因此从加热棒开始工作到鱼卵感受到合适的水温需要一定的时间和过程：加热棒通过对流换热将热量传递给周围的水，然后水体通过自身的热传导将热量从高温处传递到孵化器处，并与孵化器和鱼卵通过对流换热将热量传递过去。因此，鱼卵承受的温度是呈波动变化的，对孵化率有较大的影响，波动较大会导致大量的鱼卵无法顺利孵化，形成“白卵”。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种带PID控制的可实现恒温控制的孵化器，可以保持鱼卵处于恒温状态，不因水体温度的波动而影响孵化率。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种带PID控制的恒温孵化器，包括孵化器主体，所述孵化器主体的内部固定设置有多个由线圈导线串联连接的、用于将外部电能转化为热能的加热线圈，所述加热线圈通过前馈控制回路和反馈控制回路调节电流强度进而改变生热量。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述反馈控制回路为闭环控制回路，包括由控制数据线依次连接设置于孵化器主体内部的测温热电偶A、将测温热电偶A测量的温度模拟信号转变为电信号的温度变送器A、接收温度变送器A发出的标准电信号的PID反馈控制器和接收PID反馈控制器的输出值的电流调节器，所述电流调节器的输入端连接电源，输出端连接加热线圈。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述前馈控制回路为开环控制回路，包括由控制数据线依次连接的设置于孵化器主体外部水体内的测温热电偶B、将测温热电偶B测量的温度模拟信号转变为电信号的温度变送器B、接收温度变送器B发出的标准电信号的PID前馈控制器和接收PID前馈控制器发出的输出值的电流调节器，所述电流调节器的输入端连接电源，输出端连接加热线圈。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述孵化器主体包括保持孵化器稳定的底座和设置于底座上的用于附着鱼卵的柱状体，所述柱状体内部中空且顶部开有用于充水排气的顶部通孔。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述测温热电偶A固定设置于柱状体内部靠近外表面的位置且控制数据线通过顶部通孔与温度变送器A连接。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述测温热电偶A设置为多个且为并联设置。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述测温热电偶B设置为多个且为并联设置。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述加热线圈和线圈导线固定设置于底座和柱状体的内部。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述孵化器主体为一体式结构。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
1、本发明采用前馈-反馈控制回路，当水体温度发生变化时，前馈控制回路提前改变线圈的生热量，以便克服温度传递的滞后，由于前馈是开环控制，为了保证控制的精确性，要添加反馈控制系统，反馈控制回路可以保证控制没有余差，即温度始终保持在设定值，没有温度波动，但控制的回路较长，存在滞后的问题，这个需要前馈控制回路来解决。本发明融合了两种控制的优点，采用前馈控制回路来克服温度传递的滞后问题，用反馈控制回路来形成控制的闭合回路，对控制调节的效果进行实时监测和纠正，使得整个控制回路为闭环控制回路。
2、本发明的装置可以保持鱼卵处于恒温状态，不因水体温度的波动而影响孵化率，因此具有很大的推广前景和社会需求。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明中孵化器主体的结构示意图；
图3是本发明的控制方框图。
其中，1、孵化器主体，2、加热线圈，3、线圈导线，4、测温热电偶A，5、控制数据线，6、温度变送器A，7 、PID反馈控制器，8、温度变送器B，9、 PID前馈控制器，10、电流调节器，11、测温热电偶B，12、底座，13、柱状体，14、顶部通孔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1至图3所示，一种带PID控制的恒温孵化器，包括一体式结构的孵化器主体1，所述孵化器主体1的内部固定设置有多个由线圈导线3串联连接的、用于将外部电能转化为热能的加热线圈2，所述孵化器主体1包括保持孵化器稳定的底座12和设置于底座12上的用于附着鱼卵的柱状体13，所述柱状体13内部中空且顶部开有用于充水排气的顶部通孔14。所述加热线圈2和线圈导线3固定设置于底座12和柱状体13的内部。所述加热线圈2通过前馈控制回路和反馈控制回路调节电流强度进而改变生热量。
所述反馈控制回路为闭环控制回路，包括由控制数据线5依次连接设置于孵化器主体1内部的测温热电偶A4、将测温热电偶A4测量的温度模拟信号转变为电信号的温度变送器A6、接收温度变送器A6发出的标准电信号的PID反馈控制器7和接收PID反馈控制器7的输出值的电流调节器10，所述电流调节器10的输入端连接电源，输出端连接加热线圈2。所述测温热电偶A4设置为多个且并联固定设置于柱状体13内部靠近外表面的位置且控制数据线5通过顶部通孔14与温度变送器A6连接，测温热电偶A4可以采用一个或者多个，若采用多个测温热电偶A4则采用并联的方式连接，从而采用多个测量结果的平均值为控制依据。反馈控制回路可以保证控制没有余差，即温度始终保持在设定值，没有温度波动，但控制的回路较长，存在滞后的问题，这个需要前馈控制回路来解决。
所述前馈控制回路为开环控制回路，包括由控制数据线5依次连接的设置于孵化器主体1外部水体内的测温热电偶B11、将测温热电偶B11测量的温度模拟信号转变为电信号的温度变送器B8、接收温度变送器B8发出的标准电信号的PID前馈控制器9和接收PID前馈控制器9发出的输出值的电流调节器10，测温热电偶B11可以采用一个或者多个，若采用多个测温热电偶B11则采用并联的方式连接，从而采用多个测量结果的平均值为控制依据。所述电流调节器10的输入端连接电源，输出端连接加热线圈2。前馈控制回路的目的是克服滞后，鱼卵温度发生变化的前提是其附着的孵化器表面以及周围水体温度发生变化，当水体温度发生变化时，孵化器温度需要一定的对流换热时间才会发生变化，而当孵化器温度变化后多个加热线圈2才开始改变发热量，需要一定的时间才会传递至鱼卵，导致鱼卵温度的滞后。前馈控制回路提前改变线圈的生热量，以便克服温度传递的滞后，由于前馈是开环控制，为了保证控制的精确性，要添加反馈控制回路。
本发明融合了两种控制的优点，采用前馈控制回路来克服温度传递的滞后问题，用反馈控制回路来形成控制的闭合回路，对控制调节的效果进行实时监测和纠正，使得整个控制回路为闭环控制回路。本发明的装置可以保持鱼卵处于恒温状态，不因水体温度的波动而影响孵化率。
实施例1：
当水族箱加热棒停止工作一段时间后，孵化器和鱼卵周围的水体温度将持续下降。测温热电偶B11测得水体温度降低后将测量值传递给温度变送器B8，温度变送器B8将测量值的模拟信号转变为PID前馈控制器9可识别的标准电信号，在PID前馈控制器9前端部分设有设定值，设定值与测量值之间的差值称为偏差。PID前馈控制器9根据偏差，给出相应的输出值并传递给电流调节器10，用以改变孵化器的输入电流强度，即调节多个加热线圈2的生热量，提前对孵化器进行加热。
测温热电偶A4测得孵化器的温度，将测量值传递给温度变送器A6，温度变送器A6将测量值的模拟信号转变为PID反馈控制器7可识别的标准电信号，在PID反馈控制器7前端部分设有设定值，设定值与测量值之间的差值称为偏差。PID反馈控制器7根据偏差，给出相应的输出值并传递给电流调节器10，用以改变孵化器的输入电流强度，即调节多个加热线圈2的生热量。根据想要保持的温度，PID反馈控制器7通过电流调节器10对电流强度进行调节，调节完成后，测温热电偶A4将持续测量孵化器温度，持续调节和改变电流强度，以保证孵化器温度始终等于设定值。
由于孵化器周围包围着水体，为了保持孵化器的温度稳定，也会对周围水体进行一定的加热。这样，鱼卵附着的孵化器温度保持恒定，而周围的水体温度波动也相对较小，因此鱼卵的孵化温度的整体波动将很小，极大的提高了孵化的成功率。
实施例2：
当水族箱加热棒开始工作对水体进行加热一段时间后，孵化器和鱼卵周围的水体温度将持续升高。测温热电偶B11测得水体温度升高后，PID前馈控制器9根据设定值减小电流调节器10的输出电流强度，甚至停止电流的输入，提前对孵化器进行降温。测温热电偶A4测得孵化器的温度，根据想要保持的温度，PID反馈控制器7通过电流调节器10对电流强度进行调节，以保证孵化器的温度保持恒定。

Claims (9)

1.一种带PID控制的恒温孵化器，其特征在于：包括孵化器主体（1），所述孵化器主体（1）的内部固定设置有多个由线圈导线（3）串联连接、用于将外部电能转化为热能的加热线圈（2），所述加热线圈（2）通过前馈控制回路和反馈控制回路调节电流强度进而改变生热量。
2.根据权利要求1所述的一种带PID控制的恒温孵化器，其特征在于：所述反馈控制回路为闭环控制回路，包括由控制数据线（5）依次连接设置于孵化器主体（1）内部的测温热电偶A（4）、将测温热电偶A（4）测量的温度模拟信号转变为电信号的温度变送器A（6）、接收温度变送器A（6）发出的标准电信号的PID反馈控制器（7）和接收PID反馈控制器（7）输出值的电流调节器（10），所述电流调节器（10）的输入端连接电源、输出端连接加热线圈（2）。
3.根据权利要求1所述的一种带PID控制的恒温孵化器，其特征在于：所述前馈控制回路为开环控制回路，包括由控制数据线（5）依次连接的设置于孵化器主体（1）外部水体内的测温热电偶B（11）、将测温热电偶B（11）测量的温度模拟信号转变为电信号的温度变送器B（8）、接收温度变送器B（8）发出的标准电信号的PID前馈控制器（9）和接收PID前馈控制器（9）输出值的电流调节器（10），所述电流调节器（10）的输入端连接电源、输出端连接加热线圈（2）。
4.根据权利要求2或3所述的一种带PID控制的恒温孵化器，其特征在于：所述孵化器主体（1）包括保持孵化器稳定的底座（12）和设置于底座（12）上的用于附着鱼卵的柱状体（13），所述柱状体（13）内部中空且顶部开有用于充水排气的顶部通孔（14）。
5.根据权利要求4所述的一种带PID控制的恒温孵化器，其特征在于：所述测温热电偶A（4）固定设置于柱状体（13）内部靠近外表面的位置且控制数据线（5）通过顶部通孔（14）与温度变送器A（6）连接。
6.根据权利要求5所述的一种带PID控制的恒温孵化器，其特征在于：所述测温热电偶A（4）设置为多个且为并联设置。
7.根据权利要求4所述的一种带PID控制的恒温孵化器，其特征在于：所述测温热电偶B（11）设置为多个且为并联设置。
8.根据权利要求4所述的一种带PID控制的恒温孵化器，其特征在于：所述加热线圈（2）和线圈导线（3）固定设置于底座（12）和柱状体（13）的内部。
9.根据权利要求4所述的一种带PID控制的恒温孵化器，其特征在于：所述孵化器主体（1）为一体式结构。
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