CN111457618A - 一种恒温控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于温度控制技术领域，特别涉及一种恒温控制装置。利用物质或溶液在相变过程中产生的体积变化，驱动执行机构控制制冷(或加热)元件设备启停工作，使装置内空间恒定温度在相变温度点。选择进行相变的物质或溶液，要求在相变温度点有体积变化。根据所需恒定温度点的要求，可以通过选用不同物质或对溶液进行不同的配比，制取不同的相变温度点溶液。借助体积变化驱动的执行机构，可以为活塞装置，亦可以为其它的动作装置。驱动执行机构与制冷或加热电路的控制开关连接，通过驱动执行机构控制电路开关的闭合与断开。

Description

一种恒温控制装置

技术领域

本发明属于温度控制技术领域，特别涉及一种恒温控制装置。

背景技术

在工业领域，温度、压力、流量是最常见的三大被检测的物理参数，其中最广泛的还是温度量的测量。随着电子技术、计算机技术的飞速发展，对现场温度的测量和由过去的刻度温度计、指针温度计向数字显示的智能温度计发展，而且，对测量的精度要求也越来越高。

热电偶是温度测量仪表中最常用的测温元件，测量温度的基本原理是利用“热电效应”，把温度信号转换成热电动势信号，根据热电动势与温度的函数关系，通过温度变送器转换成4-20mA信号引入到控制系统显示温度，取得测量的温度数据。

通过热电动势与温度的函数关系，列出的对应数值称为分度表。分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。从热电效应原理可知，其热电动势与两端温度均有关，而分度表是在冷端温度为0℃的条件下给出的。但在实际使用时，冷端常常靠近被测物，且受环境温度的影响，其温度无法保持0℃，这样就产生了测量误差。所以必须采取相应的措施来进行补偿或修正，常用的方法有冷端恒温法、补偿导线法、补偿电桥法、计算修正法等。通过计算的方式进行补偿，因计算精度问题直接影响温度测量精度。进行冷端补偿的最佳方式为热电偶冷端直接提供0℃的工作环境条件。通常将其直接放入冰水混合物中，因冰水混合物需要不断添加冰块，不具备自动恒温功能，因此难以工业应用。

发明内容

本发明利用液态物质或溶液在相变过程的物理化学特性变化，制造一种在相变温度点自动恒温的装置设备。可用于热电偶冷端补偿，亦可以用于其它需要恒温环境的装置设备。恒温环境可以通过选用不同相变温度点的物质，设定为0℃或其它温度点。

本发明技术方案如下：

一种恒温控制装置，包括：电源1、连接电路2、开关3、执行机构4、保温层5、恒温空间6、恒温仓7、相变物质8、制冷或者加热元件9；

恒温仓内装有相变物质，相变物质根据所需恒定温度点的要求选择不同物质或者溶液进行不同配比制取，相变物质在相变过程中发生体积变化；

恒温仓外设有保温层，保温层用于防止热量散失；

恒温空间伸入恒温仓，恒温空间作为工作空间；

恒温仓下方设有制冷或加热元件；电源通过控制开关与制冷或加热元件相连并为制冷或加热元件供电；

执行机构设于恒温仓上并与恒温仓连通，执行机构与开关连接，相变物质在相变过程中产生的体积变化驱动执行机构动作控制开关的通断从而控制冷或加热元件启停工作，实现恒温空间内温度稳定在相变温度点。

本发明技术方案特点和进一步改进：

1、优选地，所述制冷或加热元件为帕尔贴，帕尔贴设置在恒温仓下方；帕尔贴通过开关与电源相连；当工作环境温度高于所需恒定温度时，帕尔贴通入正向电流，帕尔贴制冷；当工作环境温度低于所需恒定温度时，帕尔贴通入反向电流，帕尔贴制热。通入反向电流可以通过反接电源实现。

2、优选地，所述制冷或加热元件为：帕尔贴、导热翅片板和风扇；

帕尔贴下方连接导热翅片板，导热翅片板用于将帕尔贴的热量传递到环境中；

导热翅片板下方设有风扇，风扇用于加快导热翅片板热量的传递。

3、优选地，所述制冷或加热元件为：帕尔贴、散热水泵、水管、水冷散热排和风扇；

散热水泵设于帕尔贴下方，散热水泵通过水管与水冷散热排相连，散热水泵用于将帕尔贴传递的热量传导至水冷散热排；

水冷散热排下设置风扇，风扇用于加快水冷散热排将热量传递至环境中。利用水冷可以快速传递更多热量，可以满足快速达到恒温温度点要求。

4、优选地，所述制冷或加热元件包括：蒸发器、冷凝器、压缩机和压缩机管路；

蒸发器设于恒温仓下方，蒸发器通过压缩机及压缩机管路与冷凝器相连；

压缩机通过开关与电源相连，压缩机用于将蒸发器吸收的来自恒温仓的热量传递至冷凝器，并由冷凝器将热量传递至环境中。用于大功率制冷的设备工况。

5、优选地，执行机构与恒温仓分离，执行机构通过连接管路与恒温仓连通。该结构便于驱动执行机构4与恒温仓7分离的布置方案，使整体装置内部空间布置更灵活。

6、优选地，恒温仓内包括相变物质和其他物质，所述相变物质为胶囊存储形式，胶囊数量为1个或多个，胶囊为椭球型且具有弹性，体积可以膨胀收缩；

其他物质的相变温度点低于胶囊内相变物质的相变温度点。相变物质以胶囊形式散布与这个恒温仓内，有利于恒温仓内温度均匀。可有效控制相变物质或溶液的总量，便于设备计量、装配。

7、优选地，还包括调节控制机构，所述调节控制机构包括：调节执行机构23、固定件24和调整限位器25；

调节执行机构通过管路与恒温仓连通；调节执行机构与固定件连接固定，调整限位器通过改变位置，限制调节执行机构的活塞行程；

所述调节控制机构用于通过控制调节执行机构行程从而控制恒温仓内相变前后两种状态的相变物质的混合比例，实现对恒温空间内温度的精确调节。

8、优选地，所述相变物质也可以为体积对温度变化敏感但不会产生相变的物质。

本发明可以为热电偶的冷端提供0℃恒定温度环境，提高热电偶测量精度。也可以用于其它需要恒温环境的装置设备。

附图说明

图1.恒温装置结构示意图；

图2.恒温装置实施例1示意图；

图3.恒温装置实施例2示意图；

图4.恒温装置实施例3示意图；

图5.恒温装置实施例4示意图；

图6.恒温装置实施例5示意图；

图7.恒温装置实施例6示意图；

图中，1-电源、2-连接电路、3-控制开关、4-驱动执行机构、5-保温层、6-恒温空间、7-恒温仓、8-相变物质或溶液、9-制冷或加热元件、10-半导体制冷片、11-导热翅片版、12-风扇、13-散热水泵、14-水管、15-水冷散热排、16-连接管路、17-蒸发器、18-冷凝器、19压缩机、20压缩机管路、21-相变物质或溶液胶囊、22-低温相变温度点物质或溶液、23-调节执行机构、24-固定件、25-调整限位器。

具体实施方式

本发明采用的技术方案：利用物质或溶液在相变过程中产生的体积变化，驱动执行机构控制制冷(或加热)元件设备启停工作，使装置内空间恒定温度在相变温度点。选择进行相变的物质或溶液，要求在相变温度点有体积变化。根据所需恒定温度点的要求，可以通过选用不同物质或对溶液进行不同的配比，制取不同的相变温度点溶液。相变物质或溶液也可以采用体积对温度变化较为敏感但不会产生相变的液体，如水银。借助体积变化驱动的执行机构，可以为活塞装置，亦可以为其它的动作装置。驱动执行机构与制冷或加热电路的控制开关连接，通过驱动执行机构控制电路开关的闭合与断开。

本发明装置工作原理见图1。主要由电源1、连接电路2、控制开关3、驱动执行机构4、保温层5、恒温空间或热电偶冷端工作空间6、恒温仓7、相变物质或溶液8、制冷或加热元件9等部件组成。

以相变物质是水为例，恒温控制温度点为0℃，相变过程中部分水变成冰，体积增大。驱动执行机构产生动作，驱动执行机构伸出或收回。驱动执行机构动作带动制冷电路控制开关断开，停止制冷工作，装置温度不再降低。因环境温度高于装置的恒温温度，通过热量传递使装置的温度升高，装置内冰吸收传递的热量产生融化，体积缩小。驱动执行机构产生动作，驱动执行机构收回或伸出。活塞动作带动制冷电路控制开关闭合，启动制冷工作。不断往复动作，装置内空间恒定在相变温度点附近，实现恒温功能。

制冷元件采用半导体制冷片，又名帕尔贴，或由压缩机、蒸发器、冷凝器构成的制冷装置。

当装置工作环境温度低于需要恒定的温度点时，可以通过半导体制冷片帕尔贴反向通电，对装置进行加热，实现整个装置的恒定温度。

下面结合附图对本发明实施例进行进一步说明。

实施例1：

如图2所示，本案例结构主要由电源1、连接电路2、控制开关3、驱动执行机构4、保温层5、恒温空间或热电偶冷端工作空间6、恒温仓7、相变物质或溶液8、半导体制冷片10、导热翅片板11、风扇12等部件组成。电源采用直流电源，连接电路按所需电流配置。控制开关为常闭型，电源通电后，电路连通，制冷元件进行制冷。达到相变温度点后，恒温仓内物质或溶液体积变化，驱动执行机构发生动作，使控制开关断开，电路断路，制冷元件停止工作。当环境温度高于装置的恒温温度，通过环境自然传导的热量使装置的温度升高，装置内物质或溶液吸收传递的热量产生相变，体积变化，驱动执行机构发生动作，是控制开关闭合，电路连通，制冷元件工作。往复动作，装置恒定在相变温度点附近。

制冷元件采用半导体制冷片，又名帕尔贴。通入正向电流，半导体制冷片制冷；反向通电，半导体制冷片制热。当装置工作环境温度高于所需恒定温度时，装置处于吸热状态，半导体制冷片需要采用制冷功能。当装置工作温度低于所需恒定温度时，装置处于散热状态，半导体制冷片需要采用制热功能。可以采用单片半导体制冷片，亦可以采用多片半导体制冷片构成制冷单元组。通过反接电源的方式为帕尔贴通入反向电流。

恒温仓内物质或溶液，须选用在需要的恒定温度点产生相变的物质或溶液，且在相变过程中发生体积变化。可以是水、水银、乙醇等物质，亦可以选用乙醇溶液、盐水溶液等，通过物质的选择或溶液的成分配比，选择符合恒定温度点进行相变的物质或溶液。

实施例2：

如图3所示，本案例结构主要由电源1、连接电路2、控制开关3、驱动执行机构4、保温层5、恒温空间或热电偶冷端工作空间6、恒温仓7、相变物质或溶液8、半导体制冷片10、散热水泵13、水管14、水冷散热排15、风扇12等部件组成。主要工作原理与实施例1相同，与实施例1主要差别在于，该实施例采用散热水泵将半导体制冷的产生的热量带出，通过水管14连通，冷却液在散热水泵13与水冷散热排15间循环，将热量传递到水冷散热排上，再通过风扇12将热量传递到外界。该实施例优势在于，利用水冷可以快速传递更多热量，可以满足快速达到恒温温度点要求。

实施例3：

如图4所示，本案例结构主要由电源1、连接电路2、控制开关3、驱动执行机构4、保温层5、恒温空间或热电偶冷端工作空间6、恒温仓7、相变物质或溶液8、蒸发器17、冷凝器18、压缩机19、制冷剂及管路20等部件组成。该实施例的制冷或加热元件9由蒸发器17、冷凝器18、压缩机19、制冷剂及管路20构成。该实施例适用于大功率制冷的设备工况。该实施例亦可同时配备实施例1或实施例2的制冷或加热元件配置方案，作为该实施例的制冷或加热功能的补充。

实施例4：

如图5所示，本案例结构主要由电源1、连接电路2、控制开关3、驱动执行机构4、保温层5、恒温空间或热电偶冷端工作空间6、恒温仓7、相变物质或溶液8、制冷或加热元件9等部件组成。制冷或加热元件9可以由实施例1的半导体制冷片10、导热翅片板11、风扇12、管路16构成；也可以由实施例2的半导体制冷片10、散热水泵13、水管14、水冷散热排15、风扇12构成。

在实施例1和3的基础上，主要将驱动执行机构4与恒温仓7分离，通过管路16连通。该结构便于驱动执行机构4与恒温仓7分离的布置方案，使整体装置内部空间布置更灵活。

实施例5：

如图6所示，本案例结构主要由电源1、连接电路2、控制开关3、驱动执行机构4、保温层5、恒温空间或热电偶冷端工作空间6、恒温仓7、相变物质或溶液胶囊21、低相变温度点物质或溶液22、制冷或加热元件9等部件组成。

此实施例在实施例1-4的基础上，将恒温仓内存储的相变物质或溶液改为胶囊存储方式，胶囊的数量可以为1或若干数量。胶囊外形可以为球型、椭球、立方、长方体、四面体、六面体等任意形式。胶囊要求具有弹性，可以体积膨胀收缩。在恒温仓内充满其它物质或溶液，其它物质或溶液的相变温度点低于胶囊内物质或溶液相变温度点。

此案例因相变物质或溶液以胶囊形式散布与这个恒温仓内，有利于恒温仓内温度均匀。可有效控制相变物质或溶液的总量，便于设备计量、装配。

实施例6：

如图7所示，此实施例在实施例1-5的基础上，增加调节控制机构。该调节控制机构由调节执行机构23、固定件24、调整限位器25构成。调节执行机构23通过管路与恒温仓7连接，或与驱动执行机构的连接管路16进行连接。

调节执行机构23与固定件24连接固定，调整限位器通过改变位置，限制调节执行机构的活动塞体行程位置。调整限位器可以由螺纹控制，通过螺纹旋转调整限位器伸出端距离调节执行机构23的塞体移动端的距离，从而限制调节执行机构的塞体移动的最大行程。调整限位器也可由阶梯台或锁紧螺钉进行调节位置固定，只要可起到限制调节执行机构的行程位置即可。该调节控制机构工作原理是利用对调节执行机构行程的控制，达到控制恒温仓内物质或溶液相变后，仓内相变前后两种状态的物质的混合比例，实现对恒温空间或热电偶冷端工作空间6内温度的精确调节。

Claims (9)

1.一种恒温控制装置，其特征在于：所述装置包括：电源(1)、连接电路(2)、开关(3)、执行机构(4)、保温层(5)、恒温空间(6)、恒温仓(7)、相变物质(8)、制冷或者加热元件(9)；

恒温仓内装有相变物质，相变物质根据恒温空间所需恒定温度点的要求选择不同物质或者溶液；

恒温仓外设有保温层，保温层用于防止热量散失；

恒温空间伸入恒温仓，恒温空间作为工作空间；

恒温仓下方设有制冷或加热元件；电源通过控制开关与制冷或加热元件相连并为制冷或加热元件供电；

执行机构设于恒温仓上并与恒温仓连通，执行机构与开关控制端连接，相变物质在相变过程中产生的体积变化驱动执行机构动作控制开关的通断从而控制冷或加热元件启停工作，实现恒温空间内温度稳定在相变温度点。

2.根据权利要求1所述的一种恒温控制装置，其特征在于：所述制冷或加热元件为帕尔贴，帕尔贴设置在恒温仓下方；帕尔贴通过开关与电源相连。

3.根据权利要求2所述的一种恒温控制装置，其特征在于：所述制冷或加热元件还包括：导热翅片板和风扇；

帕尔贴下方连接导热翅片板，导热翅片板用于将帕尔贴的热量传递到环境中；

导热翅片板下方设有风扇，风扇用于加快导热翅片板热量的传递。

4.根据权利要求2所述的一种恒温控制装置，其特征在于：所述制冷或加热元件还包括：散热水泵、水管、水冷散热排和风扇；

散热水泵设于帕尔贴下方，散热水泵通过水管与水冷散热排相连，散热水泵用于将帕尔贴传递的热量传导至水冷散热排；

水冷散热排下设置风扇，风扇用于加快水冷散热排将热量传递至环境中。

5.根据权利要求1所述的一种恒温控制装置，其特征在于：所述制冷或加热元件包括：蒸发器、冷凝器、压缩机和压缩机管路；

蒸发器设于恒温仓下方，蒸发器通过压缩机及压缩机管路与冷凝器相连；

压缩机通过开关与电源相连，压缩机用于将蒸发器吸收的来自恒温仓的热量传递至冷凝器，并由冷凝器将热量传递至环境中。

6.根据权利要求1-5所述的一种恒温控制装置，其特征在于：执行机构通过连接管路与恒温仓连通。

7.根据权利要求6所述的一种恒温控制装置，其特征在于：恒温仓内包括相变物质和填充物质，所述相变物质为胶囊存储形式，胶囊数量为1个或多个，胶囊为椭球型且具有弹性，体积可以膨胀收缩；

填充物质的相变温度点低于胶囊内相变物质的相变温度点。

8.根据权利要求7所述的一种恒温控制装置，其特征在于：还包括调节控制机构，所述调节控制机构包括：调节执行机构(23)、固定件(24)和调整限位器(25)；

调节执行机构通过管路与恒温仓连通；调节执行机构与固定件连接固定，调整限位器通过改变位置，限制调节执行机构的活塞行程；

所述调节控制机构用于通过控制调节执行机构行程从而控制恒温仓内相变前后两种状态的相变物质的混合比例，实现对恒温空间内温度的精确调节。

9.根据权利要求1所述的一种恒温控制装置，其特征在于：所述相变物质也可以为体积对温度变化敏感但不会产生相变的物质。

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