CN112114602B - 一种控温方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控温方法和系统，方法为在温场中将温变灵敏点设置控温温度计，在被控物体上设置监测温度计，控温步骤如下：令Tcm=Twm，当｜Tc‑Twm｜＜△T1℃，且Tw前后一分钟变化小于△T2℃时，则Tc和Tw都接近稳定；利用Tcm=Tc+n(i)*（Twm‑Tw），开始第i次降/升温，n(i)为第i次降温/升温的比例系数，i=2、3、4…；经过i次循环运行后，当Tw=Twm±△T时，判断Tw已经达到Twm，维持当前温度稳定运行；控温系统包括设备内箱、隔板、加热器、蒸发器、循环风机、控温温度计、监测温度计。本发明具有控温精度高、稳定性强的特点，具有较高的推广应用价值。

Description

一种控温方法和系统

技术领域

本专利申请属于温度控制技术领域，更具体地说，是涉及一种控温方法和系统。

背景技术

冷库、高低温试验箱等需要控制温度的设备中，控温温度计一般安装在循环风机出风口或者回风口。PID等控温参数是以控温温度计来进行调试、整定的。实际使用中，用户往往更关心的是放置在设备中的被控物体的实际温度。被控物体温度和出风口存在温度差，PID等控制参数也不一样。如果采用控温温度计的PID来控制被控物体温度，会出现过冲大、平衡时间长、波动大，甚至无法稳定的情况。有的厂商设置了出风口和被控物体两套PID。由于被控物体的体积、重量、热容的不确定性，以及温度计安装位置的不同，一套PID无法满足精确的控温要求。

经过分析得知，在温场中，出风口温度和被控物体温度的差异来自于温度传感器离蒸发器、加热器的距离，以及温度传感器所在点的风速、温度传感器及其测温物体的热容等因素。在温场中，距离蒸发器、加热器越近，风速越大，温度传感器及其测温物体的热容越小（出风口只有传感器本身热容），温度反应越灵敏。温度反应灵敏的传感器温度稳定后，温场内其他点的温度也就稳定了。因此，选择恰当的出风口的温度，就可以达到想要的被控物体温度。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种控温方法和系统，利用出风口温度计及其PID来控制被控物体温度达到设定值并稳定下来。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种控温方法，在需要控温的场合，在温场中将温变灵敏点设置控温温度计，在被控物体上设置监测温度计，通过控制控温温度计的当前温度，使得监测温度计的温度达到目标温度值；其中控温温度计显示出的温变灵敏点的当前温度为Tc，温变灵敏点的目标温度为Tcm，监测温度计显示出的被控物体的当前温度为Tw，被控物体的目标温度为Twm，具体控温过程如下：

步骤一、第一次降温/升温作业：首先将Twm赋予Tcm，也就是令Tcm=Twm时即开始第一次降温/升温作业；

步骤二、条件判断：当｜Tc-Twm｜＜△T1℃，并且Tw前后一分钟变化小于△T2℃时，认为Tc和Tw都接近稳定；

步骤三、第i次降温/升温作业：将Tc加上Twm和Tw的差值之和赋予Twm，即Tcm=Tc+n(i)*（Twm-Tw），开始第i次降温/升温作业，式中n(i)为第i次降温/升温的比例系数，i为大于等于2的自然数，也就是i=2、3、4…；

步骤四、循环运行：步骤二和步骤三经过i次循环运行后，当Tw=Twm±△T时，判断被控物体的当前温度Tw已经达到被控物体的目标温度Twm，维持当前温度稳定运行，其中△T为允许的温度波动值。

本发明技术方案的进一步改进在于：△T1为0.2-0.5℃，△T2为1.5-2.5℃，n(i)为等差数列，△T为0.1-0.6℃。

本发明技术方案的进一步改进在于：n(i)=1，公差为0。

本发明技术方案的进一步改进在于：n(i)中，n(2)=1，公差为0.2-0.8。

本发明技术方案的进一步改进在于：温变灵敏点为出风口。

一种控温系统，用于实现上述的控温方法，包括设备内箱、设置在设备内箱中并将设备内箱分割为工作室和风道两部分的隔板、设置在风道内的加热器和蒸发器、设置在风道内的设备内箱顶部的循环风机、与循环风机对应设置在设备内箱上的控温温度计、设置在工作室内的被控物体、放置在被控物体上的监测温度计。

本发明技术方案的进一步改进在于：加热器和蒸发器上下设置且加热器位于蒸发器的上方，循环风机与加热器对应。

本发明技术方案的进一步改进在于：隔板纵向设置在设备内箱中，且隔板的上端和下端与设备内箱的上沿和下沿之间对应设有间隔。

本发明技术方案的进一步改进在于：隔板的长度为设备内箱高度的2/3-2/5，隔板的上端和下端与设备内箱的上沿和下沿之间的间隔距离相等。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：

本发明提出一种针对被控物体热容比较大，控温精度比较高的控温系统的控温方法，采用两支温度计，第一支布置在整个温场中温度变化最灵敏的位置，作为控温温度计；第二支安装在被控物体上，作为监测温度计，监测被控物体的温度。使用时，先将控温温度计的温度达到被控物体的目标温度并稳定，然后计算被控物体温度与目标温度的差值，根据差值改变控温温度计的下一步目标温度，通过多次调节逼近，最终使得被控物体温度达到目标温度，并实现较高的稳定性。

附图说明

图1是本发明控温系统的结构示意图；

其中：1、循环风机，2、加热器，3、蒸发器，4、隔板，5、控温温度计，6、监测温度计，7、设备内箱，8、被控物体。

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。

本发明公开了一种控温方法，在需要控温的场合，在温场中将温变灵敏点设置控温温度计5，在被控物体8上设置监测温度计6，通过控制控温温度计5的当前温度，使得监测温度计6的温度达到目标温度值；其中控温温度计5显示出的温变灵敏点的当前温度为Tc，温变灵敏点的目标温度为Tcm，监测温度计6显示出的被控物体8的当前温度为Tw，被控物体8的目标温度为Twm，具体控温过程如下：

步骤一、第一次降温/升温作业：首先将Twm赋予Tcm，也就是令Tcm=Twm时即开始第一次降温/升温作业；

步骤二、条件判断：当｜Tc-Twm｜＜△T1℃，并且Tw前后一分钟变化小于△T2℃时，认为Tc和Tw都接近稳定；

步骤三、第i次降温/升温作业：将Tc加上Twm和Tw的差值之和赋予Twm，即Tcm=Tc+n(i)*（Twm-Tw），开始第i次降温/升温作业，式中n(i)为第i次降温/升温的比例系数，i为大于等于2的自然数；也就是i=2、3、4…；

步骤四、循环运行：步骤二和步骤三经过i次循环运行后，当Tw=Twm±△T时，判断被控物体（8）的当前温度Tw已经达到被控物体8的目标温度Twm，维持当前温度稳定运行，其中△T为允许的温度波动值。

温变灵敏点为出风口；

△T1为0.2-0.5℃，△T2为1.5-2.5℃，n(i)为等差数列，△T为0.1-0.6℃。

n(i)=1，公差为0；或者在n(i)中，n(2)=1，公差为0.2-0.8，比如公差为0.5，则n(3)=1.5，n(4)=2，以后逐级递增。

一种控温系统，参见图1，用于实现上述控温方法，该系统包括设备内箱7、设置在设备内箱7中并将设备内箱7分割为工作室和风道两部分的隔板4、设置在风道内的加热器2和蒸发器3、设置在风道内的设备内箱7顶部的循环风机1、与循环风机1对应设置在设备内箱7上的控温温度计5、设置在工作室内的被控物体8、放置在被控物体8上的监测温度计6。

加热器2和蒸发器3上下设置且加热器2位于蒸发器3的上方，循环风机1与加热器2对应。

隔板4纵向设置在设备内箱7中，且隔板4的上端和下端与设备内箱7的上沿和下沿之间对应设有间隔。

隔板4的长度为设备内箱7高度的2/3-2/5，比如3/5，隔板4的上端和下端与设备内箱7的上沿和下沿之间的间隔距离相等。

本发明的控温方法举例如下：

当温度稳定时，如果出风口（温变灵敏点）温度和被控物体8的温度差值不随着温度变化而变化，或者变化不大的情况，可以取n(i)=1，i=2、3、4……。表1是温度

稳定时，出风口当前温度Tc和被控物体8的当前温度Tw的大小。从中可以看出，无论哪个温度，出风口当前温度Tc始终比被控物体8的当前温度Tw高5℃。

出风口当前温度Tc（℃） 被控物体当前温度Tw（℃） Tc-Tw（℃）

188 183 5

185 180 5

180 175 5

170 165 5

150 145 5

120 115 5

90 85 5

60 55 5

30 25 5

0 - 5 5

-30 -35 5

-60 -65 5

-90 -95 5。

表1：出风口温度和被控物体温度值

假如被控物体8的当前温度Tw为25℃，被控物体8的目标温度Twm为120℃，需要2次升温操作即可达到目标温度，过程参见表2。

次数 Twm（℃） Tc（℃） Tw（℃）

0 120 30 25

1 120 120 115。

表2：温度变化情况

上面是最简单的情况，但并不符合实际情况。现实中，往往是出风口温度Tc和被控物体8的实时温度Tw的差值在环境温度附近最小，因为环境漏热是两者差值的一个主要因素。温度升高，则出风口温度Tc比被控物体8的实时温度Tw温度升得快，温度越高，稳定时出风口温度Tc和被控物体8的实时温度Tw差值越大。温度降低，则出风口温度Tc和被控物体8的实时温度Tw降得快，温度越低，稳定时出风口温度Tc和被控物体8的实时温度Tw温度差值随温度降低而变大，如表3所示。

出风口当前温度Tc（℃） 被控物体当前温度Tw（℃） Tc-Tw（℃）

188 120 68

185 117 68

180 115 65

170 110 60

150 100 50

120 90 30

90 70 20

60 50 10

30 25 5

0 10 -10

-30 -10 -20

-60 -30 -30

-90 -40 -50。

表3：出风口温度和被控物体温度值

当取n(i)=1，i=2、3、4...，需要6次升温才能使被控物体温度达到设定温度120度（表4）。这是因为每次升温被控物体温度都接近设定温度，但接近的速度越来越慢。

次数 Twm n(i)=1,i=2,3,4… n(i)=1,1.2.,1.4… n(i)=1,1.5,2.0…

(℃) Tc(℃) Tw(℃) Tc(℃) Tw(℃) Tc(℃) Tw(℃)

0 120 30 25 30 25 30 25

1 120 120 90 120 90 120 90

2 120 150 100 156 104 165 108

3 120 170 110 178.4 114 189 120.3

4 120 180 115 188 120 188.25 120.5

5 120 185 117

6 120 188 120 。

表4：温度变化情况

这时，如果增大n(i)的值，就可以加快达到设定温度的速度。比如，取n(2)=1、n(3)=1.2、n(4)=1.4、n(5)=1.6……。n(i)为等差数列，差值为0.2。只需要4步就可以达到设定温度120度（表4）。

或者，如果将等差数列的差值从0.2增大到0.5，只需要3步就可以达到设定温度120±0.5度，出现了0.3度的超调，下一步超调就只有0.05度。

上述实施例是从环境温度升温的情况来计算的，实际上，从任意一个温度出发，无论升温还是降温，稳定至另外一个温度都是如此。

Claims (7)

1.一种控温方法，其特征在于：在需要控温的场合，在温场中将温变灵敏点设置控温温度计（5），在被控物体（8）上设置监测温度计（6），通过控制控温温度计（5）的当前温度，使得监测温度计（6）的温度达到目标温度值；其中控温温度计（5）显示出的温变灵敏点的当前温度为Tc，温变灵敏点的目标温度为Tcm，监测温度计（6）显示出的被控物体（8）的当前温度为Tw，被控物体（8）的目标温度为Twm，具体控温过程如下：

步骤一、第一次降温/升温作业：首先将Twm赋予Tcm，也就是令Tcm=Twm时即开始第一次降温/升温作业；

步骤二、条件判断：当｜Tc-Twm｜＜△T1℃，并且Tw前后一分钟变化小于△T2℃时，认为Tc和Tw都接近稳定；

步骤三、第i次降温/升温作业：将Tc加上Twm和Tw的差值之和赋予Twm，即Tcm=Tc+n(i)*（Twm-Tw），开始第i次降温/升温作业，式中n(i)为第i次降温/升温的比例系数，i为大于等于2的自然数；

步骤四、循环运行：步骤二和步骤三经过i次循环运行后，当Tw=Twm±△T时，判断被控物体（8）的当前温度Tw已经达到被控物体（8）的目标温度Twm，维持当前温度稳定运行，其中△T为允许的温度波动值；

其中：△T1为0.2-0.5℃，△T2为1.5-2.5℃，n(i)为等差数列，△T为0.1-0.6℃；温变灵敏点为出风口。

2.根据权利要求1所述的一种控温方法，其特征在于：n(i)=1，公差为0。

3.根据权利要求1所述的一种控温方法，其特征在于：n(i)中，n(2)=1，公差为0.2-0.8。

4.一种控温系统，其特征在于：用于实现权利要求1-3任一项所述的控温方法，包括设备内箱（7）、设置在设备内箱（7）中并将设备内箱（7）分割为工作室和风道两部分的隔板（4）、设置在风道内的加热器（2）和蒸发器（3）、设置在风道内的设备内箱（7）顶部的循环风机（1）、与循环风机（1）对应设置在设备内箱（7）上的控温温度计（5）、设置在工作室内的被控物体（8）、放置在被控物体（8）上的监测温度计（6）。

5.根据权利要求4所述的一种控温系统，其特征在于：加热器（2）和蒸发器（3）上下设置且加热器（2）位于蒸发器（3）的上方，循环风机（1）与加热器（2）对应。

6.根据权利要求5所述的一种控温系统，其特征在于：隔板（4）纵向设置在设备内箱（7）中，且隔板（4）的上端和下端与设备内箱（7）的上沿和下沿之间对应设有间隔。

7.根据权利要求6所述的一种控温系统，其特征在于：隔板（4）的长度为设备内箱（7）高度的2/3-2/5，隔板（4）的上端和下端与设备内箱（7）的上沿和下沿之间的间隔距离相等。

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