CN112525386A - 一种恒温体及恒温实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种恒温体及恒温实现方法，恒温体包括箱体，箱体一侧设置多个超声波模块、加热模块、制冷模块和控制部件，箱体另一侧为容腔，内部充满同种物质的固液混合物；根据容腔大小设定声波在纯液体中的预定往返时间为T1,在纯固体中的预定往返时间为T2；控制部件控制超声波模块向容腔内的固液混合物分别发射超声波，并测量每个超声波模块发出的声波在容腔内的往返时间，当往返时间均等于T1时，控制部件控制制冷模块启动制冷，当有一个往返时间等于T2时，则控制部件控制加热模块启动加热。该恒温体利用同种物质的固液混合物温度恒定的原理，通过检测混合物中固体存量，判断混合物温度是否恒定，进而实现超高精度的温度控制。

Description

一种恒温体及恒温实现方法

技术领域

本发明属于恒温技术领域，特别涉及一种温度校准领域用的恒温体。

背景技术

恒温体作为温度恒定的参考热源有着广泛的用途，在一些高精度测温需求场合中，保持温度的恒定尤为重要。例如在红外测温中需要使用黑体进行校准和对比测量，以提高测温精度，所以要求黑体除需要吸收各种波长辐射外，还必须保持温度的恒定。

目前普通的恒温体，多为温控模块控制热源的热量产生，将目标物加热到一定温度，通过温度计的数据反馈，动态的将目标物的温度控制在预设目标范围内。这种温控方式，有两个很难克服的缺点：一方面是温度计的误差、热源断电后不能迅速冷却扔持续放热，导致温度的控制响应性不足；当温度计检测到温度达到预设值，热源断电后，热量仍然在释放，继续加热目标物，导致温度会继续上升，自然冷却后才能回归正常，所以响应性不足，导致温度波动范围相对大，波动时间长。另一方面是目标物的受热不均匀，采用电热的方式，与目标物不是全面接触，会导致局部温度高，周边温度低。以上将严重影响高精度恒温的产生，进而影响将恒温体作为参考源的测量结果。

因此如何获得高精度的恒温体及恒温实现方法，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种恒温体及恒温实现方法，以实现恒温体的高精度温度控制。其具体方案如下：

一种恒温体，包括：箱体，箱体一侧置有多个超声波模块、箱体内部一侧设置有加热模块、制冷模块和控制部件，箱体另一侧为容腔；

所述容腔内部充满同种物质的固液混合物；

所述多个超声波模块置于所述容腔一侧；

所述控制部件与超声波模块、加热模块和制冷模块分别相连。

优选地，在本发明实施例所提供的上述恒温体中，所述容腔内充满的同种物质的固液混合物为冰水混合物或冰醋酸中的一种。

优选地，在本发明实施例所提供的上述恒温体中，所述多个超声波模块中的一个超声波模块位于靠近所述制冷模块的位置，其余超声波模块位于远离所述制冷模块的位置。

优选地，在本发明实施例所提供的上述恒温体中，

所述控制部件用于控制所述多个超声波模块向所述容腔内的固液混合物分别发射超声波，并测量每个超声波模块发出的声波在容腔内的往返时间；

每个超声波模块发出的声波在容腔内的往返时间均等于T1时，所述控制部件用于控制所述制冷模块启动制冷，其中T1为声波在纯液体中的预定往返时间；

任意一个超声波模块发出的声波在容腔内的往返时间等于T2时，所述控制部件用于控制所述加热模块启动加热，其中T2为声波在纯固体中的预定往返时间。

优选地，在本发明实施例所提供的上述恒温体中，所述多个超声波模块中的一个位于所述容腔一侧中心位置，其余超声波模块位于所述容腔一侧其余位置。

优选地，在本发明实施例所提供的上述恒温体中，所述箱体一侧外部设置有安装法兰，便于所述恒温体使用过程中的固定安装。

优选地，在本发明实施例所提供的上述恒温体中，所述T1和T2是根据容腔高度提前设定的。

本发明实施例还提供了一种恒温体的恒温实现方法，包括：

控制部件控制多个超声波模块分别向充满固液混合物的容腔发射超声波，并测量每个超声波模块发出的声波在容腔内的往返时间；其中，所述多个超声波模块位于所述容腔一侧，所述容腔位于恒温体的箱体另一侧；

每个超声波模块发出的声波在容腔内的往返时间均等于T1时，所述控制部件控制制冷模块启动制冷，其中T1为声波在纯液体中的预定往返时间；其中，所述制冷模块位于恒温体的箱体一侧；

任意一个超声波模块发出的声波在容腔内的往返时间等于T2时，所述控制部件控制加热模块启动加热，其中T2为声波在纯固体中的预定往返时间；其中所述加热模块位于恒温体的箱体一侧。

优选地，在本发明实施例所提供的上述恒温体的恒温实现方法中，所述容腔内充满的同种物质的固液混合物为冰水混合物或冰醋酸中的一种。

优选地，在本发明实施例所提供的上述恒温体的恒温实现方法中，所述多个超声波模块中的一个超声波模块位于靠近所述制冷模块的位置，其余超声波模块位于远离所述制冷模块的位置。

本发明的有益效果：

本发明提供一种恒温体及恒温实现方法。该恒温体利用同种物质的固液混合物温度恒定的原理，降低目标物对热源的敏感性，通过检测混合物中固体的存量，进而判断混合物温度是否恒定维持在固定值。采用此方案，可以将温度的波动以近乎消除的方式降低，取得恒温体，进而实现超高精度的温度控制。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的恒温体俯视视角的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的恒温体底部视角的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的恒温体的恒温实现方法的具体流程图；

其中，1-超声波模块、2-加热模块、3-制冷模块、4-控制部件、5-容腔、6-安装法兰。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种恒温体，如图1所示，该恒温体包括箱体，箱体一侧设置有多个超声波模块1、箱体内部一侧设置有加热模块2、制冷模块3和控制部件4，箱体另一侧为容腔5；其中容腔5内部充满同种物质的固液混合物；多个超声波模块1置于容腔5一侧；控制部件4与超声波模块1、加热模块2和制冷模块3分别相连。该恒温体主要利用同种物质的固液混合物温度恒定的原理，例如在冰水混合物中，只要冰水同时存在，不论冰的含量占比为多少，其温度恒定为0℃。

具体地，容腔5内充满的同种物质的固液混合物为冰水混合物或冰醋酸中的一种；其中冰水混合物熔点为0℃，冰醋酸熔点则为16.6℃，具体在使用恒温体的过程中可以根据实际需求选择不同熔点的固液混合物。

进一步地，箱体上部设置的多个超声波模块1中，至少有一个超声波模块1位于靠近制冷模块3的位置，其余超声波模块位于远离制冷模块3的位置；其中超声波模块设置数量一般至少为3个以上，可保证全面覆盖，一般可设置超声波模块数量为3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个等。如图1所示，当超声波模块设置数量为5个时，其中1个超声波模块位于容腔5一侧中心位置，另外4个超声波模块位于容腔5一侧其余位置，即保证至少有1个超声波模块1位于靠近制冷模块3的位置，同时有若干个超声波模块位于远离制冷模块3的位置。

需要说明的是，本发明实施例提供的恒温体只需要保证容腔5内固液混合物中同时存在固态和液态，即保证为固液混合物的状态，即可保证温度恒定。所以通过设置多个超声波模块1来检测固液混合物中固液状态的存在与否，即通过声波在固体和液体中传播速率的不同，来检测是否有固体存在。设定声波在纯液体中的往返时间为T1，在纯固体中的往返时间为T2，然后当多个超声波模块在固液混合物中的往返时间不同时等于T1或T2时，则证明容腔5中的物质为固液混合物的状态。

其中T1和T2是根据超声波模块所在容腔侧到其对侧的距离提前设定的，且如图1所示，优选设定超声波模块在容腔顶部，向底部发射超声波，则T1和T2与容腔的高度相关。

进一步地，考虑到超声波模块1不是地毯式全面覆盖到容腔5一侧，因此可能存在所有的超声波模块1下方的位置刚好全部是液体的状态，则每个超声波模块发出的声波在容腔5内的往返时间会全部等于T1，而实际上只是固体飘散到超声波模块未覆盖的角落，所以要求在设置超声波模块时，其中至少一个超声波模块的位置贴近制冷模块3，这样当制冷模块3启动时，固体的产生一定是在其上或附近，可第一时间被超声波模块检测到。当制冷模块附近产生固体凝结物，停止制冷模块的工作后，固体可能飘走，此时如果所有的超声波模块都检测不到固体的状态，则需要继续启动制冷模块开始作业，所以设置当每个超声波模块发出的声波在容腔5内的往返时间tn均等于T1时，控制部件4用于控制制冷模块3启动制冷。而只要出现有一个超声波模块检测到固体，即任意一个超声波模块发出的声波在容腔5内的往返时间等于T2时，控制部件4用于控制加热模块2启动加热，直至每个超声波模块发出的声波在容腔5内的往返时间均不等于T2时，控制部件4用于控制加热模块2停止加热。

具体地，设置控制部件4控制多个超声波模块1向容腔5内的固液混合物分别发射超声波，并测量每个超声波模块1发出的声波在容腔内的往返时间；

每个超声波模块1发出的声波在容腔5内的往返时间均等于T1时，控制部件4用于控制制冷模块3启动制冷，其中T1为声波在纯液体中的预定往返时间；

任意一个超声波模块发出的声波在容腔5内的往返时间等于T2时，控制部件4用于控制加热模块2启动加热，其中T2为声波在纯固体中的预定往返时间。

进一步地，T1和T2是根据容腔高度提前设定的。

进一步地，超声波模块1的数量一般至少为3个以上，可保证全面覆盖，如图1所示，设置了5个超声波模块，其中一个位于容腔5一侧中心位置，其余超声波模块位于容腔一侧其余位置，其中至少有一个靠近制冷模块3；还可以设置7个或9个超声波模块，呈米字排布，分布更加均匀，覆盖面积更加广泛。

需要说明的是，基于固液混合物的流动特性，将其置于腔体内，可以实现对腔壁的完全贴合，也解决受热不均的目的，且固液混合物可以在吸收或释放大量的热的同时，还能保持温度的稳定，所以采用该方案，可以将温度的波动以近乎消除的方式降低，取得恒温，有助于实现超高精度的温度控制。

如图2所示，为本发明实施例提供的恒温体结构示意图二，图中示出在箱体底部还设置有安装法兰，便于恒温体在使用过程中的固定安装。

进一步地，控制部件4与超声波模块1可以通过串口通信的方式进行连接。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种恒温体的恒温实现方法，由于该恒温实现方法解决问题的原理与前述一种恒温体相似，因此该恒温实现方法的实施可以参考恒温体的实施，重复之处不再赘述。

如图3所示，为本发明提供的一种恒温体的恒温实现方法的流程图，具体包括如下步骤：

步骤1、控制部件4控制多个超声波模块1分别向充满固液混合物的容腔5发射超声波，并测量每个超生波模块发出的声波在容腔内的往返时间；其中多个超声波模块1位于容腔5一侧，容腔5位于恒温体的箱体另一侧；

步骤2、每个超声波模块发出的声波在容腔内的往返时间均等于T1时，控制部件4控制制冷模块3启动制冷，其中T1为声波在纯液体中的预定往返时间，其中制冷模块位于恒温体的箱体一侧；

步骤3、任意一个超声波模块发出的声波在容腔内的往返时间等于T2时，控制部件4控制加热模块2启动加热，其中T2为声波在纯固体中的预定往返时间，其中加热模块2位于恒温体的箱体一侧。

进一步地，容腔5内充满的同种物质的固液混合物可以为冰水混合物或者冰醋酸中的一种，其中冰水混合物熔点为0℃，冰醋酸熔点则为16.6℃，具体在使用恒温体的过程中可以根据实际需求选择不同熔点的固液混合物。

进一步地，在设置多个超声波模块1时，多个超声波模块1中的一个超声波模块1位于靠近制冷模块3的位置，其余超声波模块1位于远离制冷模块3的位置，这样在制冷模块工作时，凝结成的固体会产生在制冷模块的附近，能第一时间被超声波模块检测到。

综上，本发明实施例提供一种恒温体及恒温实现方法，其主要利用同种物质的固液混合物温度恒定的原理，在恒温体的容腔内充满同种物质的固液混合物，而只需要保证容腔内同时存在同种物质的固态和液态，即保证为固液混合物的状态，即可保证恒温体的温度恒定。然后通过设置超声波模块来检测固液混合物中固液状态的存在与否，即通过声波在固体和液体中传播速率的不同，来检测是否有固体存在，同时通过设置加热模块和来保证为固液混合物的状态。而固液混合物可以在吸收或释放大量的热的同时，还能保持温度的稳定，来实现恒温体的超高精度的温度控制。

最后需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者时还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种恒温体，其特征在于，包括：箱体，箱体一侧设置有多个超声波模块(1)、箱体内部一侧设置有加热模块(2)、制冷模块(3)和控制部件(4)，箱体另一侧为容腔(5)；

所述容腔(5)内部充满同种物质的固液混合物；

所述多个超声波模块(1)置于所述容腔(5)一侧；

所述控制部件(4)与超声波模块(1)、加热模块(2)和制冷模块(3)分别相连。

2.根据权利要求1所述的恒温体，其特征在于，

所述容腔(5)内充满的同种物质的固液混合物为冰水混合物或冰醋酸中的一种。

3.根据权利要求1所述的恒温体，其特征在于，

所述多个超声波模块(1)中的一个超声波模块(1)位于靠近所述制冷模块(3)的位置，其余超声波模块(1)位于远离所述制冷模块(3)的位置。

4.根据权利要求1-3任一所述的恒温体，其特征在于，

所述控制部件(4)用于控制所述多个超声波模块(1)向所述容腔(5)内的固液混合物分别发射超声波，并测量每个超声波模块(1)发出的声波在容腔内的往返时间；

每个超声波模块(1)发出的声波在所述容腔5内的往返时间均等于T1时，所述控制部件(4)用于控制所述制冷模块(3)启动制冷，其中T1为声波在纯液体中的预定往返时间；

任意一个超声波模块发出的声波在所述容腔5内的往返时间等于T2时，所述控制部件(4)用于控制所述加热模块(2)启动加热，其中T2为声波在纯固体中的预定往返时间。

5.根据权利要求1所述的恒温体，其特征在于，

所述多个超声波模块(1)中的一个位于所述容腔(5)一侧中心位置，其余超声波模块位于所述容腔一侧其余位置。

6.根据权利要求1所述的恒温体，其特征在于，

所述箱体一侧外部设置有安装法兰(6)，便于所述恒温体使用过程中的固定安装。

7.根据权利要求4所述的恒温体，其特征在于，

所述T1和T2是根据容腔高度提前设定的。

8.一种恒温体的恒温实现方法，其特征在于，包括：

控制部件(4)控制多个超声波模块(1)分别向充满固液混合物的容腔(5)发射超声波，并测量每个超声波模块发出的声波在容腔内的往返时间；其中，所述多个超声波模块(1)位于所述容腔(5)一侧，所述容腔(5)位于恒温体的箱体另一侧；

每个超声波模块发出的声波在容腔内的往返时间均等于T1时，所述控制部件(4)控制制冷模块(3)启动制冷，其中T1为声波在纯液体中的预定往返时间；其中，所述制冷模块(3)位于恒温体的箱体一侧；

任意一个超声波模块发出的声波在容腔内的往返时间等于T2时，所述控制部件(4)控制加热模块(2)启动加热，其中T2为声波在纯固体中的预定往返时间；其中所述加热模块(2)位于恒温体的箱体一侧。

9.根据权利要求8所述的恒温体的恒温实现方法，其特征在于所述容腔(5)内充满的同种物质的固液混合物为冰水混合物或冰醋酸中的一种。

10.根据权利要求9所述的恒温体的恒温实现方法，其特征在于所述多个超声波模块(1)中的一个超声波模块(1)位于靠近所述制冷模块(3)的位置，其余超声波模块(1)位于远离所述制冷模块(3)的位置。

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