CN114060714B - 一种便携式可更换接口gis补气装置及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种便携式可更换接口GIS补气装置及其设计方法，涉及补气设备技术领域，采用的方案为：包括补气阀部分、连接管部分和收纳部分，所述补气阀部分包括阀头本体和补气速率显示装置，所述阀头本体上设置有螺纹连接段，所述补气速率显示装置中设置有涡街式流量传感器和基于ARM的控制系统，所述涡街式流量传感器与基于ARM的控制系统连接，所述连接管部分包括耐高压柔性连接管，所述阀头本体与耐高压柔性连接管之间螺纹连接，所述涡街式流量传感器置于耐高压柔性连接管中或阀头本体中；所述收纳部分包括补气阀收纳箱和连接管收纳盘。实现在现有的装置上进行改进设计以达到去除冗余、便于携带的目的。

Description

一种便携式可更换接口GIS补气装置及其设计方法
技术领域
本发明涉及补气设备技术领域，尤其涉及一种便携式可更换接口GIS补气装置及其设计方法。
背景技术
目前，现有的GIS补气装置存在以下问题：1、由于补气设备只能配套使用，造成站内补气装置杂多，难以管理；2、大量的补气装置就占据了站内大量的存储柜面积；3、各补气装置减压阀和管路基本相同，但是充气接头不能互相通用造成了资源浪费；4、各类补气装置外形相似，检修人员外出抢修时，经常发生带错补气装置的情况；5、每套补气装置需要近万元的价格，若整套换新经济性则大打折扣。
因此，针对现有GIS补气装置所存在的上述弊端，在现有的装置上进行改进设计以达到去除冗余、便于携带的目的是急需解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种便携式可更换接口GIS补气装置及其设计方法，以达到现有GIS补气装置去除冗余、便于携带地目的。
一方面，本发明提供了一种便携式可更换接口GIS补气装置，包括补气阀部分、连接管部分和收纳部分，所述补气阀部分包括阀头本体和补气速率显示装置，所述阀头本体上设置有螺纹连接段，所述补气速率显示装置中设置有涡街式流量传感器和基于ARM的控制系统，所述涡街式流量传感器与基于ARM的控制系统连接，所述连接管部分包括耐高压柔性连接管，所述阀头本体与耐高压柔性连接管之间螺纹连接，所述涡街式流量传感器置于耐高压柔性连接管中或阀头本体中；所述收纳部分包括补气阀收纳箱和连接管收纳盘，所述补气阀收纳箱为单层布置结构，所述补气阀收纳箱中设置有海绵垫，所述海绵垫上设置有多个容置槽，多个容置槽间隔布置，所述阀头本体包括阀头和连接头，海绵垫上设置的容置槽分上下两个区域，上面区域不同位置的容置槽与不同的阀头相适配，下面区域不同位置的容置槽与不同的连接头相适配，补气阀收纳箱中的阀头与连接头之间均可拆卸连接，所述补气阀收纳箱中设置有温湿度控制模块，所述连接管收纳盘为滚动式盘体结构，连接管收纳盘用于缠绕耐高压柔性连接管。补气阀收纳箱单层设置，且将阀头容置槽和连接头容置槽分区摆放，里面的阀头与连接头均适配，多种样式，根据实际需要选取，实现通用性，完成阀头本体的选用以及与耐高压柔性连接管的连接，大幅缩减了安装时间，满足了“一套装置多设备适用”，降低了搬运、安装装置所需的人力成本，海绵垫可对阀头和连接头进行保护，设置温湿度控制模块保证了阀头和连接头收纳环境的可靠性，降低了补气阀头的损耗率与换修率；连接管收纳盘用于缠绕耐高压柔性连接管，便于对耐高压柔性连接管的携带；涡街式流量传感器精确度更高、抗干扰性更强，基于ARM的控制系统共同实现精确测量。
进一步的，所述阀头本体为铜材质。耐腐蚀性强。
进一步的，所述耐高压柔性连接管为单管单头式结构，所述耐高压柔性连接管的孔径为10mm，耐高压柔性连接管为PU连接管。补气效率和装置强度高，抗氧化性好，稳定性更高且更轻便。
进一步的，所述基于ARM的控制系统包括通信单元、信号调理单元和误差补偿单元，通信单元、信号调理单元和误差补偿单元之间电连接，通信单元为并行通信单元，通信单元安装在补气速率显示装置中，信号调理单元为光电隔离式信号调理单元，信号调理单元安装在补气速率显示装置中。采用ARM处理器作为显示装置的CPU，设置其为并行通信方式、以光电隔离手段实现信号调理从而适应变电站内的电磁干扰环境，并通过曲线拟合误差补偿法完成对数据的智能补偿，实现对补气速率的可靠读取。
进一步的，所述温湿度控制模块包括热敏电阻、施密特触发器和加热片，所述热敏电阻与施密特触发器连接，所述施密特触发器和加热片连接，所述加热片位于海绵垫的下部。热敏电阻作为温湿度传感器，施密特触发器作为温湿度控制器并与温湿度传感器连接在一起，加热片作为温湿度加热器并与温湿度控制器连接在一起，实现补气阀收纳箱中的温湿度控制，保证了阀头收纳环境的可靠性。
另一方面，本发明提供了一种上述便携式可更换接口GIS补气装置的设计方法，包括以下过程：首先，进行便携式可更换接口GIS补气装置总体方案的选择，比对单管多头式补气装置（以一根通用补气管做主管，前端为连接各类型阀头的分支补气管，集多种补气阀于一体，按需使用）、单管单头式补气装置（所有阀头设定相同的连接孔径，共用一套减压阀和连接管路，取用时只需选择相应的阀头，完成与管体的连接即可进行补气工作）和组合头式补气装置（将2-3种阀头设计在同一模体上，形成多种二合一或三合一的组合式阀头，补气管同样共用一根，单一阀头补气时，同一本体上的其余阀头旋紧密封盖以保证密封良好）这三种装置，通过试验分析比对补气阀定位时间和装置极限真空值，确定将便携式可更换接口GIS补气装置设置为单管单头式；然后，进行任务分解，将便携式可更换接口GIS补气装置分解为三部分，分别为补气阀部分、连接管部分和收纳部分，补气阀部分包括阀头本体的选择和补气速率显示装置的选择，其中，阀头本体分为结合方式选择、阀头材质选择和连接孔径选择，补气速率显示装置分为流量传感器选择、控制系统选择、通信单元选择、信号调理单元选择和误差补偿单元选择；连接管部分包括材质选择和长度选择；收纳部分包括补气阀收纳部分选择、连接管收纳部分选择和温湿度控制系统选择，其中，温湿度控制系统分为传感器选择、控制器选择和加热器选择；最后，通过组装试验得出实施方式。
进一步的，结合方式选择为通过试验得出多种连接方式的泄压强度、连接耗时的数据，比对分析，确定结合方式；阀头材质选择为通过试验得出多种材质的氧化膜形成率、盐雾腐蚀率的数据，比对分析，确定阀头材质；连接孔径选择为通过设置补气效率和装置强度的综合优化目标，以孔径为待优化量，利用PSO人工智能算法进行迭代寻优。
进一步的，试验分析结果得出实施方式主要为：（1）设计铜质补气阀门，制作CAD图纸，按图纸制作铜质补气阀门；（2）建立以连接孔径为优化对象的目标函数，利用智能优化算法，对连接孔径进行优化选择，按照优化结果定制连接管；（3）确定涡街式流量传感器，安装到补气速率显示装置；（4）确定并行通信单元，安装到补气速率显示装置；（5）确定光电隔离式信号调理单元，安装到补气速率显示装置；（6）用C语言编写曲线拟合法误差补偿程序，写进基于ARM控制系统；（7）定制耐高压的可压缩式PU连接管规格；（8）补气阀收纳部分选择为补气阀收纳箱，根据补气阀收纳箱的尺寸和铜质补气阀门的CAD图纸进行制作，将阀头本体放置于补气阀收纳箱中；（9）连接管收纳部分选择为滚动盘，根据连接管的长度、外径确定滚动盘的尺寸；（10）传感器选择为确定热敏电阻的型号，制作温湿度传感器；控制器选择为确定施密特触发器的型号，搭建温度控制控制电路，制作温湿度控制器，并与温湿度传感器连接在一起；加热器选择为确定加热片的型号，制作温湿度加热器，将温湿度加热器与温湿度控制器连接在一起。
其中，制作各型号补气阀头：根据收敛结果确定好孔径从而确定各类型号的阀门尺寸后，参照图纸对铜制阀头进行定制切割。针对装配补气速率显示装置：将涡街式流量传感器置于连接管内，完成其与STM32控制芯片的连接，通过编写好的曲线拟合法误差补偿程序实现误差补偿，观察多组数据的误差补偿效果。定制耐高压柔性连接管：指定在10种不同的补气阀应用场景（500kV 50211刀闸CT2 A相气室、500kV 1B母线2号A相气室、52F-A刀闸B相气室、51F开关A相气室、500kV 乐亭Ⅱ线C相气室、1000kV T013开关CT1 A相气室、1000kVT062开关CT1 C相气室、1000kV T0232刀闸C相气室、1000kV 四串待用B相气室、1000kV #2M母线C相11气室），同一试验人员进行检测，完成管体连接的完整流程。记录每一次所用的时间。制作单层槽式补气阀收纳箱，根据快速区分阀头和连接头、阀头收纳部分的面积小、相邻器件之间有足够间隔、有足够的支撑强度的目标确定方案，指定10种不同的补气阀应用场景，同一试验人员，完成从补气阀收纳箱寻找所需的相应阀头和连接头所用时间。装配补气阀收纳箱温湿度控制系统：以MF52系列热敏电阻作为温湿度传感器，完成其与温湿度控制器的连接，控制加热片实现对收纳环境的有效调节，在10min内可将补气阀收纳箱内的湿度降至正常值，满足防潮需要。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
简化了补气前繁杂的设备选取工作，大大节省了准备时间；原本需要多人完成的设备运输转移工作，也实现了单人的替代，明显降低了运输的人力成本；同时，现场补气时只需在箱内找到对应阀头即可开始工作，对于传统补气现场更加方便快捷。可以说从多方面改善了当前补气工作的弊端，实现了一箱在手补气就走的目的。运用本装置后补气效率得到了明显的提升，相对于传统方式提升了20~40%，补气装置的安装时间已经能够稳定保持在20分钟以内；在时间成本方面，由于采取共用的补气阀和连接管路，取用时只需选择相应的阀头，完成与管体的连接即可进行补气工作相比于传统补气装置平均节约时间成本30%；在经济成本方面，温湿度控制系统保证了阀头收纳环境的可靠性，降低了补气阀头的损耗率与换修率，节约了一定的经济成本；在人力成本方面，由于满足了“一套装置多设备适用”，降低了搬运、安装装置所需的人力成本，具有极高的推广应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式1中耐高压柔性连接管的结构示意图。
图2为本发明具体实施方式1中阀头本体的结构示意图。
图3为本发明具体实施方式1中连接管部分的结构示意图。
图4为本发明具体实施方式1中补气阀收纳箱的结构示意图。
图5为本发明具体实施方式1中连接管收纳盘的结构示意图。
图6为本发明具体实施方式2的分析逻辑图。
图中，1、耐高压柔性连接管，2、阀头本体，3、补气阀收纳箱，4、容置槽，5、海绵垫，6、连接管收纳盘。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，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它实施例，都属于本专利保护的范围。
具体实施方式1
如图1至图5所示，本具体实施方式提供了一种便携式可更换接口GIS补气装置，包括补气阀部分、连接管部分和收纳部分，补气阀部分包括阀头本体2和补气速率显示装置，阀头本体2上设置有螺纹连接段，补气速率显示装置中设置有涡街式流量传感器和基于ARM的控制系统，涡街式流量传感器与基于ARM的控制系统连接，连接管部分包括耐高压柔性连接管1，阀头本体2与耐高压柔性连接管1之间螺纹连接，涡街式流量传感器置于耐高压柔性连接管1中或阀头本体2中；收纳部分包括补气阀收纳箱3和连接管收纳盘6，补气阀收纳箱3为单层布置结构，补气阀收纳箱3中设置有海绵垫5，海绵垫5上设置有多个容置槽4，多个容置槽4间隔布置，阀头本体2包括阀头和连接头，海绵垫5上设置的容置槽4分上下两个区域，上面区域不同位置的容置槽4与不同的阀头相适配，下面区域不同位置的容置槽4与不同的连接头相适配，补气阀收纳箱3中的阀头与连接头之间均可拆卸连接，补气阀收纳箱3中设置有温湿度控制模块，连接管收纳盘6为滚动式盘体结构，连接管收纳盘6用于缠绕耐高压柔性连接管1。补气阀收纳箱3单层设置，且将阀头容置槽4和连接头容置槽4分区摆放，里面的阀头与连接头均适配，多种样式，根据实际需要选取，实现通用性，完成阀头本体2的选用以及与耐高压柔性连接管1的连接，大幅缩减了安装时间，满足了“一套装置多设备适用”，海绵垫5可对阀头和连接头进行保护，设置温湿度控制模块保证了阀头和连接头收纳环境的可靠性，降低了补气阀头的损耗率与换修率；连接管收纳盘6用于缠绕耐高压柔性连接管1，便于对耐高压柔性连接管1的携带；涡街式流量传感器精确度更高、抗干扰性更强，基于ARM的控制系统共同实现精确测量。其中，阀头本体2为铜材质，耐腐蚀性强。耐高压柔性连接管1为单管单头式结构，耐高压柔性连接管1的孔径为10mm，耐高压柔性连接管1为PU连接管。基于ARM的控制系统包括通信单元、信号调理单元和误差补偿单元，通信单元、信号调理单元和误差补偿单元之间电连接，通信单元为并行通信单元，通信单元安装在补气速率显示装置中，信号调理单元为光电隔离式信号调理单元，信号调理单元安装在补气速率显示装置中，采用ARM处理器作为显示装置的CPU，设置其为并行通信方式、以光电隔离手段实现信号调理从而适应变电站内的电磁干扰环境，并通过曲线拟合误差补偿法完成对数据的智能补偿，实现对补气速率的可靠读取。温湿度控制模块包括热敏电阻、施密特触发器和加热片，热敏电阻与施密特触发器连接，施密特触发器和加热片连接，加热片位于海绵垫5的下部，热敏电阻作为温湿度传感器，施密特触发器作为温湿度控制器并与温湿度传感器连接在一起，加热片作为温湿度加热器并与温湿度控制器连接在一起，实现补气阀收纳箱3中的温湿度控制，保证了阀头收纳环境的可靠性。
具体实施方式2
参见图6，本具体实施方式提供了一种便携式可更换接口GIS补气装置的设计方法，包括以下过程：首先，进行便携式可更换接口GIS补气装置总体方案的选择，比对单管多头式补气装置（以一根通用补气管做主管，前端为连接各类型阀头的分支补气管，集多种补气阀于一体，按需使用）、单管单头式补气装置（所有阀头设定相同的连接孔径，共用一套减压阀和连接管路，取用时只需选择相应的阀头，完成与管体的连接即可进行补气工作）和组合头式补气装置（将2-3种阀头设计在同一模体上，形成多种二合一或三合一的组合式阀头，补气管同样共用一根，单一阀头补气时，同一本体上的其余阀头旋紧密封盖以保证密封良好）这三种装置，通过试验分析比对补气阀定位时间和装置极限真空值，确定将便携式可更换接口GIS补气装置设置为单管单头式；然后，进行任务分解，将便携式可更换接口GIS补气装置分解为三部分，分别为补气阀部分、连接管部分和收纳部分，补气阀部分包括阀头本体2的选择和补气速率显示装置的选择，其中，阀头本体2分为结合方式选择、阀头材质选择和连接孔径选择，补气速率显示装置分为流量传感器选择、控制系统选择、通信单元选择、信号调理单元选择和误差补偿单元选择；连接管部分包括材质选择和长度选择；收纳部分包括补气阀收纳部分选择、连接管收纳部分选择和温湿度控制系统选择，其中，温湿度控制系统分为传感器选择、控制器选择和加热器选择；最后，通过组装试验得出实施方式。
本方案中，结合方式选择为通过试验得出多种连接方式的泄压强度、连接耗时的数据，比对分析，确定结合方式；阀头材质选择为通过试验得出多种材质的氧化膜形成率、盐雾腐蚀率的数据，比对分析，确定阀头材质；连接孔径选择为通过设置补气效率和装置强度的综合优化目标，以孔径为待优化量，利用PSO人工智能算法进行迭代寻优。
本方案中，试验分析结果得出实施方式主要为：（1）设计铜质补气阀门，制作CAD图纸，按图纸制作铜质补气阀门；（2）建立以连接孔径为优化对象的目标函数，利用智能优化算法，对连接孔径进行优化选择，按照优化结果定制连接管；（3）确定涡街式流量传感器，安装到补气速率显示装置；（4）确定并行通信单元，安装到补气速率显示装置；（5）确定光电隔离式信号调理单元，安装到补气速率显示装置；（6）用C语言编写曲线拟合法误差补偿程序，写进基于ARM控制系统；（7）定制耐高压的可压缩式PU连接管规格；（8）补气阀收纳部分选择为补气阀收纳箱3，根据补气阀收纳箱3的尺寸和铜质补气阀门的CAD图纸进行制作，将阀头本体2放置于补气阀收纳箱3中；（9）连接管收纳部分选择为滚动盘，根据连接管的长度、外径确定滚动盘的尺寸；（10）传感器选择为确定热敏电阻的型号，制作温湿度传感器；控制器选择为确定施密特触发器的型号，搭建温度控制控制电路，制作温湿度控制器，并与温湿度传感器连接在一起；加热器选择为确定加热片的型号，制作温湿度加热器，将温湿度加热器与温湿度控制器连接在一起。
本方案中，制作各型号补气阀头：根据收敛结果确定好孔径从而确定各类型号的阀门尺寸后，参照图纸对铜制阀头进行定制切割。针对装配补气速率显示装置：将涡街式流量传感器置于连接管内，完成其与STM32控制芯片的连接，通过编写好的曲线拟合法误差补偿程序实现误差补偿，观察多组数据的误差补偿效果。定制耐高压柔性连接管1：指定在10种不同的补气阀应用场景（500kV 50211刀闸CT2 A相气室、500kV 1B母线2号A相气室、52F-A刀闸B相气室、51F开关A相气室、500kV 乐亭Ⅱ线C相气室、1000kV T013开关CT1 A相气室、1000kV T062开关CT1 C相气室、1000kV T0232刀闸C相气室、1000kV 四串待用B相气室、1000kV #2M母线C相11气室），同一试验人员进行检测，完成管体连接的完整流程。记录每一次所用的时间。制作单层槽式补气阀收纳箱3，根据快速区分阀头和连接头、阀头收纳部分的面积小、相邻器件之间有足够间隔、有足够的支撑强度的目标确定方案，指定10种不同的补气阀应用场景，同一试验人员，完成从补气阀收纳箱3寻找所需的相应阀头和连接头所用时间。装配补气阀收纳箱3温湿度控制系统：以MF52系列热敏电阻作为温湿度传感器，完成其与温湿度控制器的连接，控制加热片实现对收纳环境的有效调节，在10min内可将补气阀收纳箱3内的湿度降至正常值，满足防潮需要。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“上”、“下”、“外侧”、“内侧”等（如果存在）是用于区别位置上的相对关系，而不必给予定性。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种便携式可更换接口GIS补气装置的设计方法，其特征在于，包括补气阀部分、连接管部分和收纳部分，所述补气阀部分包括阀头本体和补气速率显示装置，所述阀头本体上设置有螺纹连接段，所述补气速率显示装置中设置有涡街式流量传感器和基于ARM的控制系统，所述涡街式流量传感器与基于ARM的控制系统连接，所述连接管部分包括耐高压柔性连接管，所述阀头本体与耐高压柔性连接管之间螺纹连接，所述涡街式流量传感器置于耐高压柔性连接管中或阀头本体中；所述收纳部分包括补气阀收纳箱和连接管收纳盘，所述补气阀收纳箱为单层布置结构，所述补气阀收纳箱中设置有海绵垫，所述海绵垫上设置有多个容置槽，多个容置槽间隔布置，所述阀头本体包括阀头和连接头，海绵垫上设置的容置槽分上下两个区域，上面区域不同位置的容置槽与不同的阀头相适配，下面区域不同位置的容置槽与不同的连接头相适配，补气阀收纳箱中的阀头与连接头之间均可拆卸连接，所述补气阀收纳箱中设置有温湿度控制模块，所述连接管收纳盘为滚动式盘体结构，连接管收纳盘用于缠绕耐高压柔性连接管；还包括以下过程：首先，进行便携式可更换接口GIS补气装置总体方案的选择，比对单管多头式补气装置、单管单头式补气装置和组合头式补气装置这三种装置，通过试验分析比对补气阀定位时间和装置极限真空值，确定将便携式可更换接口GIS补气装置设置为单管单头式；然后，进行任务分解，将便携式可更换接口GIS补气装置分解为三部分，分别为补气阀部分、连接管部分和收纳部分，补气阀部分包括阀头本体的选择和补气速率显示装置的选择，其中，阀头本体分为结合方式选择、阀头材质选择和连接孔径选择，补气速率显示装置分为流量传感器选择、控制系统选择、通信单元选择、信号调理单元选择和误差补偿单元选择；连接管部分包括材质选择和长度选择；收纳部分包括补气阀收纳部分选择、连接管收纳部分选择和温湿度控制系统选择，其中，温湿度控制系统分为传感器选择、控制器选择和加热器选择；最后，通过组装试验得出实施方式。
2.如权利要求1所述的便携式可更换接口GIS补气装置的设计方法，其特征在于，结合方式选择为通过试验得出多种连接方式的泄压强度、连接耗时的数据，比对分析，确定结合方式；阀头材质选择为通过试验得出多种材质的氧化膜形成率、盐雾腐蚀率的数据，比对分析，确定阀头材质；连接孔径选择为通过设置补气效率和装置强度的综合优化目标，以孔径为待优化量，利用PSO人工智能算法进行迭代寻优。
3.如权利要求2所述的便携式可更换接口GIS补气装置的设计方法，其特征在于，试验分析结果得出实施方式主要为：设计铜质补气阀门，制作CAD图纸，按图纸制作铜质补气阀门；建立以连接孔径为优化对象的目标函数，利用智能优化算法，对连接孔径进行优化选择，按照优化结果定制连接管；确定涡街式流量传感器，安装到补气速率显示装置；确定并行通信单元，安装到补气速率显示装置；确定光电隔离式信号调理单元，安装到补气速率显示装置；用C语言编写曲线拟合法误差补偿程序，写进基于ARM控制系统；定制耐高压的可压缩式PU连接管规格；补气阀收纳部分选择为补气阀收纳箱，根据补气阀收纳箱的尺寸和铜质补气阀门的CAD图纸进行制作，将阀头本体放置于补气阀收纳箱中；连接管收纳部分选择为滚动盘，根据连接管的长度、外径确定滚动盘的尺寸；传感器选择为确定热敏电阻的型号，制作温湿度传感器；控制器选择为确定施密特触发器的型号，搭建温度控制电路，制作温湿度控制器，并与温湿度传感器连接在一起；加热器选择为确定加热片的型号，制作温湿度加热器，将温湿度加热器与温湿度控制器连接在一起。
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