CN114489187B - 快速温变试验箱温度控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种快速温变试验箱温度控制方法及系统，属于快速温变试验箱技术领域。所述方法包括：响应于变温请求信号，获取快速温变试验箱的目标试验温度；根据所述目标试验温度和快速温变试验箱的当前温度，生成对应的调温方案；执行所述调温方案，直到所述当前温度与所述目标试验温度的温度差值绝对值处于预设温差范围内，启动预设的目标试验温度保持方案。本发明方案不仅提高了温度控制智能性，还减少了能源浪费，同时满足了用户的测试需求。
Description
技术领域
本发明涉及快速温变试验箱技术领域，具体地涉及一种快速温变试验箱温度控制方法及一种快速温变试验箱温度控制系统。
背景技术
在生产生活中，时常需要进行设备、零件或装置的稳定性测试，其中，特别会设计温度测试。因为进行设备及装置使用时，可能会面对及其严苛的温度使用条件，为了验证待测装置能够满足目标温度使用需求，在特定的温度下进行装置稳定性检测，是检测领域的惯用方法。而为了适应智能检测和自动化检测需求，为了提高检测效率，快速温变试验箱的使用越来越广泛。快速温变试验箱用于电子零件，工业材料，小型电子产品等作快速温度变化和高低温交变试验，其体现测试效率的主要手段为对于温度的调整和稳定效果很好，即能够在很短的时间达到用户的需求测试温度，且能够在目标试验温度下保持足够的时间。
在现有的快速温变试验箱温度控制方法中，始终需要加热丝和制冷压缩机协同工作，以实现温度的有效控制和保持温度稳定。虽然二者可以通过温度的互相抵消实现温度平衡，但因为需要协同两个装置进行工作，无论是工作稳定性还是控制难度，均会存在很大的问题，且即使实现了两个控温装置的稳定控制，但因为需要制冷压缩机和加热丝持续工作，其也会造成大量的能源浪费，不符合当下绿色生产需求。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种快速温变试验箱温度控制方法及系统，以至少解决现有控温方法存在能源损耗过大的问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种快速温变试验箱温度控制方法，所述方法包括：响应于变温请求信号，获取快速温变试验箱的目标试验温度；根据所述目标试验温度和快速温变试验箱的当前温度，生成对应的调温方案；执行所述调温方案，直到所述当前温度与所述目标试验温度的温度差值绝对值处于预设温差范围内，启动预设的目标试验温度保持方案。
可选的，所述根据所述目标试验温度和快速温变试验箱的当前温度，生成对应的调温方案，包括：根据所述目标试验温度和快速温变试验箱的当前温度，确定需要启动的控温装置；其中，所述控温装置至少包括：制冷压缩机和加热丝；其中，若所述目标试验温度小于所述当前温度，确定需要启动的控温装置为制冷压缩机；否则，确定需要启动的控温装置为加热丝。
可选的，所述执行所述调温方案，包括：通过确定的控温装置进行所述快速温变试验箱的温度调节，并实时采集温度调节过程中快速温变试验箱的当前温度，将每一次的采集结果与所述目标试验温度进行对比，根据对比结果动态调整当前控温装置的运行功率。
可选的，所述根据对比结果动态调整当前控温装置的运行功率，包括：
根据所述当前温度与所述目标试验温度之间的差值，选定对应的运行功率等级；其中每一运行功率等级对应一个当前温度与所述目标试验温度的温差范围；根据选定的运行功率等级，调节当前控温装置的运行功率；其中，所述当前温度与所述目标试验温度之间的差值越小，对应的运行功率等级越低，对应的当前控温装置的运行功率越小。
可选的，1)在快速温变试验箱的当前温度与所述目标试验温度的温度差值绝对值处于预设温差范围内的情况下，关闭当前控温装置；2)实时采集快速温变试验箱内的当前温度，在当前温度与所述目标试验温度的温度差值绝对值处于预设温差范围之外的情况下，再次启动当前控温装置；3)重复步骤1)-2)。
可选的，所述启动预设的目标试验温度保持方案，包括：通过预设PWM波对当前控温装置进行控制，执行所述目标试验温度保持方案；其中，所述预设PWM波根据当前快速温变试验箱的标准变温特性确定；所述标准变温特性为当前快速温变试验箱在不存在影响温度的干扰条件下温度的自然变化特性。
本发明第二方面提供一种快速温变试验箱温度控制系统，所述系统包括：采集单元，用于响应于变温请求信号，获取快速温变试验箱的目标试验温度；处理单元，用于根据所述目标试验温度和快速温变试验箱的当前温度，生成对应的调温方案；调温单元，用于执行所述调温方案，直到所述当前温度与所述目标试验温度的温度差值绝对值处于预设温差范围内，输出控温信号；控温单元，用于响应于所述控温信号，启动预设的目标试验温度保持方案。
可选的，所述处理单元具体用于：根据所述目标试验温度和快速温变试验箱的当前温度，确定需要启动的控温装置；其中，所述控温装置至少包括：制冷压缩机和加热丝；其中，若所述目标试验温度小于所述当前温度，确定需要启动的控温装置为制冷压缩机；否则，确定需要启动的控温装置为加热丝；所述调温单元具体用于：通过确定的控温装置进行所述快速温变试验箱的温度调节，并实时采集温度调节过程中快速温变试验箱的当前温度，将每一次的采集结果与所述目标试验温度进行对比，根据对比结果动态调整当前控温装置的运行功率。
可选的，所述控温单元具体用于：通过预设PWM波对当前控温装置进行控制，执行所述目标试验温度保持方案；其中，所述预设PWM波根据当前快速温变试验箱的标准变温特性确定；所述标准变温特性为当前快速温变试验箱在不存在影响温度的干扰条件下温度的自然变化特性；所述控温单元包括：PWM波发生器，用于生成所述预设PWM波。
另一方面，本发明提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的快速温变试验箱温度控制方法。
通过上述技术方案，本发明方案无论是升温操作、降温操作还是后续的温度稳定控制，均同时只运行一种控温装置，通过间歇式控制或PWM波方式控制，实现温度的动态平衡，既避免了单一控温装置持续运行导致的过温问题，还能够避免进行两种控温装置需要持续运行进行温度平衡的问题，本发明方案不仅提高了温度控制智能性，还减少了能源浪费，同时满足了用户的测试需求。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是本发明一种实施方式提供的快速温变试验箱温度控制方法的步骤流程图；
图2是本发明一种实施方式提供的快速温变试验箱温度控制系统的系统结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在生产生活中，时常需要进行设备、零件或装置的稳定性测试，其中，特别会设计温度测试。因为进行设备及装置使用时，可能会面对及其严苛的温度使用条件，为了验证待测装置能够满足目标温度使用需求，在特定的温度下进行装置稳定性检测，是检测领域的惯用方法。而为了适应智能检测和自动化检测需求，为了提高检测效率，快速温变试验箱的使用越来越广泛。快速温变试验箱用于电子零件，工业材料，小型电子产品等作快速温度变化和高低温交变试验。其体现测试效率的主要手段为对于温度的调整和稳定效果很好，即能够在很短的时间达到用户的需求测试温度，且能够在目标试验温度下保持足够的时间。在现有的快速温变试验箱温度控制方法中，始终需要加热丝和制冷压缩机协同工作，以实现温度的有效控制和保持温度稳定。其具体控制方法为：
1)需要进行低温操作时，即目标试验温度低于快速温变试验箱的现有温度时，启动制冷制冷压缩机进行降温操作，同时，介入加热丝工作，避免制冷压缩机调温过度，即单一制冷压缩机若持续工作，其势必会造成温度持续降低的问题，当达到目标温度后，需要加热丝产热进行温度对冲，实现温度的稳定控制。
2)需要进行高温操作时，即目标试验温度高于快速温变实验性的现有温度时，启动加热丝进行升温操作，同时，介入制冷制冷压缩机工作，避免加热丝调温过度，即单一压缩机若持续工作，其势必会造成温度持续升高的问题，当达到目标温度后，需要制冷制冷压缩机制冷进行温度对冲，实现温度的稳定控制。
可见，无论是升温操作还是降温操作，在进行温度稳定控制时，始终需要制冷压缩机和加热丝协同工作，虽然二者可以通过温度的互相抵消实现温度平衡，但因为需要协同两个装置进行工作，无论是工作稳定性还是控制难度，均会存在很大的问题。且即使实现了两个控温装置的稳定控制，但因为需要制冷压缩机和加热丝持续工作，其也会造成大量的能源浪费，不符合当下绿色生产需求。基于上述问题，本发明方案提出了一种新的快速温变试验箱温度控制方法。无论是升温操作、降温操作还是后续的温度稳定控制，均同时只运行一种控温装置，通过间歇式控制或PWM波方式控制，实现温度的动态平衡，既避免了单一控温装置持续运行导致的过温问题，还能够避免进行两种控温装置需要持续运行进行温度平衡的问题，本发明方案不仅提高了温度控制智能性，还减少了能源浪费，同时满足了用户的测试需求。
图1是本发明一种实施方式提供的快速温变试验箱温度控制方法的方法流程图。如图1所示，本发明实施方式提供一种快速温变试验箱温度控制方法，所述方法包括：
步骤S10：响应于变温请求信号，获取快速温变试验箱的目标试验温度。
具体的，当用户存在测试或实验需求时，会输入目标试验温度，然后启动快速温变试验箱进行目标温度调整，响应于用户启动快速温变试验箱的变温请求信号，根据用户输入的目标试验温度确定当前温度调整的目标试验温度。
步骤S20：根据所述目标试验温度和快速温变试验箱的当前温度，生成对应的调温方案。
具体的，根据所述目标试验温度和所述快速温变试验箱的当前温度制定调温方案，包括：根据所述目标试验温度和所述快速温变试验箱的当前温度确定需要启动的控温装置；其中，所述控温装置至少包括：制冷压缩机和加热丝；若所述目标试验温度小于所述当前温度，则确定需要启动的控温装置为制冷压缩机；若所述目标试验温度大于所述当前温度，则确定需要启动的控温装置为加热丝。主要选定需要执行的控温装置，因为本发明中仅需要执行一种的控温装置，无论是前期的加热过程还是后续的控温过程，均需要这种控温装置运行。
在一个实施例中，常规的快速温变试验箱均存在多组加热丝和制冷压缩机，在调温过程中，即将目标试验箱当前的温度调节到目标试验温度过程中时，需要同时启动所有同类的控温装置。例如，需要进行降温操作时，需要启动所有的制冷压缩机，进行协同降温，提高降温效率。然后在温度达到目标试验温度后，关闭其余制冷压缩机，仅保留一个制冷压缩机进行间歇启动控制或PWM波方式控制，因为温度稳定时仅需要小范围小调节，一个控温装置便足够需求，为了减少能源浪费和避免过度调节，其余控温装置均进行关闭处理。
进行调温方案生成时，除了确定需要启动运行的控温装置外，还需要制定详细的控温过程控制指令，优选的，启动确定的需要启动的控温装置，开始进行所述快速温变试验箱温度调节；实时采集所述快速温变试验箱温度调节过程中的温度，并将每一次的采集结果与所述目标试验温度进行对比；根据每一次的采集结果与所述目标试验温度进行对比结果，动态调整当前控温装置的运行功率。包括：预设多级运行功率等级，每一个运行功率等级对应一个实时温度与所述目标试验温度的差值范围；根据实时温度与所述目标试验温度之间的差值大小，选定对应的运行功率等级；根据选定的运行功率等级调节当前控温装置的运行功率；其中，实时温度与所述目标试验温度之间的差值越小，对应的功率等级越低，对应的运行功率越小。
在本发明实施例中，若保持一种控温装置全负荷运行，则温度的变化速度会非常快，当温度接近目标试验温度时，持续保持该高速温度变化，极易出现过温现象。当出现过温现象后，无论是自然回温还是介入另一种控温装置，均会影响控温效率。所以，在接近目标试验温度时，降低控温装置的运行功率，即减小温度变化速度，便于进行温度的精准控制。优选的，设置两个运行功率等级，第一级运行功率即实时温度与目标试验温度的差值很大，保持控温装置全负荷运行。第二级运行功率即实时温度与目标试验温度的差值很小，例如小于5℃，则降低运行功率，例如降低为50％的功率运行状态，实现最终的精准定温。
步骤S30：执行所述调温方案，直到所述当前温度与所述目标试验温度的温度差值绝对值处于预设温差范围内，启动预设的目标试验温度保持方案。
具体的，根据步骤S20中选定的启动控温装置和对应的功率执行时序表，进行具体的调温工作。在调温过程中，采集快速温变试验箱的实时温度，然后判断实时温度与目标试验温度之间的差值，当该差值满足预设的功率调节判断依据是，执行对应的功率调节方案，直到采集的实时温度等于目标试验温度。
具体的，当快速温变试验箱的实时温度等于目标试验温度时，表示调温过程已完成，需要将快速温变试验箱的温度保持在该目标试验温度。优选的，本发明提出两种恒温方法，第一种是间歇式启动控制，另一种是通过PWM波进行控制。
间歇式启动控制便是间歇性进行控温装置启动和关闭，保持实时温度在预设的目标试验温度附近波动，实现一种动态的稳定状态。响应于所述快速温变试验箱达到所述目标试验温度触发信号，关闭当前控温装置；实时采集快速温变试验箱内的保持温度，当所述保持温度与所述目标试验温度之间的差值绝对值大于预设阈值时，启动所述当前控温装置进行再次调温，直到所述快速温变试验箱的温度达到所述目标试验温度，关闭所述当前控温装置。这种方案存在一定的恒温误差，例如，预设目标试验温度为-50℃，当温度高于-48℃的时候才进行制冷压缩机重新启动，调节回-50℃后停止运行。这种方法就会允许2℃的恒温误差，所以这种方法适用于恒温要求不高的试验场景。
另一种方法是通过PWM波进行控制，通过预设PWM波进行当前控温装置控制，执行温度保持方案；其中，所述预设PWM波根据当前快速温变试验箱的标准变温特性确定；所述标准变温特性为当前快速温变试验箱在不存在任何干扰条件下温度的自然变化特性。PWM就是脉冲宽度调制，也就是占空比可变的脉冲波形。脉冲宽度调制是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。
脉宽调制(PWM)基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/n，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积(即冲量)相等，就得到一组脉冲序列，这就是PWM波形。可以看出，各脉冲宽度是按正弦规律变化的。根据冲量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。
简单来说，该方法为更为精准的间歇控制，只是方法一种的间隙控制是基于不同的控制信号进行控温装置启动，而PWM波控制时基于脉冲信号进行控制，脉冲间歇便是间歇式控制的间隙距离，该间歇距离与PWM波本身的波长和频率相关。所以，基于快速温变试验箱在不存在任何干扰条件下温度的自然变化特性，等效对应的间隙距离，便可以实现控温装置与自然回温之间的动态平衡，这种方式的恒温准确性更好，对于目标试验温度要求高的实验来说，采用这种方法的效果更好。
在本发明实施例中，本发明方案同时只运行一种控温装置，摆脱了传统方法中需要制冷压缩机和加热丝需要同时运行进行协同控温的方法，提高了温度控制的精准性，还极大缩减了能源使用，根据现实测定，月降低能耗25％左右。
本发明实施方式还提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的快速温变试验箱温度控制方法。
图2是本发明一种实施方式提供的快速温变试验箱温度控制系统的系统结构图。如图2所示，本发明实施方式提供一种快速温变试验箱温度控制系统，所述系统包括：采集单元，用于响应于变温请求信号，获取快速温变试验箱的目标试验温度；处理单元，用于根据所述目标试验温度和快速温变试验箱的当前温度，生成对应的调温方案；调温单元，用于执行所述调温方案，直到所述当前温度与所述目标试验温度的温度差值绝对值处于预设温差范围内，输出控温信号；控温单元，用于响应于所述控温信号，启动预设的目标试验温度保持方案。
优选的，所述处理单元具体用于：根据所述目标试验温度和快速温变试验箱的当前温度，确定需要启动的控温装置；其中，所述控温装置至少包括：制冷压缩机和加热丝；其中，若所述目标试验温度小于所述当前温度，确定需要启动的控温装置为制冷压缩机；否则，确定需要启动的控温装置为加热丝；所述调温单元具体用于：通过确定的控温装置进行所述快速温变试验箱的温度调节，并实时采集温度调节过程中快速温变试验箱的当前温度，将每一次的采集结果与所述目标试验温度进行对比，根据对比结果动态调整当前控温装置的运行功率。
优选的，所述控温单元具体用于：通过预设PWM波对当前控温装置进行控制，执行所述目标试验温度保持方案；其中，所述预设PWM波根据当前快速温变试验箱的标准变温特性确定；所述标准变温特性为当前快速温变试验箱在不存在影响温度的干扰条件下温度的自然变化特性；所述控温单元包括：PWM波发生器，用于生成所述预设PWM波。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。
Claims (6)
1.一种快速温变试验箱温度控制方法，其特征在于，所述方法包括：
响应于变温请求信号，获取快速温变试验箱的目标试验温度；
根据所述目标试验温度和快速温变试验箱的当前温度，生成对应的调温方案；包括：
根据所述目标试验温度和快速温变试验箱的当前温度，确定需要启动的控温装置；
其中，所述控温装置至少包括：制冷压缩机和加热丝；
其中，若所述目标试验温度小于所述当前温度，确定需要启动的控温装置为制冷压缩机；否则，确定需要启动的控温装置为加热丝；
执行所述调温方案，直到所述当前温度与所述目标试验温度的温度差值绝对值处于预设温差范围内，启动预设的目标试验温度保持方案；其中，
所述启动预设的目标试验温度保持方案，包括：
通过预设PWM波对当前控温装置进行控制，执行所述目标试验温度保持方案；其中，所述预设PWM波根据当前快速温变试验箱的标准变温特性确定；所述标准变温特性为当前快速温变试验箱在不存在影响温度的干扰条件下温度的自然变化特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行所述调温方案，包括：
通过确定的控温装置进行所述快速温变试验箱的温度调节，并实时采集温度调节过程中快速温变试验箱的当前温度，将每一次的采集结果与所述目标试验温度进行对比，根据对比结果动态调整当前控温装置的运行功率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据对比结果动态调整当前控温装置的运行功率，包括：
根据所述当前温度与所述目标试验温度之间的差值，选定对应的运行功率等级；其中每一运行功率等级对应一个当前温度与所述目标试验温度的温差范围；
根据选定的运行功率等级，调节当前控温装置的运行功率；其中，
所述当前温度与所述目标试验温度之间的差值越小，对应的运行功率等级越低，对应的当前控温装置的运行功率越小。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述启动预设的目标试验温度保持方案，包括：
1）在快速温变试验箱的当前温度与所述目标试验温度的温度差值绝对值处于预设温差范围内的情况下，关闭当前控温装置；
2）实时采集快速温变试验箱内的当前温度，在当前温度与所述目标试验温度的温度差值绝对值处于预设温差范围之外的情况下，再次启动当前控温装置；
3）重复步骤1）-2）。
5.一种快速温变试验箱温度控制系统，其特征在于，所述系统包括：
采集单元，用于响应于变温请求信号，获取快速温变试验箱的目标试验温度；
处理单元，用于根据所述目标试验温度和快速温变试验箱的当前温度，生成对应的调温方案；
所述处理单元具体用于：
根据所述目标试验温度和快速温变试验箱的当前温度，确定需要启动的控温装置；
其中，所述控温装置至少包括：制冷压缩机和加热丝；
其中，若所述目标试验温度小于所述当前温度，确定需要启动的控温装置为制冷压缩机；否则，确定需要启动的控温装置为加热丝；
调温单元，用于执行所述调温方案，直到所述当前温度与所述目标试验温度的温度差值绝对值处于预设温差范围内，输出控温信号；
所述调温单元具体用于：
通过确定的控温装置进行所述快速温变试验箱的温度调节，并实时采集温度调节过程中快速温变试验箱的当前温度，将每一次的采集结果与所述目标试验温度进行对比，根据对比结果动态调整当前控温装置的运行功率；
控温单元，用于响应于所述控温信号，启动预设的目标试验温度保持方案；
所述控温单元具体用于：
通过预设PWM波对当前控温装置进行控制，执行所述目标试验温度保持方案；其中，所述预设PWM波根据当前快速温变试验箱的标准变温特性确定；所述标准变温特性为当前快速温变试验箱在不存在影响温度的干扰条件下温度的自然变化特性；
所述控温单元包括：
PWM波发生器，用于生成所述预设PWM波。
6.一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行权利要求1-4中任一项权利要求所述的快速温变试验箱温度控制方法。
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