CN115371996A - 一种分离式均布加热储气控制装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分离式均布加热储气控制装置及其使用方法，包括：加热容弹本体、加热弹下端盖、加热弹上端盖、弹体密封垫、出气口、出气通道、出气阀座、进气阀座、进气通道、容器底座、环形进气板、高压气罐、压力变送器、流量控制阀、温度传感器、压力传感器、PLC控制器，其用于接收压力变送器、温度传感器和压力传感器的输出信号，生成相应的控制指令从而调节流量控制阀。针对分离式均布加热储气控制装置的使用方法来说，外部高压气罐内的气体通过进气口和进气通道进入环形进气板中，再经环形进气板上多个间隔角度均匀的进气孔，形成多道更小的气流进入加热容弹本体中，进行加热和存储。本发明有利于提升加热效率。

Description

一种分离式均布加热储气控制装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及内燃机喷雾燃烧研究领域，尤其涉及一种分离式均布加热储气控制装置。

本发明还涉及上述分离式均布加热储气控制装置的使用方法。

背景技术

现有技术技术中，定容弹进气需要外部加热系统提前加热，目前主流的加热方法是在定容弹内部布置加热器，例如加热丝，这种加热方案的缺点是加热器发光会影响光学测试，而且加热比较慢，而且定容弹内部加热时：在光学实验时需要先将前一个工况的实验气体排出，然后再进行加热加压到想要的实验工况，从而使得加热周期长，时间成本高。

同时，有部分研究机构采用外部加热，即将氮气或空气在外部加热器中进行预加热然后导入定容弹内部，这种方案可以消除加热器发光对光学测试的影响，但是没有解决加热弹直通循环进气的需求，而且，目前外部加热系统的加热手段加热不均匀，加热效率低，从而也难以满足定容弹定压，定温的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种分离式均布加热储气装置，其能作为定容弹的外部加热系统，对气体提前加热，并提高加热效率，能满足定容弹对所需进气稳定的温度和压力要求。

本发明的另一个目的是提供上述分离式均布加热储气装置的使用方法，能保障定容弹进气能迅速达到稳定的目标温度和压力值。

针对一种分离式均布加热储气装置这一技术主题来说，其包括：

加热容弹本体，其内部中空；

加热弹下端盖，其对接在所述加热容弹本体的下端；

加热弹上端盖，其对接在所述加热容弹本体的上端；

弹体密封垫，其设置在所述加热容弹本体与所述加热弹下端盖之间，以及加热弹上端盖与所述加热容弹本体之间；

出气口，其开设在加热弹上端盖上面；

出气通道，其连通出气口，并向加热弹上端盖中延伸，直至连通所述加热容弹本体；

出气阀座，其对接在出气口上，用于安装电磁阀以关闭或打开出气口；

进气口，其开设在加热弹下端盖外周面上；

进气阀座，其与所述进气口对接，用于安装电磁阀以关闭或打开所述进气口；

进气通道，其连通进气口，并向加热弹下端盖中延伸，并转向加热容弹本体中延伸，使加热弹下端盖与加热容弹本体相连通；

容器底座，其固接在加热弹下端盖上；

环形进气板，其固定在加热弹下端盖上，以对接进气通道，其上间隔角度分布有多个进气孔；

高压气罐，其作为气体输入端经气管连通进气阀座上的电磁阀；

压力变送器，其用于检测气管内的压力；

流量控制阀，其用于检测气管内的流量体积；

温度传感器，用于检测加热容弹本体内的温度；

压力传感器，用于检测加热容弹本体内的压强；

PLC控制器，用于接收压力变送器、温度传感器和压力传感器的输出信号，生成相应的控制指令从而调节流量控制阀。

作为分离式均布加热储气装置进一步的改进，所述加热容弹本体的内壁上设有弹体隔热垫；加热弹下端盖的上端面设有下端隔热垫；加热弹上端盖的下端面上设有上端隔热垫，所述进气通道穿过下端隔热垫连通所述环形进气板。

作为分离式均布加热储气装置进一步的改进，所述环形进气板与其下方的隔热垫之间设有密封压板，所述进气通道穿过所述密封压板。

作为分离式均布加热储气装置进一步的改进，所述加热弹下端盖上固定有向上延伸的底部支架，底座支架上固定有绝缘支架以和加热弹下端盖相间隔，绝缘支架上安置有加热丝，电热丝由PLC控制器控制。

作为分离式均布加热储气装置进一步的改进，所述加热丝具有沿加热容弹本体轴向延伸的螺旋状结构，并在加热容弹本体内设置沿其轴向延伸的绝缘层，以将螺旋状结构包围。

作为分离式均布加热储气装置进一步的改进，所述环形进气板的进气孔的分布直径等于加热丝的螺旋状结构的螺旋直径。

针对分离式均布加热储气装置的使用方法这一技术主题来来说，外部高压气罐内的气体通过进气阀座上的电磁阀，然后经进气口和进气通道进入环形进气板中，沿环形进气板环形流动，再经环形进气板上多个间隔角度均匀的进气孔，形成多道更小的气流进入加热容弹本体中，进行加热和存储；

使用时，气体经出气通道、出气口以及出气阀座上的电磁阀进入到定容弹里进行光学实验。

作为分离式均布加热储气装置的使用方法进一步的改进：

作为输入端的高压气罐，由电磁阀控制气管进气，由压力变送器检测气管气体压力，由流量控制阀控制气管进气的体积流量，在气体进入加热容弹本体中加热时，由布置在加热容弹本体顶部和底部的温度传感器和压力传感器检测气体在加热容弹本体顶部和底部的温度和压力，压力变送器、温度传感器和压力传感器传输输入信号连接PLC控制器，由PLC控制器根据输入信号生成输出指令，驱动流量控制阀调节进气的体积流量。

作为分离式均布加热储气装置的使用方法进一步的改进，具体包括如下步骤：

获取容弹弹体内部的初始温度值T₁和压强值P₁，其中初始温度值T₁为：当读取的容弹本体内顶部和底部温度值的差值不超过设定范围(根据实验校准得出约为10开氏温度)时，T₁取弹体顶部读取的温度，超过该设定范围时，则T₁取顶部和底部温度值的平均值，以及设置最终要获得的容器内的输入目标温度值T₀和压强值P₀，根据目标值P₀、T₀，初始值P₁、T₁，计算出作为中间状态定容加热过程的定容加热初始状态弹体内部压强P₂，温度T₂，进一步的，温度压力控制系统的加压加温过程分为两个阶段，第一阶段为定容加压过程，即容弹内部温度和压强由T₁、P₁到T₂、P₂过程，第二阶段为定容加热过程，使容弹内部温度和压强由T₂、P₂到目标温度和压强值T₀、P₀；其中第二阶段的调控末尾也同时存在压力补偿的情况；

其中，P₂和T₂的计算方式如下：

设容弹的内部容积设计值为V₀，氛围气体选择为惰性气体N₂，根据第二阶段，密闭容器气体体积不变，质量不变，假定为绝热过程，由理想气体状态方程PV＝mrT，其中，P为压强，m为质量，r为R/M即气体常数R与平均摩尔质量M的比值，T为温度，则得出理论关系式一：P₀/T₀＝P₂/T₂(1)，即P₂/T₂为常数；再根据第一阶段，由测得的初始值T₁、P₁，建立气体方程P₁V₀＝n₁RT₁(2)，则可以计算出容器内初始的物质量n₁，然后由P₂V₀＝n₂RT₂(3)可以计算出定容加热初始状态的物质量n₂，再由PLC控制器(25)根据高压气罐上的温度值T’，和压力变送器测得的进气压力P’，控制流量控制器的检测的体积流量换算得出的进气体积V’建立关系式P’V’＝n’RT’(4)，由n₁变为n₂过程是由充气加压导致的，该过程温度变化忽略不计，即有n’＝n₂-n₁(5)，联立(1)-(5)即可求出，T₂、P₂、V’、n₁、n₂；

基于求出的流量控制器的体积流量V’，用于实现第一阶段的定容加压过程；其中根据温度值进行实时反馈，调整进气流量，从而逼近P₂/T₂值；

第二阶段，采用PID算法优化温度控制，以能迅速达到目标温度值；

定容加热过程：温度由T₂升高至T₀：

所需热量由公式

即

其中m为物质的质量，C_V为定容比热容；

不同温度下气体的Cv查表可知，即可得出Cv-T的函数关系，求出所需理论热量Q_V，以用来指导计算加热器PWM控制的总功率，假设为密闭绝热容器，即加热器的所产生的的热量的总熵就等于容弹内气体获得的热量值，后面再结合基础值进行PID校准；

作为分离式均布加热储气装置的使用方法进一步的改进，PID算法优化温度校准的具体运行过程如下：

引入PID算法控制加热丝的加热，公式如下：

u(t)为总的输出值，其中，K_Pe(t)为比例项、

为积分项、

为微分项、X₁为常数项；

优化算法过程如下：

使用积分分离，设定为当采样温度T₂≤0.85T₀时，积分项和微分项不参与控制输出，以减少控制系统的数据存储量，并缩减温度达到稳态的时间；

由绝热保温条件下，控制算法的常数项X₁的值通过标定得出；

通过计算和试验标定好计算周期，积分时间常数和微分时间常数

搭配加热丝，通过PWM控制加热丝的输出脉宽和周期，以快速达到目标温度值；

其中，PID控制在第一阶段控制时，只采用比例控制使压强升至P₂，进入第二阶段，由于随温度变化，容弹内部压力实时变化；经过计算和试验，压强控制在温度超出误差范围时，不启用控制，而是待温度值稳定在T₀±ΔT范围内时，才开始读取容弹内部压力值与设定值P₀进行压强控制；

通过PID控制控制算法和试验模拟，能很快的达到误差范围，获得设定的目标温度值T₀和目标压强值值P₀。

附图说明

图1为实施例的结构示意图。

图2为实施例温度压力控制系统原理图。

附图标记：1、加热容弹本体；2、弹体密封垫；3、加热弹下端盖；4、第一螺柱；5、容器底座；6、第一连接螺栓，7、下端隔热垫；8、密封压板；9、环形进气板；10、底部支架；11、绝缘支架；12、弹体隔热垫；13、绝缘层；14、加热丝；15、第二螺柱；16、加热弹上端盖；17、密封垫；18、进气阀座，19、第二连接螺栓；20、上端隔热垫；21、上端隔热垫压板；22、第三连接螺栓，23、云母管；24、电磁阀；25、PLC控制器；26、流量控制阀；27、压力变送器；28、高压气罐；29、出气口；30、出气通道；31、出气阀座；32、进气口；33、进气通道。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-图2所示，一种分离式均布加热储气装置，其包括：

加热容弹本体1，其内部中空；

加热弹下端盖3，其对接在所述加热容弹本体1的下端；

加热弹上端盖16，其对接在所述加热容弹本体1的上端；

弹体密封垫2，其设置在所述加热容弹本体1与所述加热弹下端盖3之间，以及加热弹上端盖10与所述加热容弹本体1之间；

出气口29，其开设在加热弹上端盖16上面；

出气通道30，其连通出气口29，并向加热弹上端盖16中延伸，直至连通所述加热容弹本体1；

出气阀座31，其对接在出气口29上，用于安装电磁阀以关闭或打开出气口29；

进气口32，其开设在加热弹下端盖3外周面上；

进气阀座18，其与所述进气口32对接，用于安装电磁阀24以关闭或打开所述进气口32；

进气通道33，其连通进气口32，并向加热弹下端盖3中延伸，并转向加热容弹本体1中延伸，使加热弹下端盖3与加热容弹本体1相连通；

容器底座5，其固接在加热弹下端盖3上；

环形进气板9，其固定在加热弹下端盖3上，以对接进气通道33，其上间隔角度分布有多个进气孔；

高压气罐28，其作为气体输入端经气管连通进气阀座18上的电磁阀24；

压力变送器27，其用于检测气管内的压力；

流量控制阀26，其用于检测气管内的流量体积；

温度传感器，用于检测加热容弹本体1内的温度；

压力传感器，用于检测加热容弹本体1内的压力；

PLC控制器25，用于接收压力变送器27、温度传感器和压力传感器的输出信号，生成相应的控制指令从而调节流量控制阀26。

在本实施例中，所述加热容弹本体1的内壁上设有弹体隔热垫12；加热弹下端盖3的上端面设有下端隔热垫7；加热弹上端盖16的下端面上设有上端隔热垫20，所述进气通道33穿过下端隔热垫7连通所述环形进气板9。

在本实施例中，所述环形进气板9与其下方的隔热垫7之间设有密封压板8，所述进气通道33穿过所述密封压板8。

在本实施例中，所述加热弹下端盖3上固定有向上延伸的底部支架10，底座支架10上固定有绝缘支架11以和加热弹下端盖3相间隔，绝缘支架11上安置有加热丝14，所述加热丝14受PLC控制器25控制。

在本实施例中，所述加热丝14具有沿加热容弹本体1轴向延伸的螺旋状结构，并在加热容弹本体1内设置沿其轴向延伸的绝缘层13，以将螺旋状结构包围。

在本实施例中，所述环形进气板9的进气孔的分布直径等于加热丝14的螺旋状结构的螺旋直径。

实施例2

一种分离式均布加热储气控制装置，其包括加热容弹本体1，通过第一螺柱4和第二螺柱15分别与加热弹下端盖3和加热弹上端盖16固连，弹体通过弹体密封垫2密封；整个容弹体内部B区域通过下端隔热垫7、弹体隔热垫12、上端隔热垫20构成隔热保温系统。底部容器底座5通过第一连接螺栓6连接到下端盖上。在下端隔热垫上方设密封压板8，环形进气板9通过螺栓固定连接到下端盖上。加热丝绝缘支架11和底部支架10通过螺栓连接在下端盖上。绝缘支架将加热丝14托起，加热丝外圈装有绝缘层13。绝缘支架11、底部支架10、绝缘层13构成绝缘保护系统。

本实施例中分离式均布加热加压储气控制装置，其包括集成环形进气系统，环形进气系统由加热弹下端盖、环形进气板、等构成；环形进气系统工作时，外部气罐内气体通过电磁阀由A进气口，通过加热弹下端盖上贯通的进气通道进入到环形进气板进气环槽内，气体在环槽内环形流动，通过环形进气板进气孔进入到容弹内部进行加热，存储。实验时，通过C出气口由电磁阀控制进入到定容弹里进行光学实验。

进一步的，加热丝14的型式为螺旋盘管型式，同时设计环形进气板上的进气孔的分布直径与加热丝的螺旋直径一致。这样使得由进气孔进入容弹内部的压力气体向上流动可直接经过加热丝和加热翅片周围进行加热，而避免了气体不流经加热丝造成加热不均的现象，提高了加热效率。

同时，本实施例均布加热储气控制装置还包括隔热保温系统和绝缘保护系统。绝缘保护系统很好地解决了加热弹内部加热器的固定，及避免其与金属弹体发生导通，发生漏电的风险。下端隔热垫、弹体隔热垫、上端隔热垫构成的隔热保温系统，将金属弹体与内部气体完全隔绝，而隔热垫的导热系数约为金属弹体的1/3150，使气体与外部热交换十分微小，这样简化了控制系统的控制难度。

进一步的加热温控系统的实现，如图2所示的温度控制系统原理图，其中FE+FC为电磁阀控制的流量孔板流量计；FE为流量孔板，FC为电磁阀。

容弹加热温控系统，包括输入端的高压气罐28，控制气管进气的电磁阀24,检测进气压力的压力变送器27，所述压力变送器后接流量控制阀26控制进气的体积流量，进一步的还包括容弹体内部加热丝14，布置在弹体顶部和底部的温度传感器，布置在弹体上的压力传感器和PLC控制器25构成。温度控制系统的控制方法包括：获取容弹弹体内部上的初始温度值T₁和压强值P₁，其中初始温度值T₁为：当读取的容弹本体内顶部和底部温度值的差值不超过设定范围(根据实验校准得出约为10开氏温度)时，T₁取弹体顶部读取的温度，超过该设定范围时，则T₁取顶部和底部温度值的平均值，以及设置最终要获得的容器内的输入目标温度值T₀和压强值P₀，根据目标值P₀、T₀，初始值P₁、T₁，计算出作为中间状态定容加热过程的定容加热初始状态弹体内部压强P₂，温度T₂。进一步的，温度压力控制系统的的加压加温过程分为两个阶段，第一阶段为定容加压过程，即容弹内部温度和压强由T₁、P₁到T₂、P₂的过程。第二阶段为定容加热过程，使容弹内部温度和压强由T₂、P₂到目标温度和压强值T₀、P₀；其中第二阶段的调控末尾也同时存在压力补偿的情况；

其中，P₂和T₂的计算方式如下：

为满足计算控制本方案，设加热容弹的内部容积设计值为V₀，根据实验需求，氛围气体选择为惰性气体N₂。根据第二阶段(定容加热过程),密闭容器气体体积不变，质量不变，由理想气体状态方程PV＝mrT,其中，P为压强，m为质量，r为R/M即气体常数R与平均摩尔质量M的比值，T为温度，则得出理论关系式一：P₀/T₀＝P₂/T₂(1)；再根据第一阶段(定容加压)，根据测得的初始值T₁、P₁，建立气体方程P₁V₀＝n₁RT₁(2)，则可以计算出容器内初始的物质量n₁，然后由P₂V₀＝n₂RT₂(3)可以计算出定容加热初始状态的物质量n₂，再由PLC压力控制模块同时根据高压气罐上的温度值T’,和压力变送器测得的进气压力P’，控制流量控制器的体积流量换算的进气体积V’建立关系式P’V’＝n’RT’(4)，由n₁变为n₂过程是由充气加压导致的，该过程温度变化忽略不计，即有n’＝n₂-n₁(5)，联立(1)-(5)即可求出T₂、P₂、V’、n₁、n₂；

基于求出的流量控制器的体积流量V’，用于实现第一阶段的定容加压过程；其中根据温度值进行实时反馈，调整进气流量，从而逼近P₂/T₂值；

更进一步的，第二阶段(定容加热过程)，采用PID算法优化温度控制系统，以能迅速达到目标温度值。具体的：定容加热过程，温度由T₂升高至T₀,其所需热量由公式

即

不同温度下气体的Cv查表可知，即可得出Cv-T的函数关系，求出所需理论热量Q_V以用来指导计算加热器PWM控制的总功率，假设为密闭绝热容器，即加热器的所产生的的热量的总熵就等于容弹内气体获得的热量值，后面再结合基础值进行PID校准。引入PID算法，

其中K_Pe(t)为比例项、

为积分项、

为微分项、X₁为常数项。公式的总值用于控制PWM的脉宽信号，pwm是加热器的一种控制型式，即脉宽控制，以精确控制加热电流的周期和加热脉宽。

优化算法，使用积分分离，设定为当采样温度T₂≤0.85T₀时，积分项和微分项不参与控制输出，不仅减少控制系统的数据存储量，同时大大缩减温度达到稳态的时间；进一步的，在本发明弹体内部四周均采用绝热保温材料的设计，因此控制算法的常数项X₁的值通过简单的计算和试验就可以标定出。通过计算和试验标定好计算周期，积分时间常数和微分时间常数，同时搭配大功率的环形加热丝，算法通过PWM控制加热丝的输出脉宽和周期，可以快速的使温控系统稳定在设定的目标温度值，实现加热恒温控制。

进一步的本方案的压力控制模块采用PID控制，压力控制的执行器为由电信号控制的流量控制器。在第一阶段控制时，只采用比例控制使压力升至P₂，进入第二阶段，由于随温度变化，容弹内部压力实时变化；经过计算和试验，压力控制系统在温度超出误差范围时，不启用控制，而是待温度值稳定在T₀±ΔT范围内时，才开始读取容弹内部压力值与设定值P₀进行压力控制，且这样当温度加热到设定值范围内时，压力补偿调整过程对温度的影响效果很小，两个控制系统之间的干扰效果很微弱，通过控制算法和试验模拟，该控制系统能能很快的达到误差范围，获得设定的温度值和压力值。

本实施例对两个阶段都进行了理论与试验的修正；能够实现的压强和温度的同步控制，有利于获得定压，定温的氛围气体需求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分离式均布加热储气控制装置，其特征在于包括：

加热容弹本体(1)，其内部中空；

加热弹下端盖(3)，其对接在所述加热容弹本体(1)的下端；

加热弹上端盖(16)，其对接在所述加热容弹本体(1)的上端；

弹体密封垫(2)，其设置在所述加热容弹本体(1)与所述加热弹下端盖(3)之间，以及加热弹上端盖(10)与所述加热容弹本体(1)之间；

出气口(29)，其开设在加热弹上端盖(16)上面；

出气通道(30)，其连通出气口(29)，并向加热弹上端盖(16)中延伸，直至连通所述加热容弹本体(1)；

出气阀座(31)，其对接在出气口(29)上，用于安装电磁阀以关闭或打开出气口(29)；

进气口(32)，其开设在加热弹下端盖(3)外周面上；

进气阀座(18)，其与所述进气口(32)对接，用于安装电磁阀(24)以关闭或打开所述进气口(32)；

进气通道(33)，其连通进气口(32)，并向加热弹下端盖(3)中延伸，并转向加热容弹本体(1)中延伸，使加热弹下端盖(3)与加热容弹本体(1)相连通；

容器底座(5)，其固接在加热弹下端盖(3)上；

环形进气板(9)，其固定在加热弹下端盖(3)上，以对接进气通道(33)，其上间隔角度分布有多个进气孔；

高压气罐(28)，其作为气体输入端经气管连通进气阀座(18)上的电磁阀(24)；

压力变送器(27)，其用于检测气管内的压力；

流量控制阀(26)，其用于检测气管内的流量体积；

温度传感器，用于检测加热容弹本体(1)内的温度；

压力传感器，用于检测加热容弹本体(1)内的压力；

PLC控制器(25)，用于接收压力变送器(27)、温度传感器和压力传感器的输出信号，生成相应的控制指令从而调节流量控制阀(26)。

2.根据权利要求1所述分离式均布加热储气控制装置，其特征在于所述加热容弹本体(1)的内壁上设有弹体隔热垫(12)；加热弹下端盖(3)的上端面设有下端隔热垫(7)；加热弹上端盖(16)的下端面上设有上端隔热垫(20)，所述进气通道(33)穿过下端隔热垫(7)连通所述环形进气板(9)。

3.根据权利要求2所述分离式均布加热储气控制装置，其特征在于所述环形进气板(9)与其下方的隔热垫(7)之间设有密封压板(8)，所述进气通道(33)穿过所述密封压板(8)。

4.根据权利要求3所述分离式均布加热储气控制装置，其特征在于所述加热弹下端盖(3)上固定有向上延伸的底部支架(10)，底座支架(10)上固定有绝缘支架(11)以和加热弹下端盖(3)相间隔，绝缘支架(11)上安置有加热丝(14)，所述加热丝(14)受PLC控制器(25)控制。

5.根据权利要求4所述分离式均布加热储气控制装置，其特征在于所述加热丝(14)具有沿加热容弹本体(1)轴向延伸的螺旋状结构，并在加热容弹本体(1)内设置沿其轴向延伸的绝缘层(13)，以将螺旋状结构包围。

6.根据权利要求5所述分离式均布加热储气控制装置，其特征在于所述环形进气板(9)的进气孔的分布直径等于加热丝(14)的螺旋状结构的螺旋直径。

7.一种权利要求1所述分离式均布加热储气控制装置的使用方法，其特征在于外部高压气罐(28)内的气体通过进气阀座(18)上的电磁阀(24)，然后经进气口(32)和进气通道(33)进入环形进气板(9)中，沿环形进气板(9)环形流动，再经环形进气板(9)上多个间隔角度均匀的进气孔，形成多道更小的气流进入加热容弹本体(1)中，进行加热和存储；

使用时，气体经出气通道(30)、出气口(32)以及出气阀座(31)上的电磁阀(24)进入到定容弹里进行光学实验。

8.根据权利要求7所述分离式均布加热储气控制装置的使用方法，其特征在于

作为输入端的高压气罐(28)，由电磁阀(24)控制气管进气，由压力变送器(27)检测气管气体压力，由流量控制阀(26)控制气管进气的体积流量，在气体进入加热容弹本体(1)中加热时，由布置在加热容弹本体(1)顶部和底部的温度传感器和压力传感器检测气体在加热容弹本体(1)顶部和底部的温度和压力，压力变送器(27)、温度传感器和压力传感器传输输入信号连接PLC控制器(25)，由PLC控制器(25)根据输入信号生成输出指令，驱动流量控制阀(26)调节进气的体积流量。

9.根据权利要求8所述分离式均布加热储气控制装置的使用方法，其特征在于具体包括如下步骤：

获取容弹弹体内部的初始温度值T₁和压强值P₁，其中初始温度值T₁为：当读取的容弹本体内顶部和底部温度值的差值不超过设定范围时，T₁取弹体顶部读取的温度，超过该设定范围时，则T₁取顶部和底部温度值的平均值，密闭容器内的压强基本相等，这里取一个温度值和一个压强值参与计算，以及设置最终要获得的容器内的输入目标温度值T₀和压强值P₀，根据目标值P₀、T₀，初始值P₁、T₁，计算出作为中间状态定容加热过程的定容加热初始状态弹体内部压强P₂，温度T₂，加压加温的过程划分为两个阶段，第一阶段为定容加压过程，即容弹内部温度和压强由T₁、P₁到T₂、P₂过程，第二阶段为定容加热过程，使容弹内部温度和压强由T₂、P₂到目标温度和压强值T₀、P₀；其中第二阶段的调控末尾也同时存在压力补偿的情况；

其中，P₂和T₂的计算方式如下：

容弹的内部容积设计值为V₀，氛围气体选择为惰性气体N₂，根据第二阶段，密闭容器气体体积不变，质量不变，假定为绝热过程，由理想气体状态方程PV＝mrT，其中，P为压强，m为质量，r为R/M即气体常数R与平均摩尔质量M的比值，T为温度，则得出理论关系式一：P₀/T₀＝P₂/T₂(1)，即P₂/T₂为常数；再根据第一阶段，由测得的初始值T₁、P₁，建立气体方程P₁V₀＝n₁RT₁(2),则可以计算出容器内初始的物质量n₁，然后由P₂V₀＝n₂RT₂(3)可以计算出定容加热初始状态的物质量n₂，再由PLC控制器(25)根据高压气罐上的温度值T’，和压力变送器测得的进气压力P’，控制流量控制器检测的体积流量换算得出的进气体积V’，建立关系式P’V’＝n’RT’(4)；由n₁变为n₂过程是由充气加压导致的，该过程温度变化忽略不计，即有n’＝n₂-n₁(5)，联立(1)-(5)即可求出，T₂、P₂、V’、n₁、n₂；

基于求出的流量控制器的体积流量V’，用于实现第一阶段的定容加压过程；其中根据温度值进行实时反馈，调整进气流量，从而逼近P₂/T₂值；

第二阶段，采用PID算法优化温度控制，以能迅速达到目标温度值；

定容加热过程：温度由T₂升高至T₀：

所需热量由公式

即

其中m为物质的质量，C_V为定容比热容；

不同温度下气体的Cv查表可知，即可得出Cv-T的函数关系，求出所需理论热量Q_V，以用来指导计算加热器PWM控制的总功率，假设为密闭绝热容器，即加热器的所产生的的热量的总熵就等于容弹内气体获得的热量值，后面再结合基础值进行PID校准。

10.根据权利要求9所述分离式均布加热储气控制装置的使用方法，其特征在于PID算法优化温度控制的具体运行过程如下：

引入PID算法控制加热丝的加热，公式如下：

其中u(t)为总的输出值，K_Pe(t)为比例项、

为积分项、

为微分项、X₁为常数项；公式的总值用于控制PWM的脉宽信号，pwm是加热器的一种控制型式，即脉宽控制，以精确控制加热电流的周期和加热脉宽；

优化算法过程如下：

使用积分分离，设定为当采样温度T₂≤0.85T₀时，积分项和微分项不参与控制输出，以减少控制系统的数据存储量，并缩减温度达到稳态的时间；

由绝热保温条件下，控制算法的常数项X₁的值通过标定得出；

通过计算和试验标定好计算周期，积分时间常数和微分时间常数

搭配加热丝(14)，通过PWM控制加热丝的输出脉宽和周期，以快速达到目标温度值；

其中，PID控制在第一阶段控制时，只采用比例控制使压强升至P₂，进入第二阶段，由于随温度变化，容弹内部压强实时变化；经过计算和试验，压强在温度超出误差范围时，不启用控制，而是待温度值稳定在T₀±ΔT范围内时，才开始读取容弹内部压强值与设定值P₀进行压力控制；

通过PID控制控制算法和试验模拟，能很快的达到误差范围，获得设定的目标温度值T₀和目标压强值P₀。

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