CN116107366B - 一种温度控制方法、控制器及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度控制方法、控制器及装置，应用于热学领域，应用于温度控制装置中的控制器，温度控制装置还包括加热模块、应变天平、电机及固定基板，加热模块包括第一加热模块与第二加热模块，第一加热模块设置于应变天平的浮动端与电机之间，第二加热模块设置于应变天平的固定端与固定基板之间；温度控制方法包括：获取浮动端的温度及固定端的温度；根据浮动端的温度控制第一加热模块为浮动端加热和/或根据固定端的温度控制第二加热模块为固定端加热。通过第一加热模块和/或第二加热模块分别对浮动端和/或固定端的加热，使得浮动端与固定端的温度均达到预设温度，降低了应变天平的热效应影响，使得应变天平测量结果更加准确。

Description

一种温度控制方法、控制器及装置

技术领域

本发明涉及热学领域，特别是涉及一种温度控制方法、控制器及装置。

背景技术

螺旋桨飞机带动力试验的目的是测量螺旋桨滑流对全机气动特性的影响，为飞机设计提供可靠的试验数据。试验中，螺旋桨所产生的拉力和扭矩通常用专用的应变天平测量，螺旋桨的驱动通常用电动机。受试验模型内部空间和试验方法的限制，螺旋桨电动机都要求尺寸小、功率大、连续运行时间长，在试验过程中，螺旋桨电动机可看作是大功率热源。由于持续受到电动机发热影响，应变天平同电动机连接面为浮动端，会常常处于高温状态，而应变天平的另一端为固定端，由于同模型连接，模型表面受到吹风影响温度会比较低，从而应变天平上下表面存在温度差，导致应变天平的应变片输出漂移。尽管电动机有降温措施，但在高功率连续运行的情况下，会不可避免导致应变天平的浮动端温度上升。由于应变天平中部是应变梁，其截面积很小，热传递缓慢，即使没有附加载荷很快也会因为温度差而产生应力。这种温度差即为温度热效应会对试验产生很不利的影响，数据重复性差。

所以降低温度热效应影响是螺旋桨飞机带动力试验中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种温度控制方法、控制器及装置，降低了应变天平的热效应影响，使得应变天平测量结果更加准确。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种温度控制方法，应用于温度控制装置中的控制器，所述温度控制装置还包括加热模块、应变天平、电机及固定基板，所述加热模块包括第一加热模块与第二加热模块，所述第一加热模块设置于所述应变天平的浮动端与所述电机之间，所述第二加热模块设置于所述应变天平的固定端与固定基板之间，所述控制器分别与所述第一加热模块及所述第二加热模块连接；

所述温度控制方法包括：

获取所述浮动端的温度及所述固定端的温度；

根据所述浮动端的温度控制所述第一加热模块为所述浮动端加热和/或根据所述固定端的温度控制所述第二加热模块为所述固定端加热，以便所述浮动端的温度及所述固定端的温度均达到预设温度。

优选的，所述预设温度的设置过程包括：

在所述浮动端不与电机连接时，控制所述第一加热模块为所述浮动端加热至测试温度，所述第二加热模块为所述固定端加热至测试温度；

获取所述浮动端及所述固定端的温度；

判断所述固定端的温度、所述浮动端的温度及所述测试温度的差值是否在预设范围内；

若否，则更改所述测试温度，并返回步骤控制所述第一加热模块为所述浮动端加热，所述第二加热模块为所述固定端加热至测试温度；

若是，则将所述固定端的温度、所述浮动端的温度及所述测试温度的差值在预设范围内的所述测试温度作为预设温度。

优选的，根据所述浮动端的温度控制所述第一加热模块为所述浮动端加热，以便所述浮动端的温度达到预设温度，包括：

判断所述浮动端的温度是否小于所述预设温度；

若所述浮动端的温度小于所述预设温度，则确定所述浮动端与所述预设温度的差值；

控制所述第一加热模块以所述差值对应的功率为所述浮动端加热，所述差值与所述功率呈正相关。

优选的，控制所述第一加热模块以所述差值对应的功率为所述浮动端加热之后，还包括：

判断所述功率是否到达功率阈值；

若达到，则控制所述第一加热模块以所述功率阈值为所述浮动端加热。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种控制器，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述温度控制方法的步骤。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种温度控制装置，包括上述的控制器，所述温度控制装置还包括加热模块、应变天平、电机及固定基板，所述加热模块包括第一加热模块与第二加热模块，所述第一加热模块设置于所述应变天平的浮动端与所述电机之间，所述第二加热模块设置于所述应变天平的固定端与固定基板之间，所述控制器分别与所述第一加热模块及所述第二加热模块连接。

优选的，所述第一加热模块的功率小于所述第二加热模块的功率。

优选的，还包括M个第一温度传感器及N个第二温度传感器，M、N为正整数；

M个所述第一温度传感器设置于所述应变天平的浮动端，N个所述第二温度传感器设置于所述应变天平的固定端；

所述控制器具体用于根据所述第一温度传感器确定所述浮动端的温度，根据所述第二温度传感器确定所述固定端的温度。

优选的，所述第一温度传感器及所述第二温度传感器均为热电阻。

优选的，所述第一加热模块与所述第二加热模块均为电热膜，所述电热膜的形状与所述应变天平的浮动端及固定端一致。

本申请提供了一种温度控制方法、控制器及装置，应用于热学领域，应用于温度控制装置中的控制器，温度控制装置还包括加热模块、应变天平、电机及固定基板，加热模块包括第一加热模块与第二加热模块，第一加热模块设置于应变天平的浮动端与电机之间，第二加热模块设置于应变天平的固定端与固定基板之间；温度控制方法包括：获取浮动端的温度及固定端的温度；根据浮动端的温度控制第一加热模块为浮动端加热和/或根据固定端的温度控制第二加热模块为固定端加热。通过第一加热模块和/或第二加热模块分别对浮动端和/或固定端的加热，使得浮动端与固定端的温度均达到预设温度，降低了应变天平的热效应影响，使得应变天平测量结果更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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为本发明提供的一种温度控制方法的流程图；

图2为本发明提供的一种温度控制装置的结构示意图；

图3为本发明提供的另一种温度控制装置的结构示意图；

图4为本发明提供的一种控制器的结构示意图；

图5为本发明提供的一种加热膜的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种温度控制方法、控制器及装置，降低了应变天平的热效应影响，使得应变天平测量结果更加准确。

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、完整地描述，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。

图1为本发明提供的一种温度控制方法的流程图，图2为本发明提供的一种温度控制装置的结构示意图；图3为本发明提供的另一种温度控制装置的结构示意图；

该方法应用于温度控制装置中的控制器1，温度控制装置还包括加热模块、应变天平3、电机4及固定基板5，加热模块包括第一加热模块21与第二加热模块22，第一加热模块21设置于应变天平3的浮动端与电机4之间，第二加热模块22设置于应变天平3的固定端与固定基板5之间，控制器1分别与第一加热模块21及第二加热模块22连接；

温度控制方法包括：

S11：获取浮动端的温度及固定端的温度；

S12：根据浮动端的温度控制第一加热模块21为浮动端加热和/或根据固定端的温度控制第二加热模块22为固定端加热，以便浮动端的温度及固定端的温度均达到预设温度。

考虑到应变天平3的浮动端产生扭矩后，应变天平3根据产生的扭矩确定产生的力，进而实现后续的测量。但由于浮动端与电机4连接，电机4的高速旋转会产生大量热量，导致应变天平3的浮动端与固定端的温度不同，会影响应变天平3的测量数据。为了提高应变天平3测量数据的准确性，需要控制浮动端与固定端的温度均达到预设温度。

在浮动端与固定端均设置加热模块，在浮动端与电机4之间设置第一加热模块21，在固定端与固定基板5之间设置第二加热模块22，通过第一加热模块21与第二加热模块22分别对浮动端以及固定端的加热，使得浮动端与固定端的温度均达到预设温度，浮动端与固定端之间温差趋近于零，应变天平3测量得到的数据更加准确。

具体的，预设温度设置好之后，获取固定端与浮动端的温度，确定固定端的温度与浮动端的温度是否达到预设温度，如果浮动端未达到预设温度，则控制第一加热模块21为浮动端加热；如果固定端未达到预设温度，则控制第二加热模块22为固定端加热；如果固定端与浮动端均未达到预设温度，则控制第一加热模块21为浮动端加热和控制第二加热模块22为固定端加热，最终得到浮动端与固定端均达到预设温度。

本申请提供了一种温度控制方法、控制器及装置，应用于热学领域，应用于温度控制装置中的控制器，温度控制装置还包括加热模块、应变天平、电机及固定基板，加热模块包括第一加热模块21与第二加热模块22，第一加热模块21设置于应变天平的浮动端与电机之间，第二加热模块22设置于应变天平的固定端与固定基板之间；温度控制方法包括：获取浮动端的温度及固定端的温度；根据浮动端的温度控制第一加热模块21为浮动端加热和/或根据固定端的温度控制第二加热模块22为固定端加热。通过第一加热模块21和/或第二加热模块22分别对浮动端和/或固定端的加热，使得浮动端与固定端的温度均达到预设温度，降低了应变天平的热效应影响，使得应变天平测量结果更加准确。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，预设温度的设置过程包括：

在浮动端不与电机4连接时，控制第一加热模块21为浮动端加热至测试温度，第二加热模块22为固定端加热至测试温度；

获取浮动端及固定端的温度；

判断固定端的温度、浮动端的温度及测试温度的差值是否在预设范围内；

若否，则更改测试温度，并返回步骤控制第一加热模块21为浮动端加热，第二加热模块22为固定端加热至测试温度；

若是，则将固定端的温度、浮动端的温度及测试温度的差值在预设范围内的测试温度作为预设温度。

测试准备环境下，将天平装入模型，但是不进行电机4运转。同时，调整控制参数，使得天平在测试准备环境下得到比较好的控制效果。在测试准备环境下，天平的上下温差在一定范围内以内，并且长时间保持稳定，符合测试要求。通过测试，寻找温控系统的有效工作区间，并初步确定各项控制参数。

具体的，天平在不同的温度下的工作状态也不同，为了找到最适宜的工作温度，设置不同的测试温度，使得天平的浮动端和固定端的温度相等或相差较小，同时长时间保持稳定，需要通过测试找到最合适的温度。通过不断的更改测试温度，找到最合适的测试温度作为预设温度。将该测试温度对应的第一加热模块21的功率及第二加热模块22的功率作为初始的控制参数。

此外，在确定了初始的控制参数后，将电机4开始运转。在吹风试验环境下，由于电机4散热、液冷系统、试验风速等因素的影响，在测试环境下的控制参数必须做出一些调整适应这些变化。根据测试准备环境下得到的初始参数，将天平温度设置在测试环境中得到的天平温控区间内，开启温控系统。此时，会出现三种情况：（1）天平上下两面温度都达到了设定的温度值。这种情况说明测试准备环境和吹风试验环境下，天平的外部环境变化不大，参数无需调整，直接应用。（2）天平散热好的一面未达到设定温度，另外一面达到了设定温度。这种情况下，天平散热好的一面会稳定在某个温度值进入动态平衡阶段，不对其参数进行调整。对另外一个面进行参数调整。控制参数的调整主要分为两个方面：（a）减小最大加热总功率。因为该电机4连接面很容易达到设定温度，减小最大加热总功率的同时，各个控制区间的功率也会自动按比例减小。这样调整可以减小温度的波动幅值。（b）调整精调控制区间。调整精调控制区间范围，使天平下表面温度波动变化更小。同时调整最小保温功率，使天平下表面能够在保温功率的区间内小范围波动，达到比较好的温度控制状态。（3）天平的两面都未达到设定温度。此时，调整策略与情况二类似，对温度高的一面进行调整，将温度统一调整到温度低的一面。

例如将初始温度设置为40℃，开启第一加热模块21及第二加热模块22。经过一段时间的加热，发现在吹风试验环境下，天平的上表面一直无法达到设定温度，最终在38℃达到动态平衡状态，而天平下表面很快达到设定温度40℃，在40℃的区间内达到了平衡状态。在动态平衡状态下，天平的温度波动非常小，是一种非常理想的控制状态。为了控制天平内部温差，上表面参数不变，设定温度仍然为40℃，对天平下表面加热膜的设定温度和控制参数进行调整。将下表面的设定温度设定为38℃。

作为一种优选的实施例，根据浮动端的温度控制第一加热模块21为浮动端加热，以便浮动端的温度达到预设温度，包括：

判断浮动端的温度是否小于预设温度；

若浮动端的温度小于预设温度，则确定浮动端与预设温度的差值；

控制第一加热模块21以差值对应的功率为浮动端加热，差值与功率呈正相关。

可以理解的是，若浮动端与预设温度差距较大时，为了提高控制的效率，此时可以控制第一加热模块21以较大的功率进行加热，随着加热的过程，浮动端与预设温度的差距越来越小，此时加热的功率可以响应的减小，直至浮动端的温度与预设温度一致。

具体的，确定天平的温度与预设温度的差是否在1℃之内，如果在1℃之内就不用进行加热。如果差值超过1℃，则预先控制第一加热模块21以50%的功率进行加热，若此时浮动端的温度上升，则判断天平的温度是否小于预设温度，若小于则控制第一加热模块21以100%的功率进行加热。差距为2℃时采用80%的功率，差距为1℃时采用70%功率，差距为0.5℃时控制功率每秒减少2%，差距为0.1℃时控制功率每秒减少1%。

具体的，差距与对应的功率以实际需要进行设置，本申请在此处不做过多限定。

作为一种优选的实施例，控制第一加热模块21以差值对应的功率为浮动端加热之后，还包括：

判断功率是否到达功率阈值；

若达到，则控制第一加热模块21以功率阈值为浮动端加热。

考虑到第一加热模块21的功率不可以无限的减小，还需要处于非负的数值，以继续为浮动端加热，所以在达到功率阈值后，就以功率阈值为浮动端加热，不会再减小。

图4为本发明提供的一种控制器的结构示意图，该控制器包括：

存储器41，用于存储计算机程序；

处理器42，用于执行计算机程序时实现上述温度控制方法的步骤。

本申请提供的控制器的介绍请参照上述实施例，在此处不再赘述。

图2为本发明提供的一种温度控制装置的结构示意图，图3为本发明提供的另一种温度控制装置的结构示意图，该温度控制装置包括上述控制器1，温度控制装置还包括加热模块、应变天平3、电机4及固定基板5，加热模块包括第一加热模块21与第二加热模块22，第一加热模块21设置于应变天平3的浮动端与电机4之间，第二加热模块22设置于应变天平3的固定端与固定基板5之间，控制器1分别与第一加热模块21及第二加热模块22连接。

考虑到应变天平3的浮动端产生扭矩后，应变天平3根据产生的扭矩确定产生的力，进而实现后续的测量。但由于浮动端与电机4连接，电机4的高速旋转会产生大量热量，导致应变天平3的浮动端与固定端的温度不同，会影响应变天平3的测量数据。为了提高应变天平3测量数据的准确性，需要控制浮动端与固定端的温度均达到预设温度。

在浮动端与固定端均设置加热模块，在浮动端与电机4之间设置第一加热模块21，在固定端与固定基板5之间设置第二加热模块22，通过第一加热模块21与第二加热模块22分别对浮动端以及固定端的加热，使得浮动端与固定端的温度均达到预设温度，浮动端与固定端之间温差趋近于零，应变天平3测量得到的数据更加准确。

作为一种优选的实施例，第一加热模块21的功率小于第二加热模块22的功率。

考虑到浮动端与电机4连接，电机4发热同样会给浮动端加热，所以在控制浮动端与固定端同时达到预设温度时，浮动端会更快的达到预设温度，所以控制第一加热模块21的功率小于第二加热模块22的功率，可以节能。

作为一种优选的实施例，还包括M个第一温度传感器6及N个第二温度传感器7，M、N为正整数；

M个第一温度传感器6设置于应变天平3的浮动端，N个第二温度传感器7设置于应变天平3的固定端；

控制器1具体用于根据第一温度传感器6确定浮动端的温度，根据第二温度传感器7确定固定端的温度。

考虑到需要获取天平的浮动端及固定端的温度，天平的不同位置，温度也不相同，所以在浮动端设置了M个第一温度传感器6，在固定端设置了N个第二温度传感器7，通过温度传感器确定天平的温度。

具体的，在天平侧面的上下两部分分别固定两个温度传感器。这种传感器的布局方式能够更好地观察天平内部各个区域的温度变化，对所使用的天平也没有特殊要求，在试验过程中，也能够记录天平温度变化。监视各个温度传感器的温度，在2小时内各个温度变化均未超过0.1℃的情况下，记录各个温度传感器值，以最上表面的温度为基准，把其余温度加上偏移量修正到统一值，该步骤避免了温度传感器及采集通道零点差异对控制带来的影响。

作为一种优选的实施例，第一温度传感器6及第二温度传感器7均为热电阻。

温度传感器采用微型贴片式Pt100热电阻。考虑到热电阻的灵敏度高，达到0.1℃、体积小，便于安装。设置在应变天平3的浮动端和固定端不会影响应变天平3的正常工作，所以将热电阻作为第一温度传感器6及第二温度传感器7。

图5为本发明提供的一种加热膜的结构示意图；

作为一种优选的实施例，第一加热模块21与第二加热模块22均为电热膜，电热膜的形状与应变天平3的浮动端及固定端一致。

在应变天平3的上下表面粘贴聚酰亚胺电热膜，采用聚酰亚胺电热膜，厚度薄，成本低，响应快，功率高。额定功率要保证能够使天平在散热良好的情况下温度升高。聚酰亚胺电热膜的厚度控制在0.3mm以内，电热膜内部加热导线根据天平安装连接面外形尺寸设计，采用镂空对称布线，加热均匀。

每个电热膜单独供电，供电电源为直流程控电源，通过RS-485串口进行访问。

加热膜包括螺钉孔211、电源焊接点212、加热导线213及绝缘衬底214。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来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，或者是还包括为这种过程、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。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。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，在其他实施例中实现。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 (9)

1.一种温度控制方法，其特征在于，应用于温度控制装置中的控制器，所述温度控制装置还包括加热模块、应变天平、电机及固定基板，所述加热模块包括第一加热模块与第二加热模块，所述第一加热模块设置于所述应变天平的浮动端与所述电机之间，所述第二加热模块设置于所述应变天平的固定端与所述固定基板之间，所述控制器分别与所述第一加热模块及所述第二加热模块连接；

所述温度控制方法包括：

获取所述浮动端的温度及所述固定端的温度；

根据所述浮动端的温度控制所述第一加热模块为所述浮动端加热和/或根据所述固定端的温度控制所述第二加热模块为所述固定端加热，以便所述浮动端的温度及所述固定端的温度均达到预设温度；

所述预设温度的设置过程包括：

在所述浮动端不与所述电机连接时，控制所述第一加热模块为所述浮动端加热至测试温度，所述第二加热模块为所述固定端加热至所述测试温度；

获取所述浮动端及所述固定端的温度；

判断所述固定端的温度、所述浮动端的温度及所述测试温度的差值是否在预设范围内；

若否，则更改所述测试温度，并返回步骤控制所述第一加热模块为所述浮动端加热，所述第二加热模块为所述固定端加热至所述测试温度；

若是，则将所述固定端的温度、所述浮动端的温度及所述测试温度的差值在预设范围内的所述测试温度作为所述预设温度。

2.如权利要求1所述的一种温度控制方法，其特征在于，根据所述浮动端的温度控制所述第一加热模块为所述浮动端加热，以便所述浮动端的温度达到预设温度，包括：

判断所述浮动端的温度是否小于所述预设温度；

若所述浮动端的温度小于所述预设温度，则确定所述浮动端与所述预设温度的差值；

控制所述第一加热模块以所述差值对应的功率为所述浮动端加热，所述差值与所述功率呈正相关。

3.如权利要求2所述的一种温度控制方法，其特征在于，控制所述第一加热模块以所述差值对应的功率为所述浮动端加热之后，还包括：

判断所述功率是否到达功率阈值；

若达到，则控制所述第一加热模块以所述功率阈值为所述浮动端加热。

4.一种控制器，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3任一项所述温度控制方法的步骤。

5.一种温度控制装置，其特征在于，包括如权利要求4所述的控制器，所述温度控制装置还包括加热模块、应变天平、电机及固定基板，所述加热模块包括第一加热模块与第二加热模块，所述第一加热模块设置于所述应变天平的浮动端与所述电机之间，所述第二加热模块设置于所述应变天平的固定端与固定基板之间，所述控制器分别与所述第一加热模块及所述第二加热模块连接。

6.如权利要求5所述的一种温度控制装置，其特征在于，所述第一加热模块的功率小于所述第二加热模块的功率。

7.如权利要求6所述的一种温度控制装置，其特征在于，还包括M个第一温度传感器及N个第二温度传感器，M、N为正整数；

M个所述第一温度传感器设置于所述应变天平的浮动端，N个所述第二温度传感器设置于所述应变天平的固定端；

所述控制器具体用于根据所述第一温度传感器确定所述浮动端的温度，根据所述第二温度传感器确定所述固定端的温度。

8.如权利要求7所述的一种温度控制装置，其特征在于，所述第一温度传感器及所述第二温度传感器均为热电阻。

9.如权利要求6所述的一种温度控制装置，其特征在于，所述第一加热模块与所述第二加热模块均为电热膜，所述电热膜的形状与所述应变天平的浮动端及固定端一致。

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