CN201295615Y - 高精度智能恒温水浴装置 - Google Patents
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Abstract
高精度智能恒温水浴，涉及一种恒温水浴装置。本实用新型将传统的电加热器和压缩机相结合，根据从两路温度传感器采样的水浴内部温度和外部环境温度以及从键盘输入的目标温度，通过微控制器配以合适的温度智能控制算法，控制电加热器或压缩机工作，完成恒温控制。电加热器安装在水浴内部的右侧或左侧，温度传感器安装在水浴内的中部，潜水泵安装在水浴内部的左侧或右侧，压缩机、冷凝器、毛细管、风扇和铜管安装在水浴外部的后方，蒸发器安装在水浴内部并挂靠水浴的后内壁，数字温度传感器安装在水浴的外部；采用潜水泵搅拌，使水浴内部温度分布均匀。与传统的恒温水浴相比，其优点是可方便实现目标温度高于或低于水浴外部环境温度的温度控制，且温度控制快速稳定、控制精度高，并具有良好的人机接口界面。
Description
技术领域
高精度智能恒温水浴装置，本实用新型涉及利用压缩机制冷和电热加热元件、潜水泵搅拌、微控制器、温度采集与控制部分、人机接口(包括显示器显示和键盘)等部分构成的高精度智能恒温水浴装置。
技术背景
目前市场上供应的恒温水浴主要有三类。第一类是普通的恒温水浴，这种恒温水浴是在水浴槽内配置一套恒温加热系统，并外带一机械搅拌装置，但由于没有制冷源，所以只能将温度控制在室温以上，从而使得这类恒温水浴的使用范围在一定程度上受到限制。第二类是结构较复杂的所谓超级恒温水浴，它带内置机械搅拌器和供外接循环水用的水泵，这种水浴虽然可以较精确恒温，但由于装水量大，因此大范围升降温时间长，并且由于被恒温的容器内没有搅拌装置，单独使用也难以获得真正意义上的恒温。第三类是利用半导体元件实现制冷和制热的恒温水浴，这种恒温水浴根据用户要求，通过改变流过半导体元件的电流方向，实现水浴的制冷或加热，但是目前由于半导体元件工作效率低，制冷或制热速度慢，从而影响其应用。另外，这三类恒温水浴一个明显的不足之处是温度稳定时间长，这是因为恒温水浴一旦出现温度超调，要稳定到目标温度，需要通过自然冷却(第一类恒温水浴)，或更换大量的水并重新加热(第二类恒温水浴)，或改变流经半导体元件的电流(第三类恒温水浴，但半导体元件制冷速度慢)。
发明内容
本实用新型的目的在于克服目前市场上恒温水浴升降温速度慢、温度稳定时间长等缺点，提供能在温度低于或高于水浴外部环境温度两者情况下，实现控制温度分布均匀、恒温水浴升降温速度快、温度稳定时间短、温度控制精度高的技术方案。
技术方案
1 系统构成
本实用新型如附图1、2、3所示，是一种恒温水浴装置，它采用传统的电加热元件加热，利用压缩机完成制冷。这种恒温水浴装置由制冷部分(包括压缩机1、冷凝器4、蒸发器6、毛细管5、风扇2和铜管3等组成)、电加热器11、温度传感器9、潜水泵8、数字温度传感器7、水浴10、微控制器12、显示器13、键盘14、电源15、温度采集电路16、控制压缩机工作的继电器17和控制电加热器工作的固态继电器(SSR)18等组成。
电加热器11和温度传感器9安装在水浴10内的左侧或右侧；制冷部分的压缩机1、冷凝器4、毛细管5、风扇2和铜管3安装在水浴外部的后方；蒸发器6安装在水浴10内部并挂靠水浴的后内壁；潜水泵8装在水浴的右下角或左下角；数字温度传感器7安装在水浴10的外部，用于感知外部环境温度，它通过信号传送线与微控制器12连接；温度采集电路16通过温度传感器9完成水浴5温度采集，并将数据通过相应的接口电路传送至微控制器12；继电器17和固态继电器18的信号传送线分别与微控制器12相应接口连接，同时分别与压缩机1和电加热器11连接，控制压缩机1和电加热器1工作。
2 工作原理
如附图1、2、3所示，将水浴10内装好水或其它传热用液体介质，通过键盘14设定目标温度，同时微控制器12分别通过数字温度传感器7采集水浴外部环境温度和通过温度采集电路16和温度传感器9实时采集水浴10温度。当目标温度高于环境温度某一阈值时(如2℃)，微控制器12通过固态继电器18控制电加热器工作，保证水浴10的温度快速上升；当目标温度低于环境温度某一阈值时(如2℃)，微控制器12通过继电器17控制压缩机1工作，保证水浴10的温度快速下降，当水浴温度下降到大于目标温度时某一阈值时(如0.1℃)，微控制器12通过固态继电器控制电加热器以适当功率工作，同时压缩机不停止工作，保证水浴温度很快稳定，并长时间保持温度恒定，达到控制要求。不管目标温度是高是低，微控制器12采用智能温度控制，以达到水浴10温度控制要求。潜水泵8搅动水浴10中的液体介质，以保证水浴10各处的温度一致。显示器LCD 13用于实时显示水浴10内部温度、目标温度和水浴外部环境温度，并可实时显示水浴10的升温或降温曲线。
有益效果
与传统的恒温水浴相比有以下优点：
1.由于将传统的电加热器加热与压缩机制冷相结合，可以很方便地实现水浴不同目标温度的恒温控制，不管目标温度高于或低于水浴外部环境温度，这是传统的水浴(如第一类产品)所不具备的。
2.由于压缩机制冷效率高，制冷速度快，因此可以实现水浴温度快速降温和快速稳定，提高工作效率，这是采用半导体元件制冷的恒温水浴所不具备的。
3.由于采用温度智能控制方法，可以实现恒温水浴温度的快速、稳定控制，温度控制精度高(≤0.05℃)，温度调节范围宽，这是一般的恒温水浴所不具备的。
4.由于采用温度智能控制方法和具有水浴内部温度采集和水浴外部环境温度采集两路温度采集电路，高精度智能恒温水浴可以根据目标温度和水浴外部环境温度等，自动判决是否加热或制冷，这是一般的恒温水浴所不具备的。
5.高精度智能恒温水浴具有良好的人机接口，能够通过键盘直接输入目标温度，能够通过显示器显示恒温水浴的升温或降温曲线，能实时显示水浴内部温度、水浴外部环境温度和目标温度，这是一般的恒温水浴所不具备的。
附图说明
附图1为高精度智能恒温水浴装置示意图(俯视图)。
附图2为高精度智能恒温水浴装置示意图(正视图)。
附图3为高精度智能恒温水浴装置电路原理框图。
其中，1.压缩机、2.风扇、3.铜管、4.冷凝器、5.毛细管、6.蒸发器、7.数字温度传感器、8.潜水泵、9.温度传感器、10.水浴、11.电加热器、12.微控制器(MPU)、13.显示器、14.键盘、15.电源、16.温度采集电路、17.继电器、18.固态继电器(SSR)。
具体实施方式
实施例1：在冬季，将水浴10内装适量的水，打开电源开关，潜水泵8工作，高精度智能恒温水浴的电路部分得电，通过键盘14输入目标温度为25℃，数字温度传感器7采集水浴10外部环境温度为12℃(水浴10的初始温度也为12℃)，微控制器12利用固化在其内部的温度智能控制算法，通过固态继电器18，控制电加热器11工作，温度传感器9和温度采集电路16工作，实时采集水浴10内部温度，为微控制器12提供控制与决策数据。同时显示器13实时显示水浴10的升温曲线和水浴内部温度，当水浴10温度稳定后，显示器13实时显示水浴10内部温度、水浴10外部环境温度和目标温度。
实施例2：在夏季，将水浴10内装适量的水，打开电源开关，潜水泵8工作，高精度智能恒温水浴的电路部分得电，通过键盘14输入目标温度为25℃，数字温度传感器7采集水浴10外部环境温度为30℃(水浴10的初始温度也为30℃)，微控制器12通过继电器17，控制压缩机1工作，同时风扇2工作，为压缩机1和冷凝器4进行风冷散热。温度传感器9和温度采集电路16工作，实时采集水浴10内部温度，为微控制器12提供控制与决策数据，当水浴10内部温度下降到25.1℃时，微控制器12利用固化在其内部的温度智能控制算法，通过固态继电器18控制电加热器11以适当功率工作，保证水浴10温度快速达到设计要求。同时显示器13实时显示水浴10的升温曲线和水浴内部温度，当水浴10温度稳定后，显示器13实时显示水浴10内部温度、水浴10外部环境温度和目标温度。
实施例3：在春、秋季，将水浴10内装适量的水，打开电源开关，潜水泵8工作，高精度智能恒温水浴的电路部分得电，通过键盘14输入目标温度为25℃，数字温度传感器7采集水浴10外部环境温度为24℃(水浴10的初始温度也为24℃)，微控制器12通过继电器17，控制压缩机1工作，风扇2工作，为压缩机1和冷凝器4进行风冷散热。温度传感器9和温度采集电路16工作，实时采集水浴10内部温度，为微控制器12提供控制与决策数据，同时微控制器12利用固化在其内部的温度智能控制算法，通过固态继电器18控制电加热器11以适当功率工作，保证水浴10温度快速达到设计要求。同时显示器13实时显示水浴10的升温曲线和水浴内部温度，当水浴10温度稳定后，显示器13实时显示水浴10内部温度、水浴10外部环境温度和目标温度。
Claims (3)
1.一种高精度智能恒温水浴装置，其特征在于，将传统的电加热器和压缩机相结合，通过微控制器，利用电加热器快速加热和压缩机快速制冷，采用潜水泵搅拌，使水浴内部温度分布均匀；其构成为：水浴(10)内的右侧或左侧安装电加热器(11)，水浴(10)内的中部安装温度传感器(9)，水浴(10)外部的后方安装压缩机(1)、冷凝器(4)、毛细管(5)、风扇(2)和铜管(3)，蒸发器(6)安装在水浴(10)内部并挂靠水浴的后内壁，潜水泵(8)安装在水浴的右下角或左下角，温度传感器(9)、温度采集电路(16)、数字温度传感器(7)分别通过相应的信号传送线与微控制器(12)连接，继电器(17)和固态继电器(18)的信号传送线分别与微控制器(12)相应接口连接，同时分别与压缩机(1)和电加热器(11)连接，控制压缩机(1)和电加热器(11)工作。
2.根据权利要求1所述的高精度智能恒温水浴装置，其特征在于，恒温水浴(10)具有两路温度采集，一路是数字温度传感器(7)，安装在水浴(10)的外部，采集水浴(10)外部环境温度，用于加热与制冷的判决；另一路是温度传感器(9)和温度采集电路(16)，温度传感器(9)安装在水浴(10)内部，实时采集水浴(10)内部温度，用于加热控制；当要求控制的温度高于水浴(10)外部环境温度的设定阈值时，微控制器(12)配以合适的温度智能控制算法，启动电加热器(11)工作，快速完成水浴(10)恒温控制；当要求控制的温度低于水浴(10)外部环境温度的设定阈值时，微控制器(12)配以合适的温度智能控制算法，控制压缩机(1)和电加热器(11)同时工作，快速完成水浴(10)恒温控制。
3.根据权利要求1所述的高精度智能恒温水浴装置，其特征在于，键盘(14)与显示器(13)安装在水浴(10)外部的前方，通过信号线与微控制器(12)连接；键盘(14)用于输入目标温度，显示器(13)用于实时显示水浴(10)内部温度、目标温度、水浴外部环境温度、水浴的升温或降温曲线。
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