CN208959936U - 一种基于气体介质的恒温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的是提供一种基于气体介质的恒温装置，包括：密封导热壳体和测温加热恒温层；述测温加热恒温层设于所述密封导热壳体侧壁；所述密封导热壳体内设有扇叶。其介质采用气体，可用于各类高集成化一体化仪器仪表，避免液体泄漏腐蚀高精度电子设备。本实用新型提供的基于气体介质的恒温装置，其介质采用气体，它除了具有与液体恒温槽同样的工作内容外，还可用于各类高集成化一体化仪器仪表，以及一切不便于在液体内检测的元器件及各种设备。

Description

一种基于气体介质的恒温装置

技术领域

本申请涉及精密测量技术领域，尤其涉及一种基于气体介质的恒温装置。

背景技术

温度是国际单位制(SI)中七个基本物理量之一，几乎所有的科研和生产过程都和温度相关。为了对温度正确地测量和控制，人们实用新型了各类温度传感器。一般通过恒温槽对各类温度传感器进行温度的标定和校准。现有技术中普遍采用液体作为恒温槽的介质，例如5℃以下时采用酒精类，5℃～95℃采用水，95℃以上时采用各种硅油类。然而对于各类高集成化一体化仪器仪表中的温度传感器和其他传感器转换电路、采集器以及通信传输模块，不能接触水、酒精等液态介质，不能使用液态介质恒温槽对其进行综合性能测试。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种基于气体介质的恒温装置，以解决现有采用液态介质的恒温槽使用局限性的问题。

本实用新型提供一种基于气体介质的恒温装置，包括：密封导热壳体和测温加热恒温层；

所述测温加热恒温层设于所述密封导热壳体侧壁；

所述密封导热壳体内设有扇叶。

进一步，本实用新型所述的恒温装置，所述密封导热壳体包括：第一腔室和第二腔室；

所述测温加热恒温层、所述密封导热壳体、所述第二腔室和所述第一腔室按照自外而内的顺序依次排布；

所述第一腔室与所述第二腔室通过计量工作区壳体相分隔，所述计量工作区壳体设有用于连通所述第一腔室与所述第二腔室的第一通风口和第二通风口；

所述扇叶具体设于所述第一腔室的一端。

进一步，本实用新型所述的恒温装置，所述第一腔室的另一端设有测量标准机构和测量工作机构；

所述测量标准机构和所述测量工作机构从所述第一腔室内延伸至外部空间。

进一步，本实用新型所述的恒温装置，所述第一腔室内设有气体温度匀合机构。

进一步，本实用新型所述的恒温装置，所述气体温度匀合机构包括：旋向相反的第一风车叶片组和第二风车叶片组；

所述第一风车叶片组与所述第二风车叶片组相对设置。

进一步，本实用新型所述的恒温装置，所述扇叶、所述第一风车叶片组和所述第二风车叶片组沿所述第一腔室的延伸方向顺序排布；

所述第一风车叶片组与所述扇叶的旋向相同。

进一步，本实用新型所述的恒温装置，还包括：第一盖体和第二盖体；

所述第一盖体和所述第二盖体分别密封设于所述密封导热壳体的两端。

进一步，本实用新型所述的恒温装置，还包括：外壳体和保温层；

所述保温层设于所述外壳体内部；

所述保温层包裹所述测温加热恒温层、所述第一盖体和所述第二盖体。

进一步，本实用新型所述的恒温装置，所述测温加热恒温层包括：测温加热机构、加热回路、测温回路和切换机构；

所述测温加热机构和所述切换机构设于所述加热回路；

并且，所述测温加热机构和所述切换机构设于所述测温回路。

进一步，本实用新型所述的恒温装置，所述切换机构用于：在所述加热回路和所述测温回路之间进行切换。

进一步，本实用新型所述的恒温装置，所述测温加热机构采用温度和电阻值具有单一对应特性的金属丝。

进一步，本实用新型所述的恒温装置，所述金属丝绕设于所述密封导热壳体外周。

本实用新型提供的基于气体介质的恒温装置，其介质采用气体，可用于各类高集成化一体化仪器仪表，避免液体泄漏腐蚀高精度电子设备。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例的基于气体介质的恒温装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的密封导热壳体和测温加热恒温层的工作原理示意图；

图3为本实用新型实施例的测温加热恒温层的电路示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述。

图1为本实用新型实施例的基于气体介质的恒温装置的结构示意图，图2为本实用新型实施例的密封导热壳体和测温加热恒温层的工作原理示意图，如图1和图2所示，该供电系统包括：

本实用新型实施例提供一种基于气体介质的恒温装置，包括：密封导热壳体1和测温加热恒温层2。

其中，所述测温加热恒温层2设于所述密封导热壳体1侧壁。所述密封导热壳体1内设有扇叶3。

具体地，所述密封导热壳体1包括：第一腔室11和第二腔室12。

所述测温加热恒温层2、所述密封导热壳体1、所述第二腔室12和所述第一腔室11按照自外而内的顺序依次排布。即第二腔室12设于第一腔室11之外，密封导热壳体1设于第二腔室12之外，测温加热恒温层2设于密封导热壳体1的外壁。第一腔室11为计量工作区，所述第一腔室11与所述第二腔室12通过计量工作区壳体13相分隔，所述计量工作区壳体13设有用于连通所述第一腔室11与所述第二腔室12的第一通风口131和第二通风口132。扇叶3具体设于所述第一腔室11。

本实用新型实施例的恒温装置的工作原理为：密封导热壳体1外壁与测温加热恒温层2内壁相贴合。这样的结构可以匀化和扩大系统对恒温装置的加热面积，并使测温点和加热面积距离最短，防止测温和加热之间由于相互延迟而产生的热震荡，从而降低系统的温度稳定度。如果将测温加热恒温层2设于密封导热壳体1内，靠近测温加热恒温层2的区域温度高，远离测温加热恒温层2的区域温度低，会造成密封导热壳体1内的温度场不稳定和不均匀。密封导热壳体1内的第一腔室11和第二腔室12充满空气等气体介质，密封导热壳体1为对内密封设置，防止内部气体与外界空气流通进行热交换导致温度变化。密封导热壳体1由金属等导热材料制成，以将测温加热恒温层2加热产生的热量传输至第二腔室12。扇叶3旋转使空气按照图2所示的箭头方向进行流通，即第二腔室加热后的气体通过第二通风口132进入第一腔室11，从第一腔室11底部流通至第一腔室11顶部，通过第一通风口131流通回第二腔室12，通过气体循环流动，将第二腔室12接收到的热量持续均匀地传输至第一腔室11。测温加热恒温层2除了对密封导热壳体1加热外，还可对密封导热壳体1的温度进行测量。根据密封导热壳体1的测量温度对测温加热恒温层2的加热量进行反馈控制，同时对密封导热壳体1内的散热量进行反馈控制，通过控制单元控制加热量和散热量，当达到控制单元预设温度时，控制加热量与散热量相等，使密封导热壳体1内的温度处于平衡状态，保持密封导热壳体1的温度在预设温度保持不变，使本实用新型的恒温装置处于恒温状态。

本实用新型实施例的恒温装置，不同于现有技术中采用液体介质的恒温槽，其介质采用气体，它既可以替代液态恒温槽工作内容，也可用于不适合在液态内测量的各类高集成化一体化仪器仪表、元器件及各种设备。此外，现有技术的化工测试，其化学反应往往伴随着放热、吸热现象，对于微量热量变化的精细计量，要求必须在一个温度场十分恒定的无液体空间内，这是由于液体的热容量大，对于热量的微量变化转化成温度变化不敏感。而空气介质由于热容量小，使热量的微量变化转变成温度变化比较敏感，也就是可以提高仪器的测量精度，因此空气介质的恒温槽在精细化工计量中广泛应用。

在本实用新型一些实施例中，所述扇叶3具体设于所述第一腔室11的一端。所述第一腔室11的另一端设有测量标准机构141和测量工作机构142。所述测量标准机构141和所述测量工作机构142从所述第一腔室11内延伸至外部空间。

其中，第一腔室为本实用新型的恒温装置的计量工作区，测量标准机构141和测量工作机构142从计量工作区延伸至外部空间，用于测温。测量工作机构142是测量时使用的测量机构，其测量值用作和标准机构的测量值相比较读出数据。该数据也可作为校准或修正外部设备读值用。测量标准机构141提供计量工作区的标准恒定温度。例如，使用测量工作机构142进行化工测试，由于化学反应具有放热或吸热现象，会导致测量工作机构142测量端的微小温度变化。此时可以对测量标准机构141的标准温度进行测量，测量标准机构141测得的标准温度与测量工作机构142测得的测量温度差值，即为化学反应本身放热或吸热造成的温度变化，这种比较法可以排除槽体本身恒温误差或共模干扰，进一步提升测量精度。

进一步，所述第一腔室11内设有气体温度匀合机构4。

所述气体温度匀合机构4包括：第一风车叶片组41和第二风车叶片组42；

所述第一风车叶片组41与所述第二风车叶片组42相对设置。第一风车叶片组41与第二风车叶片组42的旋向相反。

其中所述扇叶3、所述第一风车叶片组41和所述第二风车叶片组42沿所述第一腔室11的延伸方向顺序排布。所述第一风车叶片组与41所述扇叶3的旋向相同。

其中，扇叶3通过电机驱动。为了进一步提升密封导热壳体1内温度的均匀度，如图1所示，在扇叶3上方设有气体温度匀合机构4。气体温度匀合机构4并无动力机构，通过扇叶3提供的空气流动进行旋转工作。即扇叶3与第一风车叶片组41旋向相同，第一风车叶片组41与第二风车叶片组42的旋向相反，从而使计量工作区的气体介质均匀混合。气体温度匀合机构4可通过位于第一腔室内壁的支撑机构设于第一腔室内部。

进一步，本实用新型所述的恒温装置还包括：第一盖体51和第二盖体52。

其中，所述第一盖体51和所述第二盖体52分别密封设于所述密封导热壳体1的两端。

其中，第一盖体51和第二盖体52通过密封圈等对密封导热壳体1进行密封，保持密封导热壳体1的气密性。打开第一盖体51和第二盖体52便于维修、更换密封导热壳体1内的部件。

进一步，本实用新型所述的恒温装置还包括：外壳体6和保温层7。

所述保温层7设于所述外壳体6内部。所述保温层7包裹所述测温加热恒温层2、所述第一盖体51和所述第二盖体52。

其中，外壳体6起保护作用。保温层7将测温加热恒温层2、第一盖体51和第二盖体52包裹在内，避免热量散失。

图3为本实用新型实施例的测温加热恒温层的电路示意图，如图3所示，所述测温加热恒温层2包括：测温加热机构21、切换机构22、加热回路23和测温回路24。

所述测温加热机构21和所述切换机构22设于所述加热回路23，并且，所述测温加热机构21和所述切换机构22设于所述测温回路24。

其中，所述切换机构用于：在所述加热回路23和所述测温回路24之间进行切换。

具体地，所述测温加热机构21采用温度和电阻值具有单一对应特性的金属丝，例如采用铜、铂等金属材料制成，该类金属一个温度值只与一个电阻值相对应，类似于热敏电阻，其电阻值随温度变化而变化。

所述金属丝绕设于所述密封导热壳体1外周，通过均匀环绕的形式，对密封导热壳体1均匀加热，再通过密封导热壳体1向内部的第二腔室提供热量，金属丝与密封导热壳体1共同构成恒温装置的加热源，通过扇叶等机构使气体介质均匀混合，提升恒温装置的温度稳定度。

其中，切换机构可采用切换开关。通过控制电路控制切换机构在加热回路23和测温回路24之间进行切换。当测温加热恒温层2加热时，切换加热回路23导通，控制测温加热恒温层2进行加热。当测量测温加热恒温层2的温度时，切换测温回路24导通，以获得能够反映测温加热恒温层2的温度的电信号。温度和电阻值具有单一对应特性的金属丝可随温度改变阻值，进而导致电流值变化，通过连接于测温回路24的测温模块，可测得反映测温加热恒温层2温度的电信号。切换机构可根据控制电路预设的周期在加热回路23和测温回路24之间进行切换，周期频率较高，从而使测温加热恒温层2达到同时用于加热和测温的目的，可避免测温信号和加热源之间的电器调节延迟。如果对于测温加热恒温层2，将加热体和测温传感器分开布置，安设在不同位置，就会在测温和加热之间产生调节延迟，导致热振蕴。此外，第一腔室内温度接近预设温度时，控制测温加热恒温层2减少加热量，可避免超温。超温后再进行温度调节，会导致温度波动大，会花费大量时间才可达到温度平衡，开机启动时间长。加热的具体调节可根据如下公式进行：

A＝B-C；

其中，B表示第一腔室预设温度值，C表示预设温度差值，A表示加热温度阈值，A≥0、B≥0且C≥0。当测量到测温加热恒温层2的温度达到加热温度阈值A时，控制测温加热恒温层2逐渐减少加热量，直至在第一腔室内温度达到预设温度值B并形成加热温度值A等于此时恒温器散热值，使系统温度达到平衡。

本实用新型实施例的恒温装置，采用气体介质，可避免液体介质的腐蚀危险。并且对于气体加热时所需能量远低于液体介质，因此本实用新型实施例的恒温装置的耗电量大约为同等液体介质恒温槽的1/30，节电效果明显。液体介质恒温槽不仅使用成本高，而且硅油等液体介质在200℃以上的工作温度下，又容易发生氧化反应或聚合反应，产生烟气，对操作人员健康造成损坏，而通过本实用新型实施例的恒温装置可避免液体介质的上述问题，清洁环保，不会产生有害物质。

本实用新型实施例的恒温装置的工作温度可设为：最高工作温度为250℃，采用特殊工艺可达到350℃，最低工作温度有设计制冷系统决定。

本实用新型实施例提供一种恒温装置的使用方法，所述使用方法应用于本实用新型实施例的恒温装置，使用方法包括：

控制切换机构在加热回路和测温回路之间进行切换；

当测温加热恒温层加热时，切换所述加热回路导通；

当测量所述测温加热恒温层的温度时，切换所述测温回路导通。

本实用新型实施例还提供一种恒温装置的使用方法，所述使用方法应用于本实用新型实施例的恒温装置，使用方法包括：

根据预设周期控制切换机构在加热回路和测温回路之间进行切换；

当测温加热恒温层加热时，切换所述加热回路导通，并根据所述预设周期控制所述测温加热恒温层加热；

当测量所述测温加热恒温层的温度时，切换所述测温回路导通，并根据所述预设周期测量所述测温加热恒温层的温度；

当测量到所述测温加热恒温层的温度达到加热温度阈值时，控制所述测温加热恒温层减少加热量；

当所述第一腔室内的温度达到预设温度值时，控制所述测温加热恒温层保持加热量不变。

切换机构可采用切换开关。如图3所示，通过控制电路控制切换机构22在加热回路23和测温回路24之间进行切换。当测温加热恒温层2加热时，切换加热回路23导通，控制测温加热恒温层2进行加热。当测量测温加热恒温层2的温度时，切换测温回路24导通，以获得能够反映测温加热恒温层2的温度的电信号。温度和电阻值具有单一对应特性的金属丝，可作为热敏电阻，可随温度改变阻值，进而导致电流值变化，通过连接于测温回路24的测温模块，可测得反映测温加热恒温层2温度的电信号。切换机构22可根据控制电路预设的周期在加热回路23和测温回路24之间进行切换，周期频率较高，从而使测温加热恒温层2达到同时用于加热和测温的目的，可避免测温信号和加热源之间的电器调节延迟。如果对于测温加热恒温层2，将加热体和测温传感器分开布置，安设在不同位置，就会在测温和加热之间产生调节延迟，导致热振蕴。此外，第一腔室内温度接近预设温度时，控制测温加热恒温层2减少加热量，可避免超温。超温后再进行温度调节，会导致温度波动大，会花费大量时间才可达到温度平衡，开机启动时间长。加热的具体调节可根据如下公式进行：

A＝B-C；

其中，B表示第一腔室的预设温度值，C表示预设温度差值，A表示加热温度阈值，A≥0、B≥0且C≥0。当测量到测温加热恒温层2的温度达到加热温度阈值A时，控制测温加热恒温层2逐渐减少加热量，直至在第一腔室内温度达到预设温度值B并形成加热温度值A等于此时恒温器散热值，使系统温度达到平衡。

本实用新型实施例的恒温装置，采用空气作为气体介质，进行24小时的实验测试以验证其温度稳定程度，具体实验数据如下所示：

表1恒温装置温度稳定度测试数据

表1所示的恒温装置温度稳定度测试数据的测试说明：恒温装置的温度读取使用L型水银温度计，读值范围为41℃～45℃，分辨率读数为0.01℃，再用光学显微镜系统放大后可读值至0.001℃。对恒温装置的中心部位温度进行检测，如向外移动大约10cm后，温度将下降0.01℃左右，这就是温度梯度，恒温装置内温度场非常稳定。在测试中没有使用扇叶系统，如使用扇叶系统，会使温度更加稳定。表1说明尽管空气具有本身热传导性能差、热容量小等不利于制作恒温槽的缺点，但可以通过控制技术创新及恒温装置结构工艺的改进，目前实际测试的长期温度稳定度已远远高于现在广泛使用的各类液体恒温槽。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (12)

1.一种基于气体介质的恒温装置，其特征在于，包括：密封导热壳体和测温加热恒温层；

所述测温加热恒温层设于所述密封导热壳体侧壁；

所述密封导热壳体内设有扇叶。

2.根据权利要求1所述的恒温装置，其特征在于，所述密封导热壳体包括：第一腔室和第二腔室；

所述测温加热恒温层、所述密封导热壳体、所述第二腔室和所述第一腔室按照自外而内的顺序依次排布；

所述第一腔室与所述第二腔室通过计量工作区壳体相分隔，所述计量工作区壳体设有用于连通所述第一腔室与所述第二腔室的第一通风口和第二通风口；

所述扇叶具体设于所述第一腔室的一端。

3.根据权利要求2所述的恒温装置，其特征在于，所述第一腔室的另一端设有测量标准机构和测量工作机构；

所述测量标准机构和所述测量工作机构从所述第一腔室内延伸至外部空间。

4.根据权利要求2所述的恒温装置，其特征在于，所述第一腔室内设有气体温度匀合机构。

5.根据权利要求4所述的恒温装置，其特征在于，所述气体温度匀合机构包括：旋向相反的第一风车叶片组和第二风车叶片组；

所述第一风车叶片组与所述第二风车叶片组相对设置。

6.根据权利要求5所述的恒温装置，其特征在于，所述扇叶、所述第一风车叶片组和所述第二风车叶片组沿所述第一腔室的延伸方向顺序排布；

所述第一风车叶片组与所述扇叶的旋向相同。

7.根据权利要求1所述的恒温装置，其特征在于，还包括：第一盖体和第二盖体；

所述第一盖体和所述第二盖体分别密封设于所述密封导热壳体的两端。

8.根据权利要求7所述的恒温装置，其特征在于，还包括：外壳体和保温层；

所述保温层设于所述外壳体内部；

所述保温层包裹所述测温加热恒温层、所述第一盖体和所述第二盖体。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的恒温装置，其特征在于，所述测温加热恒温层包括：测温加热机构、加热回路、测温回路和切换机构；

所述测温加热机构和所述切换机构设于所述加热回路；

并且，所述测温加热机构和所述切换机构设于所述测温回路。

10.根据权利要求9所述的恒温装置，其特征在于，所述切换机构用于：在所述加热回路和所述测温回路之间进行切换。

11.根据权利要求9所述的恒温装置，其特征在于，所述测温加热机构采用温度和电阻值具有单一对应特性的金属丝。

12.根据权利要求11所述的恒温装置，其特征在于，所述金属丝绕设于所述密封导热壳体外周。