CN2898901Y - 一种用于物理化学实验系统的温度控制器 - Google Patents

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董迎
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卢刚
马承先
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Abstract

一种用于物理化学实验系统的温度控制器，由智能仪表、电源开关、循环泵开关、加热开关、制冷开关、功能指示灯、搅拌电机、电路控制部分和制冷制热部分组成，制冷制热部分是由铜制恒温槽、冷却水套、半导体制冷片、冷却水套进出水口、电加热棒、循环泵、内循环阀门、外循环出水阀门、外循环进水阀门、冷却水进、出水阀门所构成。本实用新型的优越性：1.采用双层制冷片叠加的方法，增加了冷热面的实际温差，降低了对热面冷却水的温度的要求，制冷能力得到提高；2.拓宽了物理化学实验的测试范围；3.装有具有限温作用的温度继电器，有效的保护了半导体制冷片；4.通过四芯连接线进行外部控制；5.具有提供低温反应(－30℃)的条件。

Description

一种用于物理化学实验系统的温度控制器
(一)技术领域：
本实用新型属于实验用自动化控制技术，特别是涉及一种用于物理化学实验系统的温度控制器，它是一种半导体制冷仪器，可适用于多种大学物理化学实验的物理化学实验。
(二)背景技术：
在目前物理化学实验过程中，实验温度的跨度大约在0-80℃之间，目前通常的做法是对于高于室温5℃以上的恒温环境，采用电热式恒温槽基本能满足实验的要求，但对室温以下温度的控制很难实现，能否提供物理化学实验所需精确温度场直接对物理化学实验测量结果产生重要的影响，为达到精确控温的目的，除进行精确控制电加热外，还需采用相应冷源进行温度调节，得到低于室温的温度场。目前许多物理化学实验中用到的低温环境，一般方法是通过向水浴中加入冰块的做法来降低温度，这样的方法一是不方便使用，需要制冰机，而且实验体系的温度也很难精确控制，特别是需要有不同温度梯度变化的时候，就更难实现了。而目前市场上应用的冷却装置是使用氟利昂制冷剂做制冷介质，此方法首先不环保，泄露氟利昂会破坏大气的臭氧层，破坏人类生存的环境，另外，这样方式制冷是采用所采用的是恒定的制冷功率，也不利于控温，通常采用热功率补偿的方法来抵消多余的制冷能量，也不利于节省能源。而半导体制冷是一种新型的制冷方式，其基本单元是半导体电偶。组成电偶的材料一个是P型半导体(空穴型)，一个是N型半导体(电子型)。取它们作热电制冷的材料是由于其帕尔贴效应比普通的金属电偶强得多，能够在冷结点处表现出明显的制冷作用。随着该技术的不断进步，制冷效率较以前已经有了较大的提高，而半导体制冷的特点之一就是制冷功率正比于对其所施加的工作电压，随着电压的提高而制冷功率也随之增加，很容易实现PID等制冷控制，非常适合为实验室实验提供稳定的冷源，达到精确控温的目的。另外，半导体制冷只消耗电能，对环境没有任何污染，是绿色环保的制冷技术，在加上完全没有机械传动机构，所以工作做稳定，没有噪音污染，工作的可靠性很高。前者有着不能精确控制反应器温度条件的缺点，操作上很不方便；后者虽然在操作上和控温方面有所改善，但在环境保护方面存在着氟制冷剂污染环境的问题和制冷速度慢的缺点。半导体制冷技术是近年来随着半导体技术的不断发展和完善而发展起来的一项新型的制冷技术，具有制冷迅速快，无噪音、无污染，可实现实时的制冷是一项绿色制冷技术，由于半导体制冷技术的本身的特点，所以很容易实现PID控制得到精确的温度控制效果，是今后制冷技术发展的方向。
(三)发明内容：
本实用新型的目的在于设计一种用于物理化学实验系统的温度控制器，它利用半导体制冷技术于物理化学实验温度控制器中，为其提供所需要的恒温环境。
本实用新型的技术方案：一种用于物理化学实验系统的温度控制器，其特征在于由智能仪表、电源开关、循环泵开关、加热开关、制冷开关、功能指示灯、搅拌电机、电路控制部分和制冷制热部分组成，制冷制热部分是由铜制恒温槽、冷却水套、半导体制冷片、冷却水套进出水口、电加热棒、循环泵、内循环阀门、外循环出水阀门、外循环进水阀门、冷却水进、出水阀门所构成，铜制恒温槽的两侧外有半导体制冷片，铜制恒温槽的内底部装有电加热棒，铜制恒温槽的底部出水口依管路与循环泵的进水口连接，铜制恒温槽的上部出水口依并联管路一方面通过内循环阀门与循环泵的出水口连接，另一方面与外循环进水阀门连接，循环泵的出水口与外循环出水阀门连接，铜制恒温槽外的半导体制冷片外部还有供散热用的冷却水套，冷却水套上有冷却水套进出水口，冷却水套进出水口分别安装冷却水进出水阀门。
上述所说的温度控制器中的半导体制冷片采用双层叠加结构形式。
上述所说的铜制恒温槽的上部留有溢流口。
上述所说的供散热用的冷却水套外部装有具有限温作用的温度继电器，温度继电器与半导体制冷片供电电源的控制端相连接。
上述所说的温度控制器通过485连接线与计算机及软件控制系统相连接。
上述所说的温度控制器通过四芯连接线可与外部模拟控制装置相连接。
上述所说的循环泵开关与循环泵驱动电路控制端相连接。
上述所说的加热开关与电加热棒电源控制端相连接。
上述所说的制冷开关与驱动制冷部分开关电源控制端相连接。
本实用新型的工作过程与工作原理为：作为物理化学实验，能否提供测量所需精确温度场直接对测量结果产生重要的影响，为达到精确控温的目的，除进行精确控制电加热外，还需采用相应冷源进行温度调节，得到低于室温的温度场。目前许多科学研实验中用到的低温化学反应器一般是多采用冰盐浴和氟制冷剂来达到制冷目的，前者有着不能精确控制反应器温度条件的缺点，操作上很不方便；后者虽然在操作上和控温方面有所改善，但在环境保护方面存在着氟制冷剂污染环境的问题和制冷速度慢的缺点，温度控制很难实现PID等先进控制手段。半导体制冷技术是近年来随着半导体技术的不断发展和完善而发展起来的一项新型的制冷技术，具有制冷迅速快，无噪音、无污染，可实现实时的制冷，是一项绿色制冷技术。本实验系统是基于半导体制冷技术的温度控制装置。所说的温度控制装置恒温槽中使用的热面散热方式可以是热面水冷的方式。恒温槽中的传热流体通过开于其底部的以及侧壁孔，通过管路、恒温槽循环泵形成循环回路，起到充分混合恒温槽内流体的作用，使恒温槽内流体的温差减小。半导体制冷系统，由温度控制器内的开关直流电源供电，根据化学反应所需温度条件，由智能仪表或计算机发出指令，控制制冷工作电压为直流0～14V可调。同时当半导体制冷组件的热面温度高于设定保护温度上限70℃时，热保护继电器打开，数字直流电源停止工作，保护制冷组件。由于半导体制冷技术的本身的特点，所以很容易实现PID控制得到精确的温度控制效果，是今后制冷技术发展的方向。本温度控制装置可以与多项大学物理化学实验相配套，提供物理化学实验所需要的温度环境。
本实用新型的优越性在于：1、采用双层制冷片叠加的方法，有效地增加了冷热面的实际温差，降低了对热面冷却水的温度的要求，使得制冷的能力得到提高；2、由于有制冷系统的存在，可以完成许多低温的物性数据的测量，拓宽了物理化学实验的测试范围，使得平时的低温测量变得非常方便，特别是计算机控制技术的应用，同时配合各种智能控制算法可以实现动态温度控制精度小于0.05摄氏度静态恒温控制小于0.02摄氏度，使得动态温度的测量精度得到有效提高；3、制冷器散热水套外部装有具有限温作用的温度继电器，有效的保护了半导体制冷片，使其正常工作；4、可以通过四芯连接线方便的进行外部控制；5、该工作系统还具有提供低温反应(-30℃)的条件。
(四)附图说明：
附图1为本实用新型所涉一种用于物理化学实验系统的温度控制器中制冷及加热系统示意图。
其中：1-1.铜制恒温槽  1-2冷却水套进出水口  1-3.半导体制冷片1-4.冷却水套  1-5.电加热棒  1-6.循环泵  1-7.内循环阀门  1-8.外循环出水阀门  1-9.外循环进水阀门  1-10、1-11.冷却水进出水阀门  1-12为铜制恒温槽1-1的上部的溢流口。
附图2为本实用新型所涉一种用于物理化学实验系统的温度控制器的使用状态示意图。
其中：1.温度控制器  2.智能仪表  3.4芯连接电缆  4.搅拌电机5.232连接电缆  6.功能指示灯  7电源开关、8蠕动泵开关  9加热开关、10制冷开关  11计算机及软件控制系统
(五)具体实施方式：
实施例：一种用于物理化学实验系统的温度控制器(见图1、2)，其特征在于由智能仪表2、电源开关7、循环泵开关8、加热开关9、制冷开关10、功能指示灯6、搅拌电机4、电路控制部分和制冷制热部分组成，制冷制热部分是由铜制恒温槽1-1、冷却水套1-4、半导体制冷片1-3、冷却水套进出水口1-2、电加热棒1-5、循环泵1-6、内循环阀门1-7、外循环出水阀门1-8、外循环进水阀门1-9、冷却水进出水阀门1-10及1-11所构成，铜制恒温槽1-1的两侧外有半导体制冷片1-3，铜制恒温槽1-1的内底部装有电加热棒1-5，铜制恒温槽1-1的底部出水口依管路与循环泵1-6的进水口连接，铜制恒温槽1-1的上部出水口依并联管路一方面通过内循环阀门1-7与循环泵1-6的出水口连接，另一方面与外循环进水阀门1-9连接，循环泵1-6的出水口与外循环出水阀门1-8连接，铜制恒温槽1-1外的半导体制冷片1-3外部还有供散热用的冷却水套1-4，冷却水套1-4上有冷却水套进出水口1-2，冷却水套进出水口1-2分别安装冷却水进出水阀门1-10及1-11。
上述所说的温度控制器1中的半导体制冷片1-3采用双层叠加结构形式。
上述所说的铜制恒温槽1-1的上部留有溢流口1-12。
上述所说的供散热用的冷却水套1-4外部装有具有限温作用的温度继电器，温度继电器与半导体制冷片1-3供电电源的控制端相连接。
上述所说的温度控制器1通过485连接线5与计算机及软件控制系统11相连接。
上述所说的温度控制器1通过四芯连接线3可与外部模拟控制装置相连接。
上述所说的循环泵开关8与循环泵1-6驱动电路控制端相连接。
上述所说的加热开关9与电加热棒1-5电源控制端相连接。
上述所说的制冷开关10与驱动制冷部分开关电源控制端相连接。

Claims (9)

1、一种用于物理化学实验系统的温度控制器，其特征在于由智能仪表、电源开关、循环泵开关、加热开关、制冷开关、功能指示灯、搅拌电机、电路控制部分和制冷制热部分组成，制冷制热部分是由铜制恒温槽、冷却水套、半导体制冷片、冷却水套进出水口、电加热棒、循环泵、内循环阀门、外循环出水阀门、外循环进水阀门、冷却水进、出水阀门所构成，铜制恒温槽的两侧外有半导体制冷片，铜制恒温槽的内底部装有电加热棒，铜制恒温槽的底部出水口依管路与循环泵的进水口连接，铜制恒温槽的上部出水口依并联管路一方面通过内循环阀门与循环泵的出水口连接，另一方面与外循环进水阀门连接，循环泵的出水口与外循环出水阀门连接，铜制恒温槽外的半导体制冷片外部还有供散热用的冷却水套，冷却水套上有冷却水套进出水口，冷却水套进出水口分别安装冷却水进出水阀门。
2、根据权利要求1所说的一种用于物理化学实验系统的温度控制器，其特征在于所说的温度控制器中的半导体制冷片采用双层叠加结构形式。
3、根据权利要求1所说的一种用于物理化学实验系统的温度控制器，其特征在于所说的铜制恒温槽的上部留有溢流口。
4、根据权利要求1所说的一种用于物理化学实验系统的温度控制器，其特征在于所说的供散热用的冷却水套外部装有具有限温作用的温度继电器，温度继电器与半导体制冷片供电电源的控制端相连接。
5、根据权利要求1所说的一种用于物理化学实验系统的温度控制器，其特征在于所说的温度控制器通过485连接线与计算机及软件控制系统相连接。
6、根据权利要求1所说的一种用于物理化学实验系统的温度控制器，其特征在于所说的温度控制器通过四芯连接线可与外部模拟控制装置相连接。
7、根据权利要求1所说的一种用于物理化学实验系统的温度控制器，其特征在于所说的循环泵开关与循环泵驱动电路控制端相连接。
8、根据权利要求1所说的一种用于物理化学实验系统的温度控制器，其特征在于所说的加热开关与电加热棒电源控制端相连接。
9、根据权利要求1所说的一种用于物理化学实验系统的温度控制器，其特征在于所说的制冷开关与驱动制冷部分开关电源控制端相连接。
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