في الوقت الحاضر، يتم استخدام جهاز تدوير درجة الحرارة الثابتة المستخدم في المختبر بشكل أساسي لتوفير مصدر حرارة سائل بدرجة حرارة عالية أو منخفضة درجة الحرارة خارج الجهاز. تشتمل الهياكل الرئيسية لهذه الأجهزة على السخان (و/أو المبرد)، والمضخة الدائرية، ووعاء التبادل الحراري، وجهاز التحكم في درجة الحرارة. نطاق درجة الحرارة لمصدر الحرارة الذي يوفره جهاز تدوير درجة الحرارة الثابتة الحالي صغير، ونطاق التطبيق صغير بالمقابل. يختلف هيكلها أيضًا اعتمادًا على نطاق درجة الحرارة.
بالنسبة لنطاق درجة الحرارة من - 40 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية، يلزم وجود ثلاثة أجهزة لتدوير درجة الحرارة لتغطية نطاق درجة الحرارة. إذا كان نطاق درجة الحرارة من درجة حرارة الغرفة إلى أعلى من 200 درجة مئوية، فإن جهاز التدوير الذي يحتاج عادةً إلى استخدام زيت نقل الحرارة ذو نقطة الوميض العالية كوسط نقل الحرارة هو جهاز تدوير بدرجة حرارة ثابتة عالية.
نظرًا لنطاق درجة الحرارة الصغير لهذه الأجهزة، إذا كانت تجربة معينة تتطلب معالجة بدرجة حرارة منخفضة ودرجة حرارة عالية، أو عندما يتجاوز نطاق درجة الحرارة نطاق درجة الحرارة الذي يمكن أن توفره المعدات الموجودة، أو على الرغم من أن نطاق درجة الحرارة يلبي المتطلبات، إلا أن العمل يجب تغيير السائل في منتصف الطريق للوصول إلى نطاق درجة الحرارة بأكمله، ولا يمكن لأي جهاز إكمال الاختبار بمفرده. لذلك من الممكن زيادة صعوبة الاختبار ومقاطعته وحتى التسبب في فشل الاختبار وعدم إمكانية إعادته.
يمكن لنظام تداول درجة الحرارة الثابتة الديناميكي الخاص بنطاق واسع من درجات الحرارة للاختبار أن يوفر جهاز تدوير درجة حرارة ثابتة لمصادر الحرارة السائلة ذات درجة الحرارة المنخفضة وارتفاع درجة الحرارة، ويوفر الظروف للبحث العلمي والتحليل والاختبار لتحقيق التحكم في درجة الحرارة عالي الدقة أو المحاكاة البيئية في نطاق درجة حرارة واسعة. وتستخدم المنتجات على نطاق واسع في الصناعات الدوائية والكيميائية والإلكترونيات والدفاع الوطني والصناعة العسكرية والفضاء وغيرها من المجالات. إن ابتكار المنتج هو الإعداد الخطي والجيبي والاتصال المختلط للتحكم السريع في ارتفاع درجة الحرارة وانخفاضها في الهيكل المتغير، والذي يعتمد على نظام ديناميكي لتدوير درجة الحرارة الثابتة مع وسيط في نفس الجهاز في نطاق - 80 ~ 280 درجة مئوية. .
بالإضافة إلى ذلك، من أجل تقصير دورة الاختبار، تتطلب العديد من التجارب إجراء اختبار محاكاة تغير درجة الحرارة بمعدل أسرع من التغير الطبيعي في درجة الحرارة. لذلك، بالإضافة إلى المتطلبات العالية نسبيًا لتقلبات درجات الحرارة، نأمل أيضًا أن يكون معدل تغير درجة الحرارة أسرع، ويمكننا البرمجة وفقًا لقواعد معينة. لا يمكن للأجهزة الموجودة أن تأخذ في الاعتبار التقلبات الأفضل في درجات الحرارة ومعدل التغير الأسرع في درجات الحرارة في نفس الوقت.
المشكلة الفنية التي يتعين على هذا المنتج حلها هي التغلب على أوجه القصور في التقنية السابقة وتوفير جهاز محسن لتدوير درجة حرارة ثابتة. ليس لديها نطاق درجة حرارة واسع جدًا فقط، ولا تحتاج إلى استبدال وسيط نقل الحرارة في نطاق درجة الحرارة بأكمله، ولكن يمكنها أيضًا حل التناقض بين درجة الحرارة الثابتة عالية الدقة ومعدل ارتفاع وانخفاض درجة الحرارة، مما يجعل من الممكن حملها إجراء اختبارات محاكاة برمجة درجة الحرارة المستمرة والسريعة عالية الدقة ضمن نطاق درجة حرارة واسع للغاية.
الخصائص الهيكلية
يتضمن نظام دوران درجة الحرارة الثابت الديناميكي ذو نطاق واسع من درجات الحرارة مبادلًا حراريًا، ومضخة دوارة، وخزان تخزين سائل، وجهاز تحكم وسخانًا مثبتًا في المبادل الحراري. يتم تثبيت مضخة التدوير على المبادل الحراري، ويتم توصيل أنبوب المخرج وأنبوب الإدخال على التوالي بنظام المستخدم، ويتم تجهيز أنبوب المخرج بمستشعر درجة الحرارة، ويحيط المبادل الحراري بمواد عازلة للحرارة.
يتم توصيل وحدة التحكم كهربائيًا بكل مستشعر وصمام ومضخة دوارة وسخان عبر الدائرة. يشتمل المنتج أيضًا على نظام تبريد، ويتم تركيب مبخر نظام التبريد في المبادل الحراري. المبادل الحراري عبارة عن هيكل مغلق يتكون من خزان ولوحة غطاء. يشكل المبادل الحراري والمضخة المتداولة وأنبوب المخرج وأنبوب الإدخال نظام تداول متوسطًا ويتم عزلهم عن الجو. يتم توصيل خزان السائل والمبادل الحراري بواسطة أنبوب بصمام ملف لولبي.
نظرًا لحدود نقطة الانسكاب واللزوجة الحركية ونقطة الوميض لوسط نقل الحرارة، فمن الصعب العثور على وسط يمكن استخدامه عند أدنى درجة حرارة وأعلى درجة حرارة في نفس الوقت تحت الضغط العادي. بالإضافة إلى ذلك، عند درجة حرارة منخفضة، من السهل أن يمتص وسط نقل الحرارة الماء في الهواء، مما يزيد من نقطة تجمد الوسط أو يجعله عكرًا. عندما تتجاوز درجة الحرارة 100 درجة مئوية، سوف يتطاير بخار الماء الممتص مرة أخرى. عند درجة الحرارة العالية، قد يتسبب تطاير الوسط والتدخين والأكسدة ومشاكل أخرى في بيئة اختبار سيئة وتدهور أو فشل وسط نقل الحرارة في وقت قصير.
يمكن حل المشكلة الصعبة المتمثلة في اختيار الوسط بشكل جيد باستخدام وعاء مغلق للتبادل الحراري. يعتمد وعاء التبادل الحراري هيكلًا مغلقًا تمامًا لعزل الاتصال بين وسط العمل والبيئة الخارجية، وذلك لمنع الوسط من التكثيف وامتصاص الرطوبة في الهواء عند درجة حرارة منخفضة، والوسط من التدخين والأكسدة والتدهور عند درجة حرارة منخفضة. ارتفاع درجة الحرارة. يتم تحديد حجم المبادل الحراري وفقًا للمبادئ التالية: يمكن تركيب جسم المضخة الدائرية والسخان الكهربائي والمبخر بشكل ملائم لضمان أن يحقق وسط التبادل الحراري أفضل تأثير للتبادل الحراري، وأن معدلات التسخين والتبريد تلبي احتياجات المستخدم. احتياجات القدرة الحرارية.
من أجل ضمان إغلاق نظام التدوير بالكامل، فإن هيكل وختم مضخة التدوير هما المفتاح لحل المشكلة. إذا كان ختم نظام التدوير يهدف فقط إلى حل مشكلة عزل الوسط عن الهواء الخارجي، فإن الضغط داخل نظام التدوير لن يتجاوز بشكل عام 0.1MPa، ويمكن لمضخة التدوير ذات الختم الميكانيكي تلبية المتطلبات، ولكنها لا يزال مطلوبًا أن يتحمل الختم الميكانيكي التأثير المستمر لدرجة الحرارة المرتفعة ودرجة الحرارة المنخفضة التي تلبي متطلبات نطاق درجة حرارة الجهاز لفترة طويلة.
إذا كان إغلاق نظام التدوير يحتاج إلى تحمل ضغط أكثر من 0.1MPa ونطاق درجة حرارة واسع، فإن هذا المنتج يستخدم مضخة تدوير مغناطيسية عالية الكفاءة من كوبالت السماريوم. أداء الختم الخاص به يمكن أن يتحمل ضغط التشغيل لأكثر من 1MPa. إن هيكل الاقتران المغناطيسي الفريد الخاص به يقلل من استهلاك قدرة التبريد لتشغيل المحرك، ويمكن أن تصل درجة حرارة التشغيل القصوى إلى أكثر من 350 درجة مئوية. يجب اختيار تدفق ورأس المضخة التدويرية بما يضمن متطلبات المستخدم مع مراعاة اللزوجة الحركية للوسط المستخدم وضرورة التبادل الحراري وتحريك المبادل الحراري نفسه
بما أن نظام التدوير عبارة عن هيكل مغلق، يتم توصيل المبادل الحراري المغلق بخزان تخزين السائل المتصل بالجو من خلال صمام الملف اللولبي 14. عندما يتم توصيل جهاز التدوير بنظام المستخدم ويبدأ العمل، فإن الوسط الموجود في الحرارة يتم تعميم المبادل الحراري بشكل مستمر على نظام المستخدم، وينخفض مستوى السائل في المبادل الحراري، مما يجعل ضغط المضخة المتداولة ينخفض بسرعة.
تحدد وحدة التحكم ما إذا كانت ستضيف الوسيط إلى المبادل الحراري وفقًا لتغير الضغط، وتفتح أو تغلق صمام الملف اللولبي لإمداد السائل 14 للتأكد من أن الوسط الموجود في المبادل الحراري يلبي متطلبات التشغيل العادي. بالإضافة إلى ذلك، يتم ترك جزء من طبقة الهواء في الجزء العلوي من المبادل الحراري المغلق كمساحة للتمدد والانكماش عند تغير درجات الحرارة العالية والمنخفضة. إذا انخفض مستوى السائل في الخزان أو تجاوز حدًا معينًا، فإن وظيفة الكشف عن مستوى السائل في نظام التحكم يمكن أن تحفز إشارة مستوى السائل غير الطبيعي.
يتم توصيل جهاز التدوير ونظام المستخدم بواسطة منفاخ من الفولاذ المقاوم للصدأ يمكنه تحمل الضغط ودرجة الحرارة العالية ودرجة الحرارة المنخفضة. يعتمد جزء الاتصال واجهة ملولبة، ويتم عزل الجزء الخارجي من المنفاخ بواسطة هلام السيليكا الرغوي. تشتمل وحدة التحكم 12 بشكل أساسي على وحدة التحكم المركزية (CPU)، ودائرة الطاقة، وعزل الإدخال/الإخراج، ودائرة القيادة، وما إلى ذلك. وهي مجهزة بلوحة مفاتيح وشاشات عرض لدرجة الحرارة والحالة تلبي متطلبات الحوار بين الإنسان والكمبيوتر لتعيين و عرض درجة حرارة التحكم وحالة عمل الجهاز.
يمكن لوحدة التحكم استشعار إشارات مثل درجة الحرارة ومستوى السائل والضغط، والتحكم في قوة السخان 16 وفتح آلية التمدد 13، والتحكم في تدفق المضخة الدائرية، وحجم هواء مروحة المكثف أو طاقة الضاغط عند الضرورة. يستخدم جهاز تدوير درجة الحرارة الثابتة الثلاجة والسخان الذي يتم التحكم فيه بواسطة كمبيوتر صغير لتحقيق خفض درجة الحرارة وارتفاع درجة الحرارة ودرجة الحرارة الثابتة. يقوم جهاز التحكم بتنظيم صمام التحكم بقدرة التبريد (صمام التمدد الإلكتروني) أو قوة سخان الثلاجة حسب قيمة درجة الحرارة المقاسة بواسطة حساس درجة الحرارة ودرجة الحرارة المستهدفة التي يحددها المستخدم أو بيانات درجة الحرارة التي يتحكم فيها البرنامج والتي تتغير بانتظام.
عملية العمل
عملية عمل الجهاز هي كما يلي: أولاً، قم بتوصيل أنبوب المخرج 10-1 وأنبوب الإدخال 10-2 لجهاز التدوير مع مدخل ومخرج نظام المستخدم كما هو مطلوب، وتأكد من أن أجزاء التوصيل دقيقة وثابتة متصلة، وإجراء معالجة العزل الحراري لكل جزء حسب نطاق درجة الحرارة.
عند بدء تشغيل جهاز التدوير، تكتشف وحدة التحكم أولاً أن ضغط مضخة التدوير غير كافٍ، أي أنه من الضروري إضافة وسط إلى أنبوب التدوير. يفتح صمام الملف اللولبي 14 تلقائيًا ويملأ خط الأنابيب بالسائل. في هذا الوقت، يرجى ملاحظة مستوى السائل في الخزان المشار إليه بواسطة وحدة التحكم وتجديده إذا لزم الأمر. بعد أن يصبح ملء السائل طبيعيًا، تشير وحدة التحكم إلى أن ضغط خط الأنابيب المتداول طبيعي، ويغلق صمام الملف اللولبي تلقائيًا.
في هذا الوقت، ستتحكم وحدة التحكم في تشغيل السخان وصمام التمدد وفقًا للفرق بين درجة الحرارة المحددة ودرجة الحرارة الفعلية. عندما يكون الخطأ في درجة الحرارة كبيرًا، يعمل السخان أو صمام التمدد بأقصى طاقة، ويتم تسخينه أو تبريده بأقصى سرعة؛ عندما تكون درجة الحرارة الفعلية قريبة من درجة الحرارة المحددة، ستقوم وحدة التحكم تدريجيا بتقليل قوة السخان أو فتح صمام التمدد. وأخيرا، سيقوم جهاز التحكم بتنسيق عمل السخان وصمام التمدد للحفاظ على درجة الحرارة مستقرة عند نقطة درجة الحرارة المحددة.
إذا كانت درجة الحرارة الفعلية ودرجة الحرارة المحددة غير متسقة بسبب التغيرات في درجة الحرارة المحددة أو الظروف الخارجية أو الحمل الحراري لنظام المستخدم، فسيكرر نظام التحكم العملية المذكورة أعلاه لجعل درجة الحرارة تصل إلى حالة مستقرة جديدة عند الحد الأقصى للمعدل أو البرنامج الذي يتم التحكم فيه معدل.
الميزات والتطبيقات
كانت هناك سجلات أدبية حول العديد من أجهزة التدوير الحراري ذات درجات الحرارة العالية أو المنخفضة أو العادية، ولكن المنتجات التي يمكن أن تغطي نطاقًا واسعًا من درجات الحرارة على نفس الجهاز ولا تحتاج إلى استبدال وسيط نقل الحرارة ضمن نطاق درجة الحرارة بأكمله لم يتم الإبلاغ عنها في الصين، خاصة أن نطاق درجة الحرارة الترموستاتي واسع يصل إلى - 80 ~ 250 درجة مئوية، مع وظيفة ارتفاع وانخفاض درجة الحرارة المستمرة والسريعة للبرمجة الخطية المختلطة الجيبية، والتي هي أيضًا على المستوى المتقدم الدولي. على وجه الخصوص، اختيار وسيلة نقل الحرارة سهل نسبيًا، ونسبة سعر الأداء أفضل بكثير من تلك الخاصة بالمعدات المماثلة المستوردة.
الفكرة الأساسية لمخطط المنتج هذا هي التحكم الديناميكي الدقيق في درجة الحرارة الثابتة، أي أنه مع تحقيق درجة حرارة ثابتة دقيقة، فإنه يتمتع أيضًا بقدرة التحكم الديناميكي على ارتفاع أو انخفاض درجة الحرارة بسرعة. بسبب وظيفة التحكم هذه، فمن الممكن للمستخدمين إجراء التحكم في برمجة درجة الحرارة والاختبارات المتكررة المستمرة كما هو مطلوب. في غضون 75 دقيقة بعد استقرار درجة الحرارة الثابتة، لا يتجاوز تقلب درجة الحرارة ± 0.01 درجة مئوية.
في حالة حدوث اضطرابات خارجية مثل تغيير جهد مصدر الطاقة، وتغيير درجة الحرارة المحددة وتغيير الحمل الحراري لنظام المستخدم، يمكن لنظام التحكم التحكم في درجة الحرارة إلى نطاق درجة الحرارة المحددة (± 0.05 درجة مئوية) خلال حوالي 5 إلى 10 دقائق. إذا كان نطاق درجة الحرارة للتحكم الديناميكي واسعًا وكانت السرعة سريعة، فإن الحد الأقصى لدرجة الحرارة عند الاقتراب من درجة الحرارة الثابتة لا يتجاوز 0.5 درجة مئوية، وهو ما يمكن تجاهله في بعض التطبيقات. في هذه الحالة، يكون استقرار درجة الحرارة فوريًا تقريبًا.
تشمل التطبيقات الرئيسية للبرمجة الجيبية الدفاع الوطني والصناعة العسكرية والفضاء والهندسة الجيوتقنية والطب والزراعة وغيرها من المجالات ذات الصلة بالأرصاد الجوية. وتدور سفينة الفضاء "شنتشو 5" حول الأرض مرة كل 90 دقيقة في الفضاء، حيث تحتاج خلالها إلى تحمل اختبار فرق درجة الحرارة البالغ 180 درجة مئوية.
إذا تم حسابه وفقًا للمعدل المتوسط، فإن معدل تغير درجة الحرارة الذي تتحمله سفينة الفضاء هو 4 درجات مئوية/دقيقة، ولكن تغير درجة الحرارة الذي تتعرض له سفينة الفضاء حول الأرض يرجع بشكل أساسي إلى ضوء الشمس، وبالتالي فإن تغير درجة الحرارة الذي تتحمله سفينة الفضاء يمكن أن يكون كما يمكن محاكاتها من خلال وضع التحكم في درجة الحرارة للبرمجة الجيبية. الجهاز المقدم في هذا المشروع له أهمية كبيرة للبحث واختبار المواد الفضائية.
إن اختبار دورة تجميد وذوبان الصخور والتربة، والذي يوفر بيانات أساسية لبناء الطرق والجسور في مناطق التربة الصقيعية، يحتاج إلى محاكاة التغيرات في درجات الحرارة في الفصول الأربعة بشكل مستمر. ومن أجل تقصير دورة الاختبار، من المتوقع محاكاة التغيرات في درجات الحرارة ليوم واحد في بضع دقائق. لذلك، يجب أن تكون معدات الاختبار قادرة على الارتفاع أو الانخفاض في درجة الحرارة بسرعة كبيرة جدًا، كما يلزم أن تدور بشكل مستمر ذهابًا وإيابًا، دون انقطاع في دورة الاختبار. وبالمثل، فإن التغير في درجة الحرارة يحتاج أيضًا إلى محاكاة وفقًا للقانون الجيبي.
