В настоящее время циркуляционное устройство с постоянной температурой, используемое в лаборатории, в основном используется для обеспечения высокотемпературного или низкотемпературного источника жидкого тепла вне оборудования. Основные конструкции таких устройств включают нагреватель (и/или охладитель), циркуляционный насос, теплообменный сосуд и устройство регулирования температуры. Температурный диапазон источника тепла, обеспечиваемый существующим циркуляционным устройством с постоянной температурой, невелик, и соответственно мал диапазон применения. Его структура также меняется в зависимости от температурного диапазона.
Для диапазона температур от - 40 ℃ до 200 ℃ требуются три устройства циркуляции температуры, чтобы охватить температурный диапазон. Если диапазон температур составляет от комнатной температуры до температуры выше 200 ℃, циркуляционное устройство, которое обычно требует использования масла-теплоносителя с высокой температурой вспышки в качестве теплоносителя, представляет собой высокотемпературное циркуляционное устройство с постоянной температурой.
Из-за небольшого температурного диапазона этих устройств, если для определенного эксперимента требуется как низкотемпературная, так и высокотемпературная обработка, когда температурный диапазон превышает температурный диапазон, который может обеспечить существующее оборудование, или хотя температурный диапазон соответствует требованиям, но рабочий жидкость необходимо менять в середине процесса, чтобы достичь всего диапазона температур, ни одно устройство не сможет выполнить испытание в одиночку. Таким образом, можно повысить сложность теста, прервать его и даже привести к тому, что тест не удастся повторить и его нельзя будет повторить.
Специальная динамическая система циркуляции постоянной температуры с широким диапазоном температур для испытаний может обеспечить устройство циркуляции постоянной температуры для низкотемпературных и высокотемпературных источников жидкого тепла, а также обеспечить условия для научных исследований, анализа и испытаний для достижения высокоточного контроля температуры или моделирования окружающей среды в широкий температурный диапазон. Продукция широко используется в фармацевтической, химической промышленности, электронике, национальной оборонной и военной промышленности, аэрокосмической и других областях. Инновацией продукта является линейная и синусоидальная настройка и смешанный вызов быстрого повышения и понижения температуры, управление переменной структурой, которое основано на динамической системе циркуляции постоянной температуры со средой в одном устройстве в диапазоне - 80 ~ 280 ℃. .
Кроме того, чтобы сократить цикл испытаний, во многих экспериментах требуется, чтобы испытание на имитацию изменения температуры проводилось с большей скоростью, чем обычное изменение температуры. Поэтому, помимо относительно высоких требований к колебаниям температуры, мы также надеемся, что скорость изменения температуры должна быть быстрее, и мы сможем программировать по определенным правилам. Существующие устройства не могут одновременно учитывать лучшие колебания температуры и более высокую скорость изменения температуры.
Техническая проблема, которую предстоит решить с помощью этого продукта, состоит в том, чтобы преодолеть недостатки предшествующего уровня техники и создать улучшенное циркуляционное устройство с постоянной температурой. Он не только имеет очень широкий температурный диапазон и не требует замены теплоносителя во всем температурном диапазоне, но также может решить противоречие между высокоточной постоянной температурой и скоростью повышения и падения температуры, что позволяет выполнять проводим непрерывные и быстрые высокоточные испытания по моделированию температурного программирования в чрезвычайно широком температурном диапазоне.
Структурные характеристики
Динамическая циркуляционная система с постоянной температурой и широким диапазоном температур включает в себя теплообменник, циркуляционный насос, резервуар для хранения жидкости, контроллер и нагреватель, установленный в теплообменнике. Циркуляционный насос установлен на теплообменнике, выпускная труба и входная труба соответственно подключены к системе пользователя, выходная труба оснащена датчиком температуры, а теплообменник окружен теплоизоляционными материалами.
Контроллер электрически связан с каждым датчиком, клапаном, циркуляционным насосом и нагревателем через цепь. Изделие также включает в себя систему охлаждения, а испаритель системы охлаждения установлен в теплообменнике. Теплообменник представляет собой закрытую конструкцию, состоящую из бака и крышки. Теплообменник, циркуляционный насос, выходная и входная трубы образуют систему циркуляции среды и изолированы от атмосферы. Резервуар для хранения жидкости и теплообменник соединены трубкой с электромагнитным клапаном.
Ограниченная температурой застывания, кинематической вязкостью и температурой вспышки теплоносителя, трудно найти среду, которую можно использовать при самой низкой и самой высокой температуре одновременно при нормальном давлении. Кроме того, при низкой температуре теплоноситель легко поглощает воду из воздуха, что повышает температуру замерзания среды или делает ее мутной. Когда температура превышает 100 ℃, поглощенный водяной пар снова улетучивается. При высокой температуре испарение среды, курение, окисление и другие проблемы могут привести к ухудшению условий испытаний и ухудшению качества или выходу из строя теплоносителя за короткое время.
Сложную проблему выбора среды можно хорошо решить, используя закрытый теплообменный сосуд. Теплообменный сосуд имеет полностью герметичную конструкцию для изоляции связи между рабочей средой и внешней средой, чтобы предотвратить конденсацию и поглощение влаги из воздуха при низкой температуре, а также дымление, окисление и разрушение среды при высокая температура. Размер теплообменника определяется в соответствии со следующими принципами: корпус циркуляционного насоса, электрический нагреватель и испаритель могут быть удобно установлены, чтобы гарантировать, что теплообменная среда достигает наилучшего эффекта теплообмена, а скорости нагрева и охлаждения соответствуют потребностям пользователя. потребности в теплоемкости.
Чтобы гарантировать, что вся циркуляционная система закрыта, конструкция и уплотнение циркуляционного насоса являются ключом к решению проблемы. Если герметизация циркуляционной системы предназначена только для решения проблемы изоляции среды от наружного воздуха, давление внутри циркуляционной системы обычно не превышает 0,1 МПа, и циркуляционный насос с механическим уплотнением может соответствовать требованиям, но это по-прежнему требуется, чтобы механическое уплотнение могло выдерживать постоянное воздействие высокой и низкой температуры, отвечающее требованиям температурного диапазона устройства, в течение длительного времени.
Если уплотнение циркуляционной системы должно выдерживать давление более 0,1 МПа и широкий диапазон температур, в этом продукте используется высокоэффективный циркуляционный насос с магнитным приводом из самария и кобальта. Его герметизирующие свойства выдерживают рабочее давление более 1 МПа. Его уникальная конструкция магнитной муфты снижает потребление охлаждающей способности для работы двигателя, а максимальная рабочая температура может достигать более 350 ℃. Расход и напор циркуляционного насоса следует выбирать с учетом требований потребителя с учетом кинематической вязкости используемой среды и необходимости теплообмена и перемешивания самого теплообменника.
Поскольку циркуляционная система представляет собой закрытую конструкцию, закрытый теплообменник соединен с резервуаром для хранения жидкости, соединенным с атмосферой через электромагнитный клапан 14. Когда циркуляционное устройство соединяется с пользовательской системой и начинает работать, среда в тепле теплообменник непрерывно циркулирует в пользовательскую систему, а уровень жидкости в теплообменнике снижается, что приводит к быстрому падению давления циркуляционного насоса.
Контроллер определяет, следует ли добавлять среду в теплообменник в зависимости от изменения давления, и открывает или закрывает электромагнитный клапан 14 подачи жидкости, чтобы гарантировать, что среда в теплообменнике соответствует требованиям нормальной работы. Кроме того, в верхней части закрытого теплообменника остается часть слоя воздуха в качестве пространства расширения и сжатия при изменении высоких и низких температур. Если уровень жидкости в резервуаре падает или превышает определенный предел, функция определения уровня жидкости системы управления может подать сигнал об аномальном уровне жидкости.
Циркуляционное устройство и пользовательская система соединены сильфоном из нержавеющей стали, который выдерживает давление, высокую и низкую температуру. Соединительная часть имеет резьбовой интерфейс, а внешняя часть сильфона изолирована вспененным силикагелем. Контроллер 12 в основном включает в себя центральный блок управления (ЦП), цепь питания, изоляцию входов/выходов, схему управления и т. д. Он оснащен клавиатурной панелью и дисплеями температуры и состояния, которые отвечают требованиям диалога человек-компьютер для установки и настройки. отображать контрольную температуру и рабочее состояние устройства.
Контроллер может воспринимать такие сигналы, как температура, уровень жидкости и давление, управлять мощностью нагревателя 16 и открытием расширительного механизма 13, а также управлять расходом циркуляционного насоса, объемом воздуха вентилятора конденсатора или мощностью компрессора, когда это необходимо. Устройство циркуляции с постоянной температурой использует холодильник и нагреватель, управляемые микрокомпьютером, для снижения и повышения температуры и поддержания постоянной температуры. Контроллер регулирует клапан регулирования холодопроизводительности (электронный расширительный клапан) или мощность нагревателя холодильника в соответствии со значением температуры, измеренным датчиком температуры, и целевой температурой, установленной пользователем, или данными температуры, контролируемыми программой, которые регулярно меняются.
рабочий процесс
Рабочий процесс устройства заключается в следующем: сначала соедините выходную трубу 10-1 и входную трубу 10-2 циркуляционного устройства с входом и выходом пользовательской системы по мере необходимости, убедитесь, что соединительные детали установлены точно и прочно. подключены, и провести термоизоляционную обработку каждой детали в соответствии с температурным диапазоном.
При запуске циркуляционного устройства контроллер сначала определяет, что давление циркуляционного насоса недостаточно, то есть необходимо долить среду в циркуляционный трубопровод. Электромагнитный клапан 14 открывается автоматически и наполняет трубопровод жидкостью. В это время следите за уровнем жидкости в резервуаре, указываемым контроллером, и при необходимости пополняйте его. После того, как наполнение жидкостью стало нормальным, контроллер указывает, что давление циркуляционного трубопровода в норме, и электромагнитный клапан автоматически закрывается.
В это время контроллер будет управлять работой нагревателя и расширительного клапана в соответствии с разницей между заданной температурой и фактической температурой. Когда температурная ошибка велика, нагреватель или расширительный клапан работают на максимальной мощности и нагреваются или охлаждаются с максимальной скоростью; Когда фактическая температура приближается к заданной, контроллер постепенно снижает мощность нагревателя или открытие расширительного клапана. Наконец, контроллер будет координировать работу нагревателя и расширительного клапана, чтобы поддерживать стабильную температуру на заданном уровне.
Если фактическая температура и заданная температура не совпадают из-за изменений заданной температуры, внешних условий или тепловой нагрузки пользовательской системы, система управления повторит описанный выше процесс, чтобы температура достигла нового стабильного состояния с максимальной скоростью или контролируемой программой. ставка.
Возможности и приложения
В литературе имеются записи о различных высокотемпературных, низкотемпературных или нормальнотемпературных термостатических циркуляционных устройствах, но представлены изделия, которые могут охватывать широкий диапазон температур на одном и том же устройстве и не требуют замены теплоносителя во всем диапазоне температур. в Китае не сообщалось, особенно диапазон термостатических температур составляет - 80 ~ 250 ℃, с функцией непрерывного и быстрого повышения и падения температуры линейного синусоидального смешанного программирования, что также находится на международном продвинутом уровне. В частности, выбор теплоносителя относительно прост, а соотношение цены и качества намного лучше, чем у импортного аналогичного оборудования.
Основная идея этой схемы продукта заключается в точном динамическом постоянном контроле температуры, то есть при достижении точной постоянной температуры он также имеет возможность динамического контроля быстрого повышения или падения температуры. Благодаря этой функции управления пользователи могут осуществлять программирование температуры и непрерывные повторные испытания по мере необходимости. В течение 75 минут после стабилизации постоянной температуры колебания температуры не превышают ± 0,01 ℃.
В случае внешних помех, таких как изменение напряжения источника питания, изменение заданной температуры и изменение тепловой нагрузки пользовательской системы, система управления может поддерживать температуру в заданном диапазоне температур (± 0,05 ℃) в течение примерно 5–10 минут. Если температурный диапазон динамического управления широк и скорость высока, максимальное превышение температуры при достижении устойчивой температуры не превышает 0,5 ℃, что можно игнорировать для некоторых приложений. В этом случае температурная стабильность практически мгновенная.
Основные области применения синусного программирования включают национальную оборону и военную промышленность, аэрокосмическую промышленность, геотехническую инженерию, медицину, сельское хозяйство и другие области, связанные с метеорологией. Космический корабль «Шэньчжоу V» облетает Землю каждые 90 минут в космосе, в течение которых ему необходимо выдержать испытание разницей температур в 180 ℃.
Если рассчитать по средней скорости, скорость изменения температуры, которую испытывает космический корабль, составляет 4 ℃/мин, но изменение температуры, испытываемое космическим кораблем вокруг Земли, в основном вызвано солнечным светом, поэтому изменение температуры, которое испытывает космический корабль, может также моделируется в режиме контроля температуры синусоидального программирования. Устройство, представленное в этом проекте, имеет большое значение для исследования и испытаний аэрокосмических материалов.
Испытание камня и почвы на цикл замораживания-оттаивания, которое дает основные данные для строительства дорог и мостов в регионах вечной мерзлоты, должно постоянно моделировать изменения температуры в течение четырех сезонов. Чтобы сократить цикл испытаний, предполагается, что изменения температуры в течение дня будут моделироваться за несколько минут. Следовательно, испытательное оборудование должно иметь возможность повышать или понижать температуру с очень высокой скоростью, и оно должно непрерывно выполнять циклы, без перерыва в испытательном цикле. Аналогично, изменение температуры также необходимо моделировать по синусоидальному закону.
