En la actualidad, el dispositivo de circulación de temperatura constante utilizado en el laboratorio se utiliza principalmente para proporcionar una fuente de calor líquido de alta o baja temperatura fuera del equipo. Las estructuras principales de dichos dispositivos incluyen calentador (y/o enfriador), bomba de circulación, recipiente de intercambio de calor y dispositivo de control de temperatura. El rango de temperatura de la fuente de calor proporcionada por el dispositivo de circulación de temperatura constante existente es pequeño y el rango de aplicación es correspondientemente pequeño. Su estructura también varía según el rango de temperatura.
Para el rango de temperatura de -40 ℃~200 ℃, se requieren tres dispositivos de circulación de temperatura para cubrir el rango de temperatura. Si el rango de temperatura va desde temperatura ambiente hasta más de 200 ℃, el dispositivo de circulación que generalmente necesita utilizar aceite de transferencia de calor de alto punto de inflamación como medio de transferencia de calor es un dispositivo de circulación de temperatura constante de alta temperatura.
Debido al pequeño rango de temperatura de estos dispositivos, si un determinado experimento requiere tratamiento tanto a baja como a alta temperatura, cuando el rango de temperatura excede el rango de temperatura que el equipo existente puede proporcionar, o aunque el rango de temperatura cumple con los requisitos, pero el funcionamiento Es necesario cambiar el líquido a mitad de camino para alcanzar todo el rango de temperatura, ningún dispositivo puede completar la prueba por sí solo. Por lo tanto, es posible aumentar la dificultad de la prueba, interrumpir la prueba e incluso hacer que la prueba falle y no pueda repetirse.
El sistema especial de circulación de temperatura constante dinámico de amplio rango de temperatura para pruebas puede proporcionar un dispositivo de circulación de temperatura constante para fuentes de calor líquido de baja y alta temperatura, y proporcionar condiciones para la investigación, análisis y pruebas científicas para lograr un control de temperatura de alta precisión o simulación ambiental en un amplio rango de temperatura. Los productos se utilizan ampliamente en la industria farmacéutica, química, electrónica, defensa nacional e industria militar, aeroespacial y otros campos. La innovación del producto es la configuración lineal y sinusoidal y la llamada mixta de control de estructura variable de aumento y caída rápida de temperatura, que se basa en un sistema dinámico de circulación de temperatura constante con un medio en el mismo dispositivo en el rango de -80~280 ℃ .
Además, para acortar el ciclo de prueba, muchos experimentos requieren que la prueba de cambio de temperatura simulada se realice a un ritmo más rápido que el cambio de temperatura normal. Por lo tanto, además de los requisitos relativamente altos para la fluctuación de temperatura, también esperamos que la tasa de cambio de temperatura sea más rápida y podamos programar de acuerdo con ciertas reglas. Los dispositivos existentes no pueden tener en cuenta una mejor fluctuación de temperatura y una tasa de cambio de temperatura más rápida al mismo tiempo.
El problema técnico que debe resolver este producto es superar las deficiencias de la técnica anterior y proporcionar un dispositivo mejorado de circulación a temperatura constante. No solo tiene un rango de temperatura muy amplio y no necesita reemplazar el medio de transferencia de calor en todo el rango de temperatura, sino que también puede resolver la contradicción entre la temperatura constante de alta precisión y la tasa de aumento y caída de temperatura, lo que hace posible llevar Realiza pruebas de simulación de programación de temperatura de alta precisión, rápidas y continuas dentro de un rango de temperatura extremadamente amplio.
Características estructurales
Un sistema de circulación dinámico de temperatura constante de amplio rango de temperatura incluye un intercambiador de calor, una bomba de circulación, un tanque de almacenamiento de líquido, un controlador y un calentador instalado en el intercambiador de calor. La bomba de circulación está instalada en el intercambiador de calor, la tubería de salida y la tubería de entrada están conectadas respectivamente al sistema del usuario, la tubería de salida está equipada con un sensor de temperatura y el intercambiador de calor está rodeado de materiales de aislamiento térmico.
El controlador está conectado eléctricamente con cada sensor, válvula, bomba de circulación y calentador a través del circuito. El producto también incluye un sistema de refrigeración y el evaporador del sistema de refrigeración está instalado en el intercambiador de calor. El intercambiador de calor es una estructura cerrada compuesta por un tanque y una placa de cubierta. El intercambiador de calor, la bomba de circulación, el tubo de salida y el tubo de entrada forman un sistema de circulación del medio y están aislados de la atmósfera. El tanque de almacenamiento de líquido y el intercambiador de calor están conectados por una tubería con una válvula solenoide.
Limitado por el punto de fluidez, la viscosidad cinemática y el punto de inflamación del medio de transferencia de calor, es difícil encontrar un medio que pueda usarse a la temperatura más baja y más alta al mismo tiempo bajo presión normal. Además, a baja temperatura, el medio de transferencia de calor absorbe fácilmente agua en el aire, lo que aumentará el punto de congelación del medio o lo volverá turbio. Cuando la temperatura supera los 100 ℃, el vapor de agua absorbido se volatilizará nuevamente. A altas temperaturas, la volatilización del medio, el humo, la oxidación y otros problemas pueden causar un mal ambiente de prueba y deterioro o falla del medio de transferencia de calor en poco tiempo.
El difícil problema de la selección del medio se puede resolver utilizando un recipiente de intercambio de calor cerrado. El recipiente de intercambio de calor adopta una estructura completamente sellada para aislar la conexión entre el medio de trabajo y el ambiente externo, a fin de evitar que el medio se condense y absorba humedad en el aire a baja temperatura, y que el medio humee, se oxide y se deteriore a bajas temperaturas. temperatura alta. El tamaño del intercambiador de calor se determina de acuerdo con los siguientes principios: el cuerpo de la bomba de circulación, el calentador eléctrico y el evaporador se pueden instalar convenientemente para garantizar que el medio de intercambio de calor logre el mejor efecto de intercambio de calor y que las velocidades de calentamiento y enfriamiento cumplan con las necesidades del usuario. Necesidades de capacidad calorífica.
Para garantizar que todo el sistema de circulación esté cerrado, la estructura y el sello de la bomba de circulación son la clave para resolver el problema. Si el sellado del sistema de circulación es solo para resolver el problema de aislar el medio del aire exterior, la presión dentro del sistema de circulación generalmente no excederá los 0,1 MPa, y la bomba de circulación con sello mecánico puede cumplir con los requisitos, pero es Todavía se requiere que el sello mecánico pueda soportar el impacto continuo de altas y bajas temperaturas que cumplan con los requisitos del rango de temperatura del dispositivo durante mucho tiempo.
Si el sellado del sistema de circulación necesita soportar una presión de más de 0,1 MPa y un amplio rango de temperatura, este producto utiliza una bomba de circulación de accionamiento magnético de alta eficiencia y samario cobalto. Su rendimiento de sellado puede soportar una presión de trabajo de más de 1 MPa. Su estructura única de acoplamiento magnético reduce el consumo de capacidad de enfriamiento para el funcionamiento del motor y su temperatura máxima de funcionamiento puede alcanzar más de 350 ℃. El caudal y la altura de la bomba de circulación se seleccionarán para garantizar los requisitos del usuario, teniendo en cuenta la viscosidad cinemática del medio utilizado y la necesidad de intercambio de calor y agitación del propio intercambiador de calor.
Como el sistema de circulación es una estructura cerrada, el intercambiador de calor cerrado está conectado al tanque de almacenamiento de líquido conectado con la atmósfera a través de la válvula solenoide 14. Cuando el dispositivo de circulación está conectado con el sistema del usuario y comienza a funcionar, el medio en el calor El intercambiador circula continuamente hacia el sistema de usuario y el nivel de líquido en el intercambiador de calor disminuye, lo que hace que la presión de la bomba de circulación caiga rápidamente.
El controlador determina si se debe complementar el medio con el intercambiador de calor según el cambio de presión, y abre o cierra la válvula solenoide de suministro de líquido 14 para garantizar que el medio en el intercambiador de calor cumpla con los requisitos del funcionamiento normal. Además, se deja una sección de capa de aire en la parte superior del intercambiador de calor cerrado como espacio de expansión y contracción cuando cambian las temperaturas altas y bajas. Si el nivel de líquido en el depósito cae o excede un cierto límite, la función de detección de nivel de líquido del sistema de control puede generar una señal de nivel de líquido anormal.
El dispositivo de circulación y el sistema de usuario están conectados mediante fuelles de acero inoxidable que pueden soportar presión, altas y bajas temperaturas. La parte de conexión adopta una interfaz roscada y el exterior del fuelle está aislado con gel de sílice espumoso. El controlador 12 incluye principalmente la unidad de control central (CPU), circuito de alimentación, aislamiento de entrada/salida y circuito de accionamiento, etc. Está equipado con un panel de teclado y pantallas de temperatura y estado que cumplen con los requisitos del diálogo persona-computadora para configurar y Muestra la temperatura de control y el estado de funcionamiento del dispositivo.
El controlador puede detectar señales tales como temperatura, nivel de líquido y presión, controlar la potencia del calentador 16 y la apertura del mecanismo de expansión 13, y controlar el flujo de la bomba de circulación, el volumen de aire del ventilador del condensador o la potencia del compresor cuando sea necesario. El dispositivo de circulación de temperatura constante utiliza un refrigerador y un calentador controlados por una microcomputadora para lograr la reducción y el aumento de la temperatura y lograr una temperatura constante. El controlador regula la válvula de control de capacidad de enfriamiento (válvula de expansión electrónica) o la potencia del calentador del refrigerador de acuerdo con el valor de temperatura medido por el sensor de temperatura y la temperatura objetivo establecida por el usuario o los datos de temperatura controlados por el programa que cambia regularmente.
proceso de trabajo
El proceso de funcionamiento del dispositivo es el siguiente: primero, conecte el tubo de salida 10-1 y el tubo de entrada 10-2 del dispositivo de circulación con la entrada y salida del sistema del usuario según sea necesario, confirme que las piezas de conexión estén precisas y firmemente conectado y realice un tratamiento de aislamiento térmico para cada pieza según el rango de temperatura.
Al iniciar el dispositivo de circulación, el controlador primero detecta que la presión de la bomba de circulación es insuficiente, es decir, es necesario agregar medio a la tubería de circulación. La válvula solenoide 14 se abre automáticamente y llena la tubería con líquido. En este momento, observe el nivel de líquido en el depósito indicado por el controlador y rellénelo si es necesario. Después de que el llenado de líquido sea normal, el controlador indica que la presión de la tubería de circulación es normal y la válvula solenoide se cierra automáticamente.
En este momento, el controlador controlará el funcionamiento del calentador y la válvula de expansión de acuerdo con la diferencia entre la temperatura establecida y la temperatura real. Cuando el error de temperatura es grande, el calentador o la válvula de expansión funcionan a la máxima potencia y se calientan o enfrían a la velocidad más rápida; Cuando la temperatura real se acerca a la temperatura establecida, el controlador reducirá gradualmente la potencia del calentador o la apertura de la válvula de expansión. Finalmente, el controlador coordinará el trabajo del calentador y la válvula de expansión para mantener la temperatura estable en el punto de temperatura establecido.
Si la temperatura real y la temperatura establecida son inconsistentes debido a cambios en la temperatura establecida, condiciones externas o carga térmica del sistema del usuario, el sistema de control repetirá el proceso anterior para hacer que la temperatura alcance un nuevo estado estable a la velocidad máxima o al programa controlado. tasa.
Características y aplicaciones
Ha habido registros bibliográficos sobre varios dispositivos de circulación termostáticos de alta temperatura, baja temperatura o temperatura normal, pero los productos que pueden cubrir un amplio rango de temperatura en el mismo dispositivo y no necesitan reemplazar el medio de transferencia de calor dentro de todo el rango de temperatura. no se han informado en China, especialmente el rango de temperatura termostática es tan amplio como - 80 ~ 250 ℃, con la función de aumento y caída de temperatura rápida y continua de la programación mixta sinusoidal lineal, que también se encuentra en el nivel avanzado internacional. Especialmente, la selección del medio de transferencia de calor es relativamente fácil y la relación rendimiento-precio es mucho mejor que la de equipos similares importados.
La idea básica de este esquema de producto es el control dinámico preciso de la temperatura constante, es decir, si bien se logra una temperatura constante precisa, también tiene la capacidad de control dinámico de un rápido aumento o descenso de la temperatura. Gracias a esta función de control, los usuarios pueden realizar un control de programación de temperatura y pruebas repetidas continuas según sea necesario. Dentro de los 75 minutos posteriores a la estabilización de la temperatura constante, la fluctuación de temperatura no excede ± 0,01 ℃.
En caso de perturbaciones externas, como cambios en el voltaje de la fuente de alimentación, cambios en la temperatura establecida y cambios en la carga térmica del sistema del usuario, el sistema de control puede controlar la temperatura al rango de temperatura establecido (± 0,05 ℃) en aproximadamente 5 a 10 minutos. Si el rango de temperatura del control dinámico es amplio y la velocidad es rápida, el exceso de temperatura máxima al acercarse a la temperatura estable no supera los 0,5 ℃, lo que puede ignorarse en algunas aplicaciones. En este caso, la estabilidad de la temperatura es casi instantánea.
Las principales aplicaciones de la programación sinusoidal incluyen la industria militar y de defensa nacional, la industria aeroespacial, la ingeniería geotécnica, la medicina, la agricultura y otros campos relacionados con la meteorología. La nave espacial "Shenzhou V" orbita la Tierra una vez cada 90 minutos en el espacio, durante el cual debe resistir la prueba de una diferencia de temperatura de 180 ℃.
Si se calcula de acuerdo con la tasa promedio, la tasa de cambio de temperatura que soporta la nave espacial es de 4 ℃/min, pero el cambio de temperatura experimentado por la nave espacial alrededor de la Tierra es causado principalmente por la luz del sol, por lo que el cambio de temperatura que soporta la nave espacial puede También puede ser simulado por el modo de control de temperatura de programación sinusoidal. El dispositivo previsto en este proyecto es de gran importancia para la investigación y prueba de materiales aeroespaciales.
La prueba del ciclo de congelación y descongelación de rocas y suelos, que proporciona datos básicos para la construcción de carreteras y puentes en regiones de permafrost, necesita simular continuamente los cambios de temperatura de las cuatro estaciones. Para acortar el ciclo de prueba, se espera simular los cambios de temperatura de un día en unos minutos. Por lo tanto, se requiere que el equipo de prueba pueda aumentar o disminuir la temperatura a una velocidad muy rápida, y se requiere que realice ciclos continuos y giratorios, sin interrupción en un ciclo de prueba. De manera similar, el cambio de temperatura también debe simularse según la ley sinusoidal.
