Hiện nay, thiết bị tuần hoàn nhiệt độ không đổi được sử dụng trong phòng thí nghiệm chủ yếu được sử dụng để cung cấp nguồn nhiệt lỏng ở nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ thấp bên ngoài thiết bị. Cấu trúc chính của các thiết bị này bao gồm bộ gia nhiệt (và/hoặc bộ làm mát), bơm tuần hoàn, bình trao đổi nhiệt và thiết bị kiểm soát nhiệt độ. Phạm vi nhiệt độ của nguồn nhiệt được cung cấp bởi thiết bị tuần hoàn nhiệt độ không đổi hiện có là nhỏ và phạm vi ứng dụng tương ứng cũng nhỏ. Cấu trúc của nó cũng thay đổi tùy theo phạm vi nhiệt độ.
Đối với phạm vi nhiệt độ - 40oC ~ 200oC, cần có ba thiết bị tuần hoàn nhiệt độ để bao phủ phạm vi nhiệt độ. Nếu phạm vi nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến trên 200oC, thiết bị tuần hoàn thường cần sử dụng dầu truyền nhiệt có điểm chớp cháy cao làm môi trường truyền nhiệt là thiết bị tuần hoàn có nhiệt độ không đổi ở nhiệt độ cao.
Do phạm vi nhiệt độ nhỏ của các thiết bị này, nếu một thí nghiệm nào đó yêu cầu xử lý cả nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao, khi phạm vi nhiệt độ vượt quá phạm vi nhiệt độ mà thiết bị hiện có có thể cung cấp hoặc mặc dù phạm vi nhiệt độ đáp ứng yêu cầu, nhưng hoạt động chất lỏng cần được thay đổi giữa chừng để đạt được toàn bộ phạm vi nhiệt độ, không thiết bị nào có thể hoàn thành thử nghiệm một mình. Vì vậy, có thể làm tăng độ khó của bài thi, làm gián đoạn bài thi, thậm chí khiến bài thi trượt và không thể lặp lại.
Hệ thống tuần hoàn nhiệt độ không đổi động trong phạm vi nhiệt độ rộng đặc biệt để thử nghiệm có thể cung cấp thiết bị tuần hoàn nhiệt độ không đổi cho các nguồn nhiệt lỏng ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao, đồng thời cung cấp điều kiện cho nghiên cứu khoa học, phân tích và thử nghiệm để đạt được kiểm soát nhiệt độ chính xác cao hoặc mô phỏng môi trường trong một phạm vi nhiệt độ rộng. Các sản phẩm được sử dụng rộng rãi trong dược phẩm, công nghiệp hóa chất, điện tử, quốc phòng và công nghiệp quân sự, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác. Sự đổi mới của sản phẩm là cài đặt tuyến tính và hình sin và cuộc gọi hỗn hợp của điều khiển cấu trúc biến đổi tăng giảm nhiệt độ nhanh, dựa trên hệ thống tuần hoàn nhiệt độ không đổi động với môi trường trong cùng một thiết bị trong phạm vi - 80 ~ 280oC .
Ngoài ra, để rút ngắn chu trình thử nghiệm, nhiều thí nghiệm yêu cầu thử nghiệm thay đổi nhiệt độ mô phỏng phải được tiến hành với tốc độ nhanh hơn tốc độ thay đổi nhiệt độ thông thường. Vì vậy, ngoài yêu cầu tương đối cao về biến động nhiệt độ, chúng tôi cũng hy vọng rằng tốc độ thay đổi nhiệt độ sẽ nhanh hơn và chúng tôi có thể lập trình theo những quy tắc nhất định. Các thiết bị hiện tại không thể tính đến sự dao động nhiệt độ tốt hơn và tốc độ thay đổi nhiệt độ nhanh hơn cùng một lúc.
Vấn đề kỹ thuật cần giải quyết của sản phẩm này là khắc phục những thiếu sót của tình trạng kỹ thuật trước đây và cung cấp một thiết bị tuần hoàn nhiệt độ không đổi được cải tiến. Nó không chỉ có phạm vi nhiệt độ rất rộng và không cần thay thế môi trường truyền nhiệt trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ mà còn có thể giải quyết mâu thuẫn giữa nhiệt độ không đổi có độ chính xác cao và tốc độ tăng giảm nhiệt độ, giúp nó có thể mang theo thực hiện các thử nghiệm mô phỏng lập trình nhiệt độ có độ chính xác cao và liên tục và nhanh chóng trong phạm vi nhiệt độ cực rộng.
Đặc điểm kết cấu
Hệ thống tuần hoàn nhiệt độ không đổi động có phạm vi nhiệt độ rộng bao gồm bộ trao đổi nhiệt, bơm tuần hoàn, bể chứa chất lỏng, bộ điều khiển và bộ gia nhiệt được lắp đặt trong bộ trao đổi nhiệt. Bơm tuần hoàn được lắp đặt trên bộ trao đổi nhiệt, ống đầu ra và ống đầu vào lần lượt được kết nối với hệ thống của người dùng, ống đầu ra được trang bị cảm biến nhiệt độ và bộ trao đổi nhiệt được bao quanh bởi vật liệu cách nhiệt.
Bộ điều khiển được nối điện với từng cảm biến, van, bơm tuần hoàn và bộ gia nhiệt thông qua mạch điện. Sản phẩm còn bao gồm hệ thống làm lạnh và thiết bị bay hơi của hệ thống làm lạnh được lắp đặt trong bộ trao đổi nhiệt. Bộ trao đổi nhiệt là một cấu trúc khép kín bao gồm một bể chứa và một tấm che. Bộ trao đổi nhiệt, bơm tuần hoàn, ống đầu ra và ống đầu vào tạo thành một hệ thống tuần hoàn trung bình và được cách ly với khí quyển. Bể chứa chất lỏng và bộ trao đổi nhiệt được nối với nhau bằng một đường ống có van điện từ.
Bị giới hạn bởi điểm đông đặc, độ nhớt động học và điểm chớp cháy của môi trường truyền nhiệt, rất khó tìm được môi trường có thể sử dụng đồng thời ở nhiệt độ thấp nhất và nhiệt độ cao nhất dưới áp suất bình thường. Ngoài ra, ở nhiệt độ thấp, môi trường truyền nhiệt dễ hấp thụ nước trong không khí, điều này sẽ làm tăng nhiệt độ đóng băng của môi trường hoặc làm môi trường bị đục. Khi nhiệt độ vượt quá 100oC, hơi nước hấp thụ sẽ bay hơi trở lại. Ở nhiệt độ cao, môi trường bay hơi, hút thuốc, oxy hóa và các vấn đề khác có thể gây ra môi trường thử nghiệm kém và môi trường truyền nhiệt bị hư hỏng hoặc hư hỏng trong thời gian ngắn.
Vấn đề khó khăn trong việc lựa chọn môi chất có thể được giải quyết tốt bằng cách sử dụng bình trao đổi nhiệt kín. Bình trao đổi nhiệt sử dụng cấu trúc hoàn toàn kín để cách ly kết nối giữa môi trường làm việc và môi trường bên ngoài, nhằm ngăn không cho môi trường ngưng tụ và hấp thụ độ ẩm trong không khí ở nhiệt độ thấp và môi trường không bị hút thuốc, oxy hóa và hư hỏng ở nhiệt độ thấp. nhiệt độ cao. Kích thước của bộ trao đổi nhiệt được xác định theo nguyên tắc sau: thân bơm tuần hoàn, bộ gia nhiệt điện và thiết bị bay hơi có thể được lắp đặt thuận tiện để đảm bảo môi trường trao đổi nhiệt đạt được hiệu quả trao đổi nhiệt tốt nhất và tốc độ gia nhiệt và làm mát đáp ứng yêu cầu của người dùng. nhu cầu về công suất nhiệt.
Để đảm bảo toàn bộ hệ thống tuần hoàn được đóng kín, cấu trúc và vòng đệm của bơm tuần hoàn là chìa khóa để giải quyết vấn đề. Nếu việc niêm phong hệ thống tuần hoàn chỉ nhằm giải quyết vấn đề cách ly môi trường với không khí bên ngoài thì áp suất bên trong hệ thống tuần hoàn nhìn chung sẽ không vượt quá 0,1MPa và bơm tuần hoàn có phốt cơ khí có thể đáp ứng yêu cầu, nhưng đó là vẫn yêu cầu phốt cơ khí có thể chịu được tác động liên tục của nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp đáp ứng yêu cầu về phạm vi nhiệt độ của thiết bị trong thời gian dài.
Nếu việc bịt kín của hệ thống tuần hoàn cần chịu được áp suất lớn hơn 0,1MPa và phạm vi nhiệt độ rộng thì sản phẩm này sử dụng bơm tuần hoàn dẫn động từ tính hiệu suất cao từ tính samarium coban. Hiệu suất bịt kín của nó có thể chịu được áp suất làm việc lớn hơn 1MPa. Cấu trúc khớp nối từ tính độc đáo của nó giúp giảm mức tiêu thụ công suất làm mát khi vận hành động cơ và nhiệt độ hoạt động tối đa của nó có thể đạt tới hơn 350oC. Lưu lượng và cột áp của bơm tuần hoàn phải được lựa chọn để đảm bảo yêu cầu của người sử dụng, đồng thời có tính đến độ nhớt động học của môi chất được sử dụng và nhu cầu trao đổi nhiệt và khuấy của chính bộ trao đổi nhiệt.
Vì hệ thống tuần hoàn là một cấu trúc khép kín nên bộ trao đổi nhiệt kín được kết nối với bể chứa chất lỏng nối với khí quyển thông qua van điện từ 14. Khi thiết bị tuần hoàn được kết nối với hệ thống người dùng và bắt đầu hoạt động, môi trường trong nhiệt Bộ trao đổi nhiệt được lưu thông liên tục đến hệ thống người dùng, mức chất lỏng trong bộ trao đổi nhiệt giảm xuống khiến áp suất của bơm tuần hoàn giảm nhanh.
Bộ điều khiển xác định xem có bổ sung môi chất cho bộ trao đổi nhiệt hay không theo sự thay đổi của áp suất và mở hoặc đóng van điện từ cung cấp chất lỏng 14 để đảm bảo môi trường trong bộ trao đổi nhiệt đáp ứng các yêu cầu hoạt động bình thường. Ngoài ra, một phần lớp không khí còn sót lại ở phần trên của bộ trao đổi nhiệt kín làm không gian giãn nở và co lại khi nhiệt độ cao và thấp thay đổi. Nếu mức chất lỏng trong bình chứa giảm hoặc vượt quá một giới hạn nhất định, chức năng phát hiện mức chất lỏng của hệ thống điều khiển có thể đưa ra tín hiệu về mức chất lỏng bất thường.
Thiết bị tuần hoàn và hệ thống người dùng được kết nối bằng ống thổi bằng thép không gỉ có khả năng chịu được áp suất, nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp. Phần kết nối sử dụng giao diện ren và bên ngoài ống thổi được cách nhiệt bằng silica gel tạo bọt. Bộ điều khiển 12 chủ yếu bao gồm bộ điều khiển trung tâm (CPU), mạch điện, cách ly đầu vào/đầu ra và mạch điều khiển, v.v. Nó được trang bị bảng bàn phím và màn hình hiển thị nhiệt độ và trạng thái đáp ứng yêu cầu đối thoại giữa người và máy tính để thiết lập và hiển thị nhiệt độ điều khiển và trạng thái làm việc của thiết bị.
Bộ điều khiển có thể cảm nhận các tín hiệu như nhiệt độ, mức chất lỏng và áp suất, điều khiển công suất bộ gia nhiệt 16 và mở cơ cấu giãn nở 13, đồng thời điều khiển lưu lượng bơm tuần hoàn, lượng không khí của quạt bình ngưng hoặc công suất máy nén khi cần thiết. Thiết bị tuần hoàn nhiệt độ không đổi sử dụng tủ lạnh và lò sưởi được điều khiển bởi máy vi tính để thực hiện giảm nhiệt độ, tăng nhiệt độ và nhiệt độ không đổi. Bộ điều khiển điều chỉnh van điều khiển công suất làm lạnh (van tiết lưu điện tử) hoặc công suất làm nóng của tủ lạnh theo giá trị nhiệt độ đo được bằng cảm biến nhiệt độ và nhiệt độ mục tiêu do người dùng cài đặt hoặc dữ liệu nhiệt độ được điều khiển bởi chương trình thay đổi thường xuyên.
quá trình làm việc
Quy trình làm việc của thiết bị như sau: đầu tiên, nối ống đầu ra 10-1 và ống đầu vào 10-2 của thiết bị tuần hoàn với đầu vào và đầu ra của hệ thống người dùng theo yêu cầu, xác nhận các bộ phận kết nối chính xác và chắc chắn. kết nối và tiến hành xử lý cách nhiệt cho từng bộ phận theo khoảng nhiệt độ.
Khi khởi động thiết bị tuần hoàn, trước tiên bộ điều khiển sẽ phát hiện áp suất của bơm tuần hoàn không đủ, nghĩa là cần bổ sung môi chất vào đường ống tuần hoàn. Van điện từ 14 tự động mở và đổ đầy chất lỏng vào đường ống. Tại thời điểm này, vui lòng quan sát mức chất lỏng trong bình chứa do bộ điều khiển chỉ định và bổ sung nếu cần thiết. Sau khi việc đổ chất lỏng trở lại bình thường, bộ điều khiển cho biết áp suất đường ống tuần hoàn là bình thường và van điện từ sẽ tự động đóng lại.
Lúc này bộ điều khiển sẽ điều khiển hoạt động của dàn nóng và van giãn nở theo độ chênh lệch giữa nhiệt độ cài đặt và nhiệt độ thực tế. Khi sai số nhiệt độ lớn, bộ gia nhiệt hoặc van giãn nở hoạt động ở công suất tối đa và làm nóng hoặc nguội với tốc độ nhanh nhất; Khi nhiệt độ thực tế gần với nhiệt độ cài đặt, bộ điều khiển sẽ giảm dần công suất của bộ sưởi hoặc độ mở của van tiết lưu. Cuối cùng, bộ điều khiển sẽ phối hợp hoạt động của bộ gia nhiệt và van giãn nở để giữ nhiệt độ ổn định ở mức nhiệt độ cài đặt.
Nếu nhiệt độ thực tế và nhiệt độ cài đặt không nhất quán do thay đổi nhiệt độ cài đặt, điều kiện bên ngoài hoặc tải nhiệt của hệ thống người dùng, hệ thống điều khiển sẽ lặp lại quy trình trên để làm cho nhiệt độ đạt đến trạng thái ổn định mới ở tốc độ tối đa hoặc chương trình được điều khiển tỷ lệ.
Tính năng và ứng dụng
Đã có tài liệu ghi chép về các thiết bị tuần hoàn nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp hoặc nhiệt độ bình thường khác nhau, nhưng các sản phẩm có thể bao phủ phạm vi nhiệt độ rộng trên cùng một thiết bị và không cần thay thế môi trường truyền nhiệt trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ chưa được báo cáo ở Trung Quốc, đặc biệt là phạm vi nhiệt độ ổn nhiệt rộng tới - 80 ~ 250 oC, với chức năng tăng giảm nhiệt độ liên tục và nhanh chóng của lập trình hỗn hợp sin tuyến tính, cũng ở trình độ tiên tiến quốc tế. Đặc biệt, việc lựa chọn môi trường truyền nhiệt tương đối dễ dàng và tỷ lệ giá hiệu suất tốt hơn nhiều so với thiết bị tương tự nhập khẩu.
Ý tưởng cơ bản của sơ đồ sản phẩm này là điều khiển nhiệt độ không đổi động chính xác, nghĩa là trong khi đạt được nhiệt độ không đổi chính xác, nó cũng có khả năng điều khiển động tăng hoặc giảm nhiệt độ nhanh chóng. Nhờ chức năng điều khiển này, người dùng có thể thực hiện lập trình điều khiển nhiệt độ và các thử nghiệm lặp lại liên tục theo yêu cầu. Trong vòng 75 phút sau khi nhiệt độ ổn định, dao động nhiệt độ không vượt quá ± 0,01oC.
Trong trường hợp có nhiễu loạn bên ngoài như thay đổi điện áp nguồn, thay đổi nhiệt độ cài đặt và thay đổi tải nhiệt của hệ thống người dùng, hệ thống điều khiển có thể điều khiển nhiệt độ đến phạm vi nhiệt độ cài đặt (± 0,05oC) trong khoảng 5 ~ 10 phút. Nếu phạm vi nhiệt độ của điều khiển động rộng và tốc độ nhanh, nhiệt độ tối đa vượt quá khi đạt đến nhiệt độ ổn định không vượt quá 0,5oC, có thể bỏ qua đối với một số ứng dụng. Trong trường hợp này, sự ổn định nhiệt độ gần như tức thời.
Các ứng dụng chính của lập trình sin bao gồm công nghiệp quốc phòng và quân sự, hàng không vũ trụ, địa kỹ thuật, y học, nông nghiệp và các lĩnh vực liên quan đến khí tượng khác. Tàu vũ trụ "Thần Châu V" bay vòng quanh trái đất cứ sau 90 phút một lần trong không gian, trong thời gian đó, nó phải chịu được thử nghiệm chênh lệch nhiệt độ 180oC.
Nếu tính theo tốc độ trung bình, tốc độ thay đổi nhiệt độ do tàu vũ trụ chịu là 4oC/phút, nhưng sự thay đổi nhiệt độ mà tàu vũ trụ trải qua quanh trái đất chủ yếu là do ánh sáng mặt trời gây ra, do đó sự thay đổi nhiệt độ do tàu vũ trụ chịu có thể cũng được mô phỏng bằng chế độ điều khiển nhiệt độ của chương trình hình sin. Thiết bị được cung cấp trong dự án này có ý nghĩa rất lớn đối với việc nghiên cứu và thử nghiệm vật liệu hàng không vũ trụ.
Thử nghiệm chu trình đóng băng-tan băng của đá và đất, cung cấp dữ liệu cơ bản để xây dựng đường và cầu ở vùng băng giá vĩnh cửu, cần mô phỏng liên tục sự thay đổi nhiệt độ trong bốn mùa. Để rút ngắn chu kỳ thử nghiệm, dự kiến sẽ mô phỏng sự thay đổi nhiệt độ trong một ngày trong vài phút. Vì vậy, thiết bị thử nghiệm cần có khả năng tăng hoặc giảm nhiệt độ với tốc độ rất nhanh, đồng thời phải quay vòng liên tục, không bị gián đoạn trong một chu kỳ thử nghiệm. Tương tự, sự thay đổi nhiệt độ cũng cần được mô phỏng theo định luật hình sin.
