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步入式快速温度变化实验室技术研讨(二)

时间:2017-03-09 15:48   生产厂家:东莞市正航仪器设备有限公司    品牌:sailham正航


一、快速温度变化控制中应注意的几个问题

快速温度变化环境试验设备在设计过程中应特别要解决以下几个问题:

1.制冷系统配置。对快速温变箱而言,升降温速率快是它的主要技术指标,但能快速变化的设备应该也能小速率变化,这是每个使用者都希望设备具备的性能。因此,制冷系统的能量肯定需要调节。

2.线性降温。使用者希望在自己设定的降温时间内设备能降到设定的终温,且降温过程中的降温速率是恒定不变的,即线性速率。

3.温度到达设定值时的过冲和回升幅度应在合适的范围;如果设定终温为一10"(2,那么设备在降到一10"(2时应该不会过冲到一13℃度以下;同样,升温时设定+70℃,温度也不能过冲到+73℃以上。过冲大,则温度波动大,温度回升也会大。温度变化幅度超出控制范围,往往会对试验样品造成损坏达不到希望的试验效果。下面分别加以阐述。快速温度变化箱的性能指标要求制冷系统的能可以灵活调节。在实际运行过程中,制冷装置的负荷总要发生变化,即使负荷一定,制冷机产冷量受外界条件影响也会改变。冷量与负荷之间的不平衡是客观存在的。以改变制冷剂循量与负荷相适应为目的的调节方法有许多。

在压缩机方面,能进行能量调节,在蒸发器方面,可进行蒸发压力和供液量调节。从制冷系统的性能方面看,调节向蒸发器的供液量,保证单位时间送入蒸发器的液量等于能够蒸发掉的液量,是使机器正常无故障运行所必须的。若蒸发器过量供液,造成吸气带液,会损坏压缩机;若供液不足,造成蒸发器缺液,又会使设备无法达到指定的工艺要求,甚至发生故障。但单有供液量调节,吸气压力随流量的变化而改变负荷过低时,不仅运行经济性差,甚至导致频繁停车,使设备发生故障。因此,负荷变化大的设备有必要从压缩机产冷能力入手加以调节,使既降低制冷量,又保证吸气压力在正常范围。这就使得进行压缩机能量调节很有必要了。根据蒸发器形式和设备特点不同,采用的制冷剂流量调节元件不同。常见的种类有:毛细管、各种型式的自动膨胀阀(如定压膨胀阀、热力膨胀阀、热电膨胀阀、电子膨胀阀);压缩机能量调节通常有压缩机启停控制、气缸卸载、转速调节、热气旁通等方式。与制冷系统对应的是加热器的配置。比较先进的加热控制算法就是用P ID(比例积分微分调节)控制算法来调节加热器的加热输出百分比。适当的加热功率配置,通过PID调节加热输出,可以在设备降温过程中,起到调节制冷量的作用。实践中,我们发现,降温过程中,在高温段,蒸发器的换热温差大,降温速度快;降至低温段时,换热温差逐渐减小,降温速度也相应减小。

 

 

步入式快速温度变化实验室技术指南

 

 

 

因此,降温能力温度一时间曲线(曲线每一点的斜率为该点的最大降温速率)示意图应如图(4)所示。从图(4)中可看出,该曲线不是一条线性直线,其函数表达式为:T=f(t)T为温度(单位:℃)t为时间(单位m in),该曲线的斜率即为温度变化的速率,由图中可以看出,曲线的斜率值是逐渐减小的。因此,在降温时控制器如果把设定温度简单地按线性变化下降,这与实际情况有出入。如图(4),若设定时间(t-t 1)小于最快降温时间(t 2t 1),则设定时间到,实际温度肯定降不到设定终温。此种情形客观存在,且无法通过控制进行改善;如图(5)(6),若设定时间(t设一常会有规定时间到了,但温度却未降到的现象。即降温前期,降温能力被抑制过大;降温后期,即使制冷系统全功率开启降温,实测温度也降不到设定终温。因此,从控制角度来看,改变降温过程中的设定温度,让它不一定都按线性来变化。这分两种情况来判定。

1.在按线性降温所需时间>剩余设定降温时间时,设备应快速降温,此时让T设定温度=T设定终温;让设备以最大的降温速率降温。

2.在按线性降温所需时间<剩余设定降温时间时,T设定温度才是按线性变化减少的。此时开始线性变化的T设定温度=T实测温度,然后设定温度按线性变化减小到与设定终温相等。如果在开始降温时,按线性降温所需时间<设定降温时间,则降温全程设定温度均是线性变化减小的,直到减小到与设定终温相等。此种情形即是图(6)所示的情形。其中,按线性降温所需时间=(实际温度一设定终温)/终温点实际速率:剩余设定降温时间=设定总时间一实际运行时间;如果实现上述控制过程,就可以从理论上保证:在设定时间内,实际温度一定会降到设定终温。如图(6),若该设定线性速率<降温后期末段的降温能力速率(最大降温速率),则只要调节好制冷输出量和加热输出量,让实测温度与与设定温度相附,最终,在设定时间内,实际温度一定会降到设定终温。快速温变设备在升到或降到设定终温时,加热量和制冷量都有一个由大逐渐减小的过程。若处理不好,势必会因为升降温速率大而容易造成温度波动幅度大。因此,在实际温度接近设定终温时,其加热量或制冷量一定要进行特别的控制。其实,此时温度是一个衰减振荡过程。总体原则是让被调温度偏离给定值后,经过两、三个周期的振荡能够很快趋于平衡温度值。其中,相邻两个波峰所经历的时间为振荡周期。其它诸如设备加湿、温湿度均匀性、波动度等与一般的温湿度设备类似,在此就不多叙述了。

二、总结

目前,已经成功研制并出厂了多台步入式快速温度变化试验室,经测试检验结果符合各项技术指标要求,客户反应良好,其中线性升降温、温湿度过冲回升等指标已达到国内先进水平。http://www.zhenghang88.com