CN111841680A - 一种恒温槽及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒温槽及其控制方法，属于液体恒温槽技术领域，具体涉及液体恒温槽温控技术领域，以解决恒温槽在不同温度点之间循环工作时，需频繁升降温，等待时间长，能耗高的问题，包括恒温槽体，还包括与恒温槽体连通的加热腔和制冷腔，加热腔通过第二双向泵向恒温槽体内导入或导出循环流动的高温工作介质，制冷腔通过第一双向泵向恒温槽体内导入或导出循环流动的低温工作介质。通过恒温槽体一侧的加热腔、制冷腔及第一双向泵和第二双向泵的设置，使恒温槽体内的介质保证均匀且恒定温度的同时还能迅速更换恒温槽体内冷热介质，中间等待时间短，耗能低，工作效率高。

Description

一种恒温槽及其控制方法

技术领域

一种恒温槽及其控制方法，属于液体恒温槽技术领域，具体涉及液体恒温槽温控技术领域。

背景技术

液体恒温槽是温度计量领域最为常用的恒温源，广泛用于各类温度传感器、温度变送器、温度开关等温度敏感元件的校准和测试。其工作时通过专用的温度控制器控制加热或者制冷量，以使其内的工作介质保持温度恒定，从而为温度校准工作提供必要的恒温环境。一般使用的液体恒温槽波动范围约在0.1℃/10min以内。

恒温槽是校准实验室中常用设备之一，恒温槽之所以能恒温，主要是依靠恒温控制器来控制恒温槽的热平衡，当恒温槽因对外散热而使工作介质降低时，恒温控制器就驱使恒温槽体内的加热器工作，待加热到所需温度时，它又使其停止加热，这样就使恒温槽保持恒定，此外还有很多恒温槽自带制冷压缩机，一边制冷，一边通过调整加热功率调节温度。

恒温槽装置是多种多样的，但它们大都包括感温元件、控制元件、加热元件、制冷元件四部分，由感温元件将温度转变为可测量的电信号而输送给控制元件，再由控制元件发出指令，让加热元件、制冷元件工作或停止。

申请号CN201410619717.4，专利名称一种大容量高精度液体恒温槽，包括恒温槽槽体、顶盖、搅拌器、带孔的金属隔板、加热器、观察窗；恒温槽槽体上面设有顶盖，搅拌器、带孔的金属隔板、加热器和液体均设置在恒温槽槽体构成的内腔里；所述恒温槽槽体外设置有保温材料；顶盖内壁设置有保温材料；所述顶盖上设有若干孔，所述搅拌器上安装有三层搅拌叶片，搅拌叶片***恒温槽槽体内的液体中；所述加热器***恒温槽槽体内的液体中；所述带孔的金属隔板将恒温槽槽体分成工作区和控温区，搅拌器和加热器均设置在控温区。

上述专利实现了大容量带观察窗的高精度液体恒温槽，同时满足了恒温环境在工作容积、温度范围、控温精度和可观察性上的需求。但实际工作中，恒温槽内的介质需要在高温和低温之间循环工作，因此需要频繁的升温和/或降温，此过程耗时长，中间等待时间长，导致工作效率较低，并在升降温过程中浪费了大量的能量。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种恒温槽及其控制方法，以解决恒温槽在不同温度点之间循环工作时，需频繁升降温，等待时间长，能耗高的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种恒温槽，包括恒温槽体，还包括与所述恒温槽体连通的加热腔和制冷腔，所述加热腔通过第二双向泵或至少两个单向泵的组合向恒温槽体内导入或导出循环流动的高温工作介质，所述制冷腔通过第一双向泵或至少两个单向泵的组合向恒温槽体内导入或导出循环流动的低温工作介质。

工作过程：高低温变换时，打开第二双向泵，将工作腔内的高温工作介质输送至加热腔内，之后关闭第二双向泵，打开第一双向泵，将制冷腔内的低温工作介质输送至工作腔内，从工作腔上的溢流口流出的低温工作介质通过第二管道进入制冷腔，依次循环，保持工作腔内的低温工作介质低温恒定；低高温变换时，通过第一双向泵将工作腔内的低温工作介质输送至制冷腔内，之后关闭第一双向泵，打开第二双向泵，将加热腔内预加热后的高温工作介质输送至工作腔内，并通过工作腔内的第一控温传感器和第一电加热器使工作腔的高温工作介质保持恒温。通过恒温槽体一侧的加热腔、制冷腔及第一双向泵或至少两个单向泵的组合及第二双向泵或至少两个单向泵的组合的设置，使恒温槽体内的介质保证均匀且恒定温度的同时还能迅速更换恒温槽体内冷热介质，中间等待时间短，针对不同温度测试的效率高，工作效率高，耗能低。

该恒温槽还包括控制器，控制器与第一双向泵、第二双向泵、搅拌器、第一加热器、第二加热器、第三加热器、第一控温传感器、第二控温传感器、第三控温传感器及循环液泵电连接。

优选的，所述加热腔内设置有第三加热器和第三控温传感器。对加热腔内的高温工作介质起预加热和预控温的作用。

优选的，所述制冷腔内设置有第二加热器，制冷蒸发器和第二控温传感器。第二加热器用于对低温工作介质加热，制冷蒸发器用于对低温工作介质降温，第二控温传感器主要用于升、降温速度及低温工作介质温度的测试。

优选的，所述制冷腔内还设置有循环液泵，所述循环液泵使所述低温工作介质在所述制冷腔内循环流动。循环液泵使低温工作介质在制冷腔内不断流动，防止因介质低温时局部过于黏稠所造成的温度均匀性差。

优选的，所述恒温槽体的顶部设置有槽盖，所述恒温槽体内竖向设置有隔板，所述隔板将所述恒温槽体内分隔成一侧的的工作腔和另一侧的搅拌腔，所述隔板使所述工作腔和所述搅拌腔分隔成上部和下部连通的连通器，所述搅拌腔内设置有第一电加热器、第一控温传感器和搅拌器；所述工作腔内设置有分别与所述加热腔和所述制冷腔连通的第一管道。隔板的作用是将工作腔和搅拌腔分隔成上部和下部连通的连通器，以利于恒温槽体内的介质强制循环；搅拌器包括驱动电机、搅拌杆和搅拌叶，搅拌杆上端与驱动电机连接，搅拌器的作用是强制恒温槽体内的介质快速搅拌，将第一电加热器提供的热量及制冷腔内提供的低温工作介质提供的“冷量”迅速、均匀分布到整个恒温槽槽体内的介质中，保证恒温槽体内工作腔均匀的温度场。

更为优选的，恒温槽体的外部还包裹有保温隔热层，起保温、隔热作用。

优选的，所述工作腔上设置有溢流口，所述溢流口通过第二管道与所述制冷腔连通。溢流口通过第二管道与制冷腔连通，恒温槽体内介质升温过程中膨胀，高出溢流口的部分介质通过溢流口流出进入制冷腔。

优选的，所述工作腔的底部连通有第三管道，所述第三管道上设置有阀门。需要更换恒温槽体内的介质时，打开阀门，介质通过第三管道流入外部存液容器内。

一种恒温槽的控制方法，包括，

高温工况，工作腔内的工作介质直接加热，或加热腔预升温，后将加热的工作介质输送至工作腔内，并进行高温恒温控制；

低温工况，制冷腔预降温，后将冷却的工作介质输送至工作腔内，并进行低温恒温控制；

高温变低温工况，将工作腔内的高温工作介质输送至加热腔内，将制冷腔内的低温工作介质输送至工作腔内，并进行低温恒温控制；

低温变高温工况，将工作腔内的低温工作介质输送至制冷腔内，将加热腔内的高温工作介质输送至工作腔内，并进行高温恒温控制。

优选的，工作腔与加热腔互相输送高温工作介质时用第二双向泵或至少两个单向泵的组合；工作腔与制冷腔互相输送低温工作介质时用第一双向泵或至少两个单向泵的组合。

优选的，高温恒温控制具体为通过工作腔内的第一控温传感器和第一电加热器使工作腔的高温工作介质保持恒温；低温恒温控制具体为将制冷腔内的低温工作介质输送至工作腔，从工作腔上的溢流口流出的低温工作介质通过第二管道进入制冷腔，依次循环，同时结合工作腔内的第一控温传感器和第一电加热器使工作腔内的低温工作介质保持恒温。

优选的，所述工作介质包括硅油、软水、防冻液、低温导热油或无水乙醇/软水。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过恒温槽体一侧的加热腔、制冷腔及第一双向泵或至少两个单向泵的组合及第二双向泵或至少两个单向泵的组合的设置，使恒温槽体内的介质保证均匀且恒定温度的同时还能迅速更换恒温槽体内冷热介质，中间等待时间短，针对不同温度测试的效率高，工作效率高，耗能低；

2、循环液泵使低温工作介质在制冷腔内不断流动，防止冷冻凝固；

3、隔板的作用是将工作腔和搅拌腔分隔成上部和下部连通的连通器，以利于恒温槽体内的介质强制循环；

4、搅拌器包括驱动电机、搅拌杆和搅拌叶，搅拌杆上端与驱动电机连接，搅拌器的作用是强制恒温槽体内的介质快速搅拌，将第一电加热器提供的热量及制冷腔内提供的低温工作介质提供的“冷量”迅速、均匀分布到整个恒温槽槽体内的介质中，保证恒温槽体内工作腔均匀的温度场；

5、恒温槽体的外部还包裹有保温隔热层，起保温、隔热作用；

6、溢流口通过第二管道与制冷腔连通，恒温槽体内介质升温过程中膨胀，高出溢流口的部分介质通过溢流口流出进入制冷腔；

7、需要更换恒温槽体内的介质时，打开阀门，介质通过第三管道流入外部存液容器内；

8、多个隔档的设置，增加了介质流动的路径，使其充分混匀，温度更均匀。

附图说明

图1为本发明一种恒温槽的结构示意图；

图2为恒温槽体、槽盖及隔板的结构示意图。

图中标记：1-恒温槽体，2-溢流口，3-工作腔，4-第一管道，5-搅拌器，6-搅拌腔，7-第二双向泵，8-加热腔，9-第三加热器，10-第三控温传感器，11-第一双向泵，12-第二控温传感器，13-循环液泵，14-制冷腔，15-制冷蒸发器，16-第二加热器，17-第三管道，18-阀门，19-第一控温传感器，21-第一电加热器，22-第二管道，23-隔板，24-保温隔热层，25-槽盖。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1，一种恒温槽，包括恒温槽体1，还包括与所述恒温槽体1连通的加热腔8和制冷腔14，所述加热腔8通过第二双向泵7或至少两个单向泵的组合向恒温槽体1内导入或导出循环流动的高温工作介质，所述制冷腔14通过第一双向泵11或至少两个单向泵的组合向恒温槽体1内导入或导出循环流动的低温工作介质。

工作过程：高低温变换时，打开第二双向泵7，将工作腔3内的高温工作介质输送至加热腔8内，之后关闭第二双向泵7，打开第一双向泵11，将制冷腔14内的低温工作介质输送至工作腔3内，从工作腔3上的溢流口2流出的低温工作介质通过第二管道22进入制冷腔14，依次循环，保持工作腔3内的低温工作介质低温恒定；低高温变换时，通过第一双向泵11将工作腔3内的低温工作介质输送至制冷腔14内，之后关闭第一双向泵11，打开第二双向泵7，将加热腔8内预加热后的高温工作介质输送至工作腔3内，并通过工作腔3内的第一控温传感器19和第一电加热器21使工作腔3的高温工作介质保持恒温。通过恒温槽体1一侧的加热腔8、制冷腔14及第一双向泵11或至少两个单向泵的组合及第二双向泵7或至少两个单向泵的组合的设置，使恒温槽体1内的介质保证均匀且恒定温度的同时还能迅速更换恒温槽体1内冷热介质，中间等待时间短，针对不同温度测试的效率高，工作效率高，耗能低。

该恒温槽还包括控制器，控制器与第一双向泵11、第二双向泵7、搅拌器5、第一加热器、第二加热器16、第三加热器9、第一控温传感器19、第二控温传感器12、第三控温传感器10及循环液泵13电连接。

实施例2

如图1，在实施例1的基础上，所述加热腔8内设置有第三加热器9和第三控温传感器10。对加热腔内8的高温工作介质起预加热和预控温的作用。

实施例3

如图1，在实施例1的基础上，所述制冷腔14内设置有第二加热器16，制冷蒸发器15和第二控温传感器12。第二加热器16用于对低温工作介质加热，制冷蒸发器15用于对低温工作介质降温，第二控温传感器12主要用于升、降温速度及低温工作介质温度的测试。

实施例4

如图1，在实施例1的基础上，所述制冷腔14内还设置有循环液泵13，所述循环液泵13使所述低温工作介质在所述制冷腔14内循环流动。循环液泵13使低温工作介质在制冷腔14内不断流动，防止因介质低温时局部过于黏稠所造成的温度均匀性差。

实施例5

如图1-2，在实施例1的基础上，所述恒温槽体1的顶部设置有槽盖25，所述恒温槽体1内竖向设置有隔板23，所述隔板23将所述恒温槽体1内分隔成一侧的的工作腔3和另一侧的搅拌腔6，所述隔板23使所述工作腔3和所述搅拌腔6分隔成上部和下部连通的连通器，所述搅拌腔6内设置有第一电加热器21、第一控温传感器19和搅拌器5；所述工作腔3内设置有分别与所述加热腔8和所述制冷腔14连通的第一管道4。隔板23的作用是将工作腔3和搅拌腔6分隔成上部和下部连通的连通器，以利于恒温槽体1内的介质强制循环；搅拌器5包括驱动电机、搅拌杆和搅拌叶，搅拌杆上端与驱动电机连接，搅拌器5的作用是强制恒温槽体1内的介质快速搅拌，将第一电加热器21提供的热量及制冷腔14内提供的低温工作介质提供的“冷量”迅速、均匀分布到整个恒温槽槽体内的介质中，保证恒温槽体1内工作腔3均匀的温度场。

实施例6

如图2，在实施例1的基础上，恒温槽体1的外部还包裹有保温隔热层24，起保温、隔热作用。

实施例7

如图1，在实施例1的基础上，所述工作腔3上设置有溢流口2，所述溢流口2通过第二管道22与所述制冷腔14连通。溢流口2通过第二管道22与制冷腔14连通，恒温槽体1内介质升温过程中膨胀，高出溢流口2的部分介质通过溢流口2流出进入制冷腔。

实施例8

如图1，在实施例1的基础上，所述工作腔3的底部连通有第三管道17，所述第三管道17上设置有阀门18。需要更换恒温槽体1内的介质时，打开阀门18，介质通过第三管道17流入外部存液容器内。

实施例9

一种恒温槽的控制方法，包括，

高温工况，工作腔3内的工作介质直接加热，或加热腔8预升温，后将加热的工作介质输送至工作腔3内，并进行高温恒温控制；

低温工况，制冷腔14预降温，后将冷却的工作介质输送至工作腔3内，并进行低温恒温控制；

高温变低温工况，将工作腔3内的高温工作介质输送至加热腔8内，将制冷腔14内的低温工作介质输送至工作腔3内，并进行低温恒温控制；

低温变高温工况，将工作腔3内的低温工作介质输送至制冷腔14内，将加热腔8内的高温工作介质输送至工作腔3内，并进行高温恒温控制；

工作腔3与加热腔8互相输送高温工作介质时用第二双向泵7或至少两个单向泵的组合；工作腔3与制冷腔14互相输送低温工作介质时用第一双向泵11或至少两个单向泵的组合：

高温恒温控制具体为通过工作腔3内的第一控温传感器19和第一电加热器21使工作腔3的高温工作介质保持恒温；低温恒温控制具体为将制冷腔14内的低温工作介质输送至工作腔3，从工作腔3上的溢流口2流出的低温工作介质通过第二管道22进入制冷腔14，依次循环，同时结合工作腔3内的第一控温传感器19和第一电加热器21使工作腔3内的低温工作介质保持恒温。

所述工作介质包括硅油、软水、防冻液、低温导热油或无水乙醇/软水。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种恒温槽，包括恒温槽体(1)，其特征在于：还包括与所述恒温槽体(1)连通的加热腔(8)和制冷腔(14)，所述加热腔(8)通过第二双向泵(7)或至少两个单向泵的组合向恒温槽体(1)内导入或导出循环流动的高温工作介质，所述制冷腔(14)通过第一双向泵(11)或至少两个单向泵的组合向恒温槽体(1)内导入或导出循环流动的低温工作介质。

2.根据权利要求1所述的一种恒温槽，其特征在于：所述加热腔(8)内设置有第三加热器(9)和第三控温传感器(10)。

3.根据权利要求1所述的一种恒温槽，其特征在于：所述制冷腔(14)内设置有第二加热器(16)，制冷蒸发器(15)和第二控温传感器(12)。

4.根据权利要求3所述的一种恒温槽，其特征在于：所述制冷腔(14)内还设置有循环液泵(13)，所述循环液泵(13)使所述低温工作介质在所述制冷腔(14)内循环流动。

5.根据权利要求1所述的一种恒温槽，其特征在于：所述恒温槽体(1)的顶部设置有槽盖(25)，所述恒温槽体(1)内竖向设置有隔板(23)，所述隔板(23)将所述恒温槽体(1)内分隔成一侧的的工作腔(3)和另一侧的搅拌腔(6)，所述隔板(23)使所述工作腔(3)和所述搅拌腔(6)分隔成上部和下部连通的连通器，所述搅拌腔(6)内设置有第一电加热器(21)、第一控温传感器(19)和搅拌器(5)；所述工作腔(3)内设置有分别与所述加热腔(8)和所述制冷腔(14)连通的第一管道(4)。

6.根据权利要求5所述的一种恒温槽，其特征在于：所述工作腔(3)上设置有溢流口(2)，所述溢流口(2)通过第二管道(22)与所述制冷腔(14)连通。

7.根据权利要求5所述的一种恒温槽，其特征在于：所述工作腔(3)的底部连通有第三管道(17)，所述第三管道(17)上设置有阀门(18)。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种恒温槽的控制方法，其特征在于，包括，

高温工况，工作腔(3)内的工作介质直接加热，或加热腔(8)预升温，后将加热的工作介质输送至工作腔(3)内，并进行高温恒温控制；

低温工况，制冷腔(14)预降温，后将冷却的工作介质输送至工作腔(3)内，并进行低温恒温控制；

高温变低温工况，将工作腔(3)内的高温工作介质输送至加热腔(8)内，将制冷腔(14)内的低温工作介质输送至工作腔(3)内，并进行低温恒温控制；

低温变高温工况，将工作腔(3)内的低温工作介质输送至制冷腔(14)内，将加热腔(8)内的高温工作介质输送至工作腔(3)内，并进行高温恒温控制。

9.根据权利要求8所述的一种恒温槽的控制方法，其特征在于，工作腔(3)与加热腔(8)互相输送高温工作介质时用第二双向泵(7)或至少两个单向泵的组合；工作腔(3)与制冷腔(14)互相输送低温工作介质时用第一双向泵(11)或至少两个单向泵的组合。

10.根据权利要求8所述的一种恒温槽的控制方法，其特征在于，高温恒温控制具体为通过工作腔(3)内的第一控温传感器(19)和第一电加热器(21)使工作腔(3)的高温工作介质保持恒温；低温恒温控制具体为将制冷腔(14)内的低温工作介质输送至工作腔(3)，从工作腔(3)上的溢流口(2)流出的低温工作介质通过第二管道(22)进入制冷腔(14)，依次循环，同时结合工作腔(3)内的第一控温传感器(19)和第一电加热器(21)使工作腔(3)内的低温工作介质保持恒温。

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