一、快速溫度變化控制中應注意的幾個問題

快速溫度變化環(huán)境試驗設(shè)備在設(shè)計過程中應特別要解決以下幾個問題：

1．制冷系統(tǒng)配置。對快速溫變箱而言，升降溫速率快是它的主要技術(shù)指標，但能快速變化的設(shè)備應該也能小速率變化，這是每個使用者都希望設(shè)備具備的性能。因此，制冷系統(tǒng)的能量肯定需要調(diào)節(jié)。

2．線性降溫。使用者希望在自己設(shè)定的降溫時間內(nèi)設(shè)備能降到設(shè)定的終溫，且降溫過程中的降溫速率是恒定不變的，即線性速率。

3．溫度到達設(shè)定值時的過沖和回升幅度應在合適的范圍；如果設(shè)定終溫為一10"(2，那么設(shè)備在降到一10"(2時應該不會過沖到一13℃度以下；同樣，升溫時設(shè)定+70℃，溫度也不能過沖到+73℃以上。過沖大，則溫度波動大，溫度回升也會大。溫度變化幅度超出控制范圍，往往會對試驗樣品造成損壞達不到希望的試驗效果。下面分別加以闡述?？焖贉囟茸兓涞男阅苤笜艘笾评湎到y(tǒng)的能可以靈活調(diào)節(jié)。在實際運行過程中，制冷裝置的負荷總要發(fā)生變化，即使負荷一定，制冷機產(chǎn)冷量受外界條件影響也會改變。冷量與負荷之間的不平衡是客觀存在的。以改變制冷劑循量與負荷相適應為目的的調(diào)節(jié)方法有許多。

在壓縮機方面，能進行能量調(diào)節(jié)，在蒸發(fā)器方面，可進行蒸發(fā)壓力和供液量調(diào)節(jié)。從制冷系統(tǒng)的性能方面看，調(diào)節(jié)向蒸發(fā)器的供液量，保證單位時間送入蒸發(fā)器的液量等于能夠蒸發(fā)掉的液量，是使機器正常無故障運行所必須的。若蒸發(fā)器過量供液，造成吸氣帶液，會損壞壓縮機；若供液不足，造成蒸發(fā)器缺液，又會使設(shè)備無法達到指定的工藝要求，甚至發(fā)生故障。但單有供液量調(diào)節(jié)，吸氣壓力隨流量的變化而改變負荷過低時，不僅運行經(jīng)濟性差，甚至導致頻繁停車，使設(shè)備發(fā)生故障。因此，負荷變化大的設(shè)備有必要從壓縮機產(chǎn)冷能力入手加以調(diào)節(jié)，使既降低制冷量，又保證吸氣壓力在正常范圍。這就使得進行壓縮機能量調(diào)節(jié)很有必要了。根據(jù)蒸發(fā)器形式和設(shè)備特點不同，采用的制冷劑流量調(diào)節(jié)元件不同。常見的種類有：毛細管、各種型式的自動膨脹閥(如定壓膨脹閥、熱力膨脹閥、熱電膨脹閥、電子膨脹閥)；壓縮機能量調(diào)節(jié)通常有壓縮機啟停控制、氣缸卸載、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、熱氣旁通等方式。與制冷系統(tǒng)對應的是加熱器的配置。比較先進的加熱控制算法就是用P ID(比例積分微分調(diào)節(jié))控制算法來調(diào)節(jié)加熱器的加熱輸出百分比。適當?shù)募訜峁β逝渲?，通過PID調(diào)節(jié)加熱輸出，可以在設(shè)備降溫過程中，起到調(diào)節(jié)制冷量的作用。實踐中，我們發(fā)現(xiàn)，降溫過程中，在高溫段，蒸發(fā)器的換熱溫差大，降溫速度快；降至低溫段時，換熱溫差逐漸減小，降溫速度也相應減小。

因此，降溫能力溫度一時間曲線(曲線每一點的斜率為該點的最大降溫速率)示意圖應如圖(4)所示。從圖(4)中可看出，該曲線不是一條線性直線，其函數(shù)表達式為：T=f(t)，T為溫度(單位：℃)，t為時間(單位m in)，該曲線的斜率即為溫度變化的速率，由圖中可以看出，曲線的斜率值是逐漸減小的。因此，在降溫時控制器如果把設(shè)定溫度簡單地按線性變化下降，這與實際情況有出入。如圖(4)，若設(shè)定時間(t設(shè)-t 1)小于最快降溫時間(t 2一t 1)，則設(shè)定時間到，實際溫度肯定降不到設(shè)定終溫。此種情形客觀存在，且無法通過控制進行改善；如圖(5)，(6)，若設(shè)定時間(t設(shè)一常會有規(guī)定時間到了，但溫度卻未降到的現(xiàn)象。即降溫前期，降溫能力被抑制過大；降溫后期，即使制冷系統(tǒng)全功率開啟降溫，實測溫度也降不到設(shè)定終溫。因此，從控制角度來看，改變降溫過程中的設(shè)定溫度，讓它不一定都按線性來變化。這分兩種情況來判定。

1．在按線性降溫所需時間>剩余設(shè)定降溫時間時，設(shè)備應快速降溫，此時讓T設(shè)定溫度=T設(shè)定終溫；讓設(shè)備以最大的降溫速率降溫。

2．在按線性降溫所需時間<剩余設(shè)定降溫時間時，T設(shè)定溫度才是按線性變化減少的。此時開始線性變化的T設(shè)定溫度=T實測溫度，然后設(shè)定溫度按線性變化減小到與設(shè)定終溫相等。如果在開始降溫時，按線性降溫所需時間<設(shè)定降溫時間，則降溫全程設(shè)定溫度均是線性變化減小的，直到減小到與設(shè)定終溫相等。此種情形即是圖(6)所示的情形。其中，按線性降溫所需時間=(實際溫度一設(shè)定終溫)／終溫點實際速率：剩余設(shè)定降溫時間=設(shè)定總時間一實際運行時間；如果實現(xiàn)上述控制過程，就可以從理論上保證：在設(shè)定時間內(nèi)，實際溫度一定會降到設(shè)定終溫。如圖(6)，若該設(shè)定線性速率<降溫后期末段的降溫能力速率(最大降溫速率)，則只要調(diào)節(jié)好制冷輸出量和加熱輸出量，讓實測溫度與與設(shè)定溫度相附，最終，在設(shè)定時間內(nèi)，實際溫度一定會降到設(shè)定終溫?？焖贉刈冊O(shè)備在升到或降到設(shè)定終溫時，加熱量和制冷量都有一個由大逐漸減小的過程。若處理不好，勢必會因為升降溫速率大而容易造成溫度波動幅度大。因此，在實際溫度接近設(shè)定終溫時，其加熱量或制冷量一定要進行特別的控制。其實，此時溫度是一個衰減振蕩過程?？傮w原則是讓被調(diào)溫度偏離給定值后，經(jīng)過兩、三個周期的振蕩能夠很快趨于平衡溫度值。其中，相鄰兩個波峰所經(jīng)歷的時間為振蕩周期。其它諸如設(shè)備加濕、溫濕度均勻性、波動度等與一般的溫濕度設(shè)備類似，在此就不多敘述了。

二、總結(jié)

目前，已經(jīng)成功研制并出廠了多臺步入式快速溫度變化試驗室，經(jīng)測試檢驗結(jié)果符合各項技術(shù)指標要求，客戶反應良好，其中線性升降溫、溫濕度過沖回升等指標已達到國內(nèi)先進水平。http://www.9919977.com