專(zhuān)利名稱(chēng)：高精度智能恒溫水浴裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高精度智能恒溫水浴裝置，本實(shí)用新型涉及利用壓縮機(jī)制冷和電熱加熱元件、潛水泵攪 拌、微控制器、溫度采集與控制部分、人機(jī)接口 (包括顯示器顯示和鍵盤(pán))等部分構(gòu)成的高 精度智能恒溫水浴裝置。
背景技術(shù)：
目前市場(chǎng)上供應(yīng)的恒溫水浴主要有三類(lèi)。第一類(lèi)是普通的恒溫水浴，這種恒溫水浴是在 水浴槽內(nèi)配置一套恒溫加熱系統(tǒng)，并外帶一機(jī)械攪拌裝置，但由于沒(méi)有制冷源，所以只能將 溫度控制在室溫以上，從而使得這類(lèi)恒溫水浴的使用范圍在一定程度上受到限制。第二類(lèi)是 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的所謂超級(jí)恒溫水浴，它帶內(nèi)置機(jī)械攪拌器和供外接循環(huán)水用的水泵，這種水浴 雖然可以較精確恒溫，但由于裝水量大，因此大范圍升降溫時(shí)間長(zhǎng)，并且由于被恒溫的容器 內(nèi)沒(méi)有攪拌裝置，單獨(dú)使用也難以獲得真正意義上的恒溫。第三類(lèi)是利用半導(dǎo)體元件實(shí)現(xiàn)制 冷和制熱的恒溫水浴，這種恒溫水浴根據(jù)用戶(hù)要求，通過(guò)改變流過(guò)半導(dǎo)體元件的電流方向， 實(shí)現(xiàn)水浴的制冷或加熱，但是目前由于半導(dǎo)體元件工作效率低，制冷或制熱速度慢，從而影 響其應(yīng)用。另外，這三類(lèi)恒溫水浴一個(gè)明顯的不足之處是溫度穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，這是因?yàn)楹銣厮?浴一旦出現(xiàn)溫度超調(diào)，要穩(wěn)定到目標(biāo)溫度，需要通過(guò)自然冷卻(第一類(lèi)恒溫水浴)，或更換大 量的水并重新加熱(第二類(lèi)恒溫水浴)，或改變流經(jīng)半導(dǎo)體元件的電流(第三類(lèi)恒溫水浴，但 半導(dǎo)體元件制冷速度慢)。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服目前市場(chǎng)上恒溫水浴升降溫速度慢、溫度穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)， 提供能在溫度低于或高于水浴外部環(huán)境溫度兩者情況下，實(shí)現(xiàn)控制溫度分布均勻、恒溫水浴 升降溫速度快、溫度穩(wěn)定時(shí)間短、溫度控制精度高的技術(shù)方案。
技術(shù)方案
1系統(tǒng)構(gòu)成
本實(shí)用新型如附圖l、 2、 3所示，是一種恒溫水浴裝置，它采用傳統(tǒng)的電加熱元件加熱， 利用壓縮機(jī)完成制冷。這種恒溫水浴裝置由制冷部分(包括壓縮機(jī)l、冷凝器4、蒸發(fā)器6、、 毛細(xì)管5、風(fēng)扇2和銅管3等組成)、電加熱器ll、溫度傳感器9、潛水泵8、數(shù)字溫度傳感 器7、水浴IO、微控制器12、顯示器13、鍵盤(pán)14、電源15、溫度采集電路16、控制壓縮機(jī) 工作的繼電器17和控制電加熱器工作的固態(tài)繼電器(SSR) 18等組成。
電加熱器11和溫度傳感器9安裝在水浴10內(nèi)的左側(cè)或右側(cè)；制冷部分的壓縮機(jī)1、冷凝器4、毛細(xì)管5、風(fēng)扇2和銅管3安裝在水浴外部的后方；蒸發(fā)器6安裝在水浴10內(nèi)部并 掛靠水浴的后內(nèi)壁；潛水泵8裝在水浴的右下角或左下角；數(shù)字溫度傳感器7安裝在水浴10 的外部，用于感知外部環(huán)境溫度，它通過(guò)信號(hào)傳送線(xiàn)與微控制器12連接；溫度采集電路16 通過(guò)溫度傳感器9完成水浴5溫度采集，并將數(shù)據(jù)通過(guò)相應(yīng)的接口電路傳送至微控制器12; 繼電器17和固態(tài)繼電器18的信號(hào)傳送線(xiàn)分別與微控制器12相應(yīng)接口連接，同時(shí)分別與壓縮 機(jī)1和電加熱器11連接，控制壓縮機(jī)1和電加熱器1工作。 2工作原理
如附圖l、 2、 3所示，將水浴10內(nèi)裝好水或其它傳熱用液體介質(zhì)，通過(guò)鍵盤(pán)14設(shè)定目 標(biāo)溫度，同時(shí)微控制器12分別通過(guò)數(shù)字溫度傳感器7采集水浴外部環(huán)境溫度和通過(guò)溫度采集 電路16和溫度傳感器9實(shí)時(shí)采集水浴10溫度。當(dāng)目標(biāo)溫度高于環(huán)境溫度某一閾值時(shí)(如2'C ), 微控制器12通過(guò)固態(tài)繼電器18控制電加熱器工作，保證水浴10的溫度快速上升；當(dāng)目標(biāo)溫 度低于環(huán)境溫度某一閾值時(shí)(如2t:)，微控制器12通過(guò)繼電器17控制壓縮機(jī)1工作，保證
水浴io的溫度快速下降，當(dāng)水浴溫度下降到大于目標(biāo)溫度時(shí)某一阇值時(shí)(如o.rc)，微控制
器12通過(guò)固態(tài)繼電器控制電加熱器以適當(dāng)功率工作，同時(shí)壓縮機(jī)不停止工作，保證水浴溫度 很快穩(wěn)定，并長(zhǎng)時(shí)間保持溫度恒定，達(dá)到控制要求。不管目標(biāo)溫度是高是低，微控制器12采 用智能溫度控制，以達(dá)到水浴10溫度控制要求。潛水泵8攪動(dòng)水浴10中的液體介質(zhì)，以保 證水浴10各處的溫度一致。顯示器LCD 13用于實(shí)時(shí)顯示水浴10內(nèi)部溫度、目標(biāo)溫度和水 浴外部環(huán)境溫度，并可實(shí)時(shí)顯示水浴10的升溫或降溫曲線(xiàn)。 有益效果
與傳統(tǒng)的恒溫水浴相比有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 由于將傳統(tǒng)的電加熱器加熱與壓縮機(jī)制冷相結(jié)合，可以很方便地實(shí)現(xiàn)水浴不同目標(biāo)溫 度的恒溫控制，不管目標(biāo)溫度高于或低于水浴外部環(huán)境溫度，這是傳統(tǒng)的水浴(如第一類(lèi)產(chǎn) 品)所不具備的。
2. 由于壓縮機(jī)制冷效率高，制冷速度快，因此可以實(shí)現(xiàn)水浴溫度快速降溫和快速穩(wěn)定， 提高工作效率，這是采用半導(dǎo)體元件制冷的恒溫水浴所不具備的。
3. 由于采用溫度智能控制方法，可以實(shí)現(xiàn)恒溫水浴溫度的快速、穩(wěn)定控制，溫度控制精 度高(S0.05r)，溫度調(diào)節(jié)范圍寬，這是一般的恒溫水浴所不具備的。
4. 由于采用溫度智能控制方法和具有水浴內(nèi)部溫度采集和水浴外部環(huán)境溫度釆集兩路 溫度采集電路，高精度智能恒溫水浴可以根據(jù)目標(biāo)溫度和水浴外部環(huán)境溫度等，自動(dòng)判決是 否加熱或制冷，這是一般的恒溫水浴所不具備的。
5. 高精度智能恒溫水浴具有良好的人機(jī)接口，能夠通過(guò)鍵盤(pán)直接輸入目標(biāo)溫度，能夠通過(guò)顯示器顯示恒溫水浴的升溫或降溫曲線(xiàn)，能實(shí)時(shí)顯示水浴內(nèi)部溫度、水浴外部環(huán)境溫度和 目標(biāo)溫度，這是一般的恒溫水浴所不具備的。

附圖1為高精度智能恒溫水浴裝置示意圖(俯視圖)。 附圖2為高精度智能恒溫水浴裝置示意圖(正視圖)。 附圖3為高精度智能恒溫水浴裝置電路原理框圖。
其中，1.壓縮機(jī)、2.風(fēng)扇、3.銅管、4.冷凝器、5.毛細(xì)管、6.蒸發(fā)器、7.數(shù)字溫 度傳感器、8.潛水泵、9.溫度傳感器、10.水浴、11.電加熱器、12.微控制器(MPU)、 13.顯示器、14.鍵盤(pán)、15.電源、16.溫度采集電路、17.繼電器、18.固態(tài)繼電器(SSR)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l:在冬季，將水浴10內(nèi)裝適量的水，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，潛水泵8工作，高精度智 能恒溫水浴的電路部分得電，通過(guò)鍵盤(pán)14輸入目標(biāo)溫度為數(shù)字溫度傳感器7采集水 浴IO外部環(huán)境溫度為12'C (水浴10的初始溫度也為12'C)，微控制器12利用固化在其內(nèi)部 的溫度智能控制算法，通過(guò)固態(tài)繼電器18，控制電加熱器11工作，溫度傳感器9和溫度采 集電路16工作，實(shí)時(shí)采集水浴10內(nèi)部溫度，為微控制器12提供控制與決策數(shù)據(jù)。同時(shí)顯示 器13實(shí)時(shí)顯示水浴10的升溫曲線(xiàn)和水浴內(nèi)部溫度，當(dāng)水浴10溫度穩(wěn)定后，顯示器13實(shí)時(shí) 顯示水浴10內(nèi)部溫度、水浴10外部環(huán)境溫度和目標(biāo)溫度。
實(shí)施例2:在夏季，將水浴10內(nèi)裝適量的水，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，潛水泵8工作，高精度智 能恒溫水浴的電路部分得電，通過(guò)鍵盤(pán)14輸入目標(biāo)溫度為25"C，數(shù)字溫度傳感器7采集水 浴10外部環(huán)境溫度為30'C (水浴10的初始溫度也為30°C)，微控制器12通過(guò)繼電器17， 控制壓縮機(jī)1工作，同時(shí)風(fēng)扇2工作，為壓縮機(jī)1和冷凝器4進(jìn)行風(fēng)冷散熱。溫度傳感器9 和溫度采集電路16工作，實(shí)時(shí)采集水浴10內(nèi)部溫度，為微控制器12提供控制與決策數(shù)據(jù)， 當(dāng)水浴10內(nèi)部溫度下降到25.rC時(shí)，微控制器12利用固化在其內(nèi)部的溫度智能控制算法， 通過(guò)固態(tài)繼電器18控制電加熱器11以適當(dāng)功率工作，保證水浴IO溫度快速達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 同時(shí)顯示器13實(shí)時(shí)顯示水浴10的升溫曲線(xiàn)和水浴內(nèi)部溫度，當(dāng)水浴10溫度穩(wěn)定后，顯示 器13實(shí)時(shí)顯示水浴10內(nèi)部溫度、水浴IO外部環(huán)境溫度和目標(biāo)溫度。
實(shí)施例3:在春、秋季，將水浴10內(nèi)裝適量的水，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，潛水泵8工作，高精 度智能恒溫水浴的電路部分得電，通過(guò)鍵盤(pán)14輸入目標(biāo)溫度為25'C，數(shù)字溫度傳感器7釆 集水浴10外部環(huán)境溫度為24t:(水浴10的初始溫度也為24'C)，微控制器12通過(guò)繼電器 17,控制壓縮機(jī)l工作，風(fēng)扇2工作，為壓縮機(jī)1和冷凝器4進(jìn)行風(fēng)冷散熱。溫度傳感器9 和溫度采集電路16工作，實(shí)時(shí)采集水浴10內(nèi)部溫度，為微控制器12提供控制與決策數(shù)據(jù)，同時(shí)微控制器12利用固化在其內(nèi)部的溫度智能控制算法，通過(guò)固態(tài)繼電器18控制電加熱器 11以適當(dāng)功率工作，保證水浴IO溫度快速達(dá)到設(shè)計(jì)要求。同時(shí)顯示器13實(shí)時(shí)顯示水浴10 的升溫曲線(xiàn)和水浴內(nèi)部溫度，當(dāng)水浴IO溫度穩(wěn)定后，顯示器13實(shí)時(shí)顯示水浴10內(nèi)部溫度、 水浴10外部環(huán)境溫度和目標(biāo)溫度。
權(quán)利要求1. 一種高精度智能恒溫水浴裝置，其特征在于，將傳統(tǒng)的電加熱器和壓縮機(jī)相結(jié)合，通過(guò)微控制器，利用電加熱器快速加熱和壓縮機(jī)快速制冷，采用潛水泵攪拌，使水浴內(nèi)部溫度分布均勻；其構(gòu)成為水浴(10)內(nèi)的右側(cè)或左側(cè)安裝電加熱器(11)，水浴(10)內(nèi)的中部安裝溫度傳感器(9)，水浴(10)外部的后方安裝壓縮機(jī)(1)、冷凝器(4)、毛細(xì)管(5)、風(fēng)扇(2)和銅管(3)，蒸發(fā)器(6)安裝在水浴(10)內(nèi)部并掛靠水浴的后內(nèi)壁，潛水泵(8)安裝在水浴的右下角或左下角，溫度傳感器(9)、溫度采集電路(16)、數(shù)字溫度傳感器(7)分別通過(guò)相應(yīng)的信號(hào)傳送線(xiàn)與微控制器(12)連接，繼電器(17)和固態(tài)繼電器(18)的信號(hào)傳送線(xiàn)分別與微控制器(12)相應(yīng)接口連接，同時(shí)分別與壓縮機(jī)(1)和電加熱器(11)連接，控制壓縮機(jī)(1)和電加熱器(11)工作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度智能恒溫水浴裝置，其特征在于，恒溫水浴(10)具有 兩路溫度采集， 一路是數(shù)字溫度傳感器(7)，安裝在水浴(10)的外部，采集水浴(10)外 部環(huán)境溫度，用于加熱與制冷的判決；另一路是溫度傳感器(9)和溫度采集電路(16)，溫 度傳感器(9)安裝在水浴(10)內(nèi)部，實(shí)時(shí)采集水浴(10)內(nèi)部溫度，用于加熱控制；當(dāng)要 求控制的溫度高于水浴(10)外部環(huán)境溫度的設(shè)定閾值時(shí)，微控制器(12)配以合適的溫度 智能控制算法，啟動(dòng)電加熱器(11)工作，快速完成水浴(10)恒溫控制；當(dāng)要求控制的溫 度低于水浴(10)外部環(huán)境溫度的設(shè)定閾值時(shí)，微控制器(12)配以合適的溫度智能控制算 法，控制壓縮機(jī)(1)和電加熱器(11)同時(shí)工作，快速完成水浴(10)恒溫控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度智能恒溫水浴裝置，其特征在于，鍵盤(pán)(14)與顯示器 (13)安裝在水浴(10)外部的前方，通過(guò)信號(hào)線(xiàn)與微控制器(12)連接；鍵盤(pán)(14)用于輸入目標(biāo)溫度，顯示器(13)用于實(shí)時(shí)顯示水浴(10)內(nèi)部溫度、目標(biāo)溫度、水浴外部環(huán)境 溫度、水浴的升溫或降溫曲線(xiàn)。
專(zhuān)利摘要高精度智能恒溫水浴，涉及一種恒溫水浴裝置。本實(shí)用新型將傳統(tǒng)的電加熱器和壓縮機(jī)相結(jié)合，根據(jù)從兩路溫度傳感器采樣的水浴內(nèi)部溫度和外部環(huán)境溫度以及從鍵盤(pán)輸入的目標(biāo)溫度，通過(guò)微控制器配以合適的溫度智能控制算法，控制電加熱器或壓縮機(jī)工作，完成恒溫控制。電加熱器安裝在水浴內(nèi)部的右側(cè)或左側(cè)，溫度傳感器安裝在水浴內(nèi)的中部，潛水泵安裝在水浴內(nèi)部的左側(cè)或右側(cè)，壓縮機(jī)、冷凝器、毛細(xì)管、風(fēng)扇和銅管安裝在水浴外部的后方，蒸發(fā)器安裝在水浴內(nèi)部并掛靠水浴的后內(nèi)壁，數(shù)字溫度傳感器安裝在水浴的外部；采用潛水泵攪拌，使水浴內(nèi)部溫度分布均勻。與傳統(tǒng)的恒溫水浴相比，其優(yōu)點(diǎn)是可方便實(shí)現(xiàn)目標(biāo)溫度高于或低于水浴外部環(huán)境溫度的溫度控制，且溫度控制快速穩(wěn)定、控制精度高，并具有良好的人機(jī)接口界面。
文檔編號(hào)F24H1/20GK201295615SQ20082005333
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2008年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月2日
發(fā)明者吳陽(yáng)平, 周文杰, 楊圣潔, 楊平濤, 林海軍, 滕召勝, 謝彩云, 海 遲 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)