步入式快速溫度變化實(shí)驗(yàn)室技術(shù)研討（二）

一、快速溫度變化控制中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

快速溫度變化環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)特別要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：

1．制冷系統(tǒng)配置。對(duì)快速溫變箱而言，升降溫速率快是它的主要技術(shù)指標(biāo)，但能快速變化的設(shè)備應(yīng)該也能小速率變化，這是每個(gè)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(xiàn)性降溫。使用者希望在自己設(shè)定的降溫時(shí)間內(nèi)設(shè)備能降到設(shè)定的終溫，且降溫過(guò)程中的降溫速率是恒定不變的，即線(xiàn)性速率。

3．溫度到達(dá)設(shè)定值時(shí)的過(guò)沖和回升幅度應(yīng)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(shí)應(yīng)該不會(huì)過(guò)沖到一13℃度以下；同樣，升溫時(shí)設(shè)定+70℃，溫度也不能過(guò)沖到+73℃以上。過(guò)沖大，則溫度波動(dòng)大，溫度回升也會(huì)大。溫度變化幅度超出控制范圍，往往會(huì)對(duì)試驗(yàn)樣品造成損壞達(dá)不到希望的試驗(yàn)效果。下面分別加以闡述?？焖贉囟茸兓涞男阅苤笜?biāo)要求制冷系統(tǒng)的能可以靈活調(diào)節(jié)。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，制冷裝置的負(fù)荷總要發(fā)生變化，即使負(fù)荷一定，制冷機(jī)產(chǎn)冷量受外界條件影響也會(huì)改變。冷量與負(fù)荷之間的不平衡是客觀存在的。以改變制冷劑循量與負(fù)荷相適應(yīng)為目的的調(diào)節(jié)方法有許多。

在壓縮機(jī)方面，能進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，在蒸發(fā)器方面，可進(jìn)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(shí)間送入蒸發(fā)器的液量等于能夠蒸發(fā)掉的液量，是使機(jī)器正常無(wú)故障運(yùn)行所必須的。若蒸發(fā)器過(guò)量供液，造成吸氣帶液，會(huì)損壞壓縮機(jī)；若供液不足，造成蒸發(fā)器缺液，又會(huì)使設(shè)備無(wú)法達(dá)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(fù)荷過(guò)低時(shí)，不僅運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差，甚至導(dǎo)致頻繁停車(chē)，使設(shè)備發(fā)生故障。因此，負(fù)荷變化大的設(shè)備有必要從壓縮機(jī)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(jìn)行壓縮機(jī)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(diǎn)不同，采用的制冷劑流量調(diào)節(jié)元件不同。常見(jiàn)的種類(lèi)有：毛細(xì)管、各種型式的自動(dòng)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(jī)能量調(diào)節(jié)通常有壓縮機(jī)啟?？刂?、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(duì)應(yīng)的是加熱器的配置。比較先進(jìn)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(lái)調(diào)節(jié)加熱器的加熱輸出百分比。適當(dāng)?shù)募訜峁β逝渲茫ㄟ^(guò)PID調(diào)節(jié)加熱輸出，可以在設(shè)備降溫過(guò)程中，起到調(diào)節(jié)制冷量的作用。實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)，降溫過(guò)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(shí)，換熱溫差逐漸減小，降溫速度也相應(yīng)減小。

因此，降溫能力溫度一時(shí)間曲線(xiàn)(曲線(xiàn)每一點(diǎn)的斜率為該點(diǎn)的最大降溫速率)示意圖應(yīng)如圖(4)所示。從圖(4)中可看出，該曲線(xiàn)不是一條線(xiàn)性直線(xiàn)，其函數(shù)表達(dá)式為：T=f(t)，T為溫度(單位：℃)，t為時(shí)間(單位m in)，該曲線(xiàn)的斜率即為溫度變化的速率，由圖中可以看出，曲線(xiàn)的斜率值是逐漸減小的。因此，在降溫時(shí)控制器如果把設(shè)定溫度簡(jiǎn)單地按線(xiàn)性變化下降，這與實(shí)際情況有出入。如圖(4)，若設(shè)定時(shí)間(t設(shè)-t 1)小于最快降溫時(shí)間(t 2一t 1)，則設(shè)定時(shí)間到，實(shí)際溫度肯定降不到設(shè)定終溫。此種情形客觀存在，且無(wú)法通過(guò)控制進(jìn)行改善；如圖(5)，(6)，若設(shè)定時(shí)間(t設(shè)一常會(huì)有規(guī)定時(shí)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(guò)大；降溫后期，即使制冷系統(tǒng)全功率開(kāi)啟降溫，實(shí)測(cè)溫度也降不到設(shè)定終溫。因此，從控制角度來(lái)看，改變降溫過(guò)程中的設(shè)定溫度，讓它不一定都按線(xiàn)性來(lái)變化。這分兩種情況來(lái)判定。

1．在按線(xiàn)性降溫所需時(shí)間>剩余設(shè)定降溫時(shí)間時(shí)，設(shè)備應(yīng)快速降溫，此時(shí)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(xiàn)性降溫所需時(shí)間<剩余設(shè)定降溫時(shí)間時(shí)，T設(shè)定溫度才是按線(xiàn)性變化減少的。此時(shí)開(kāi)始線(xiàn)性變化的T設(shè)定溫度=T實(shí)測(cè)溫度，然后設(shè)定溫度按線(xiàn)性變化減小到與設(shè)定終溫相等。如果在開(kāi)始降溫時(shí)，按線(xiàn)性降溫所需時(shí)間<設(shè)定降溫時(shí)間，則降溫全程設(shè)定溫度均是線(xiàn)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(xiàn)性降溫所需時(shí)間=(實(shí)際溫度一設(shè)定終溫)／終溫點(diǎn)實(shí)際速率：剩余設(shè)定降溫時(shí)間=設(shè)定總時(shí)間一實(shí)際運(yùn)行時(shí)間；如果實(shí)現(xiàn)上述控制過(guò)程，就可以從理論上保證：在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，實(shí)際溫度一定會(huì)降到設(shè)定終溫。如圖(6)，若該設(shè)定線(xiàn)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(shí)測(cè)溫度與與設(shè)定溫度相附，最終，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，實(shí)際溫度一定會(huì)降到設(shè)定終溫?？焖贉刈?cè)O(shè)備在升到或降到設(shè)定終溫時(shí)，加熱量和制冷量都有一個(gè)由大逐漸減小的過(guò)程。若處理不好，勢(shì)必會(huì)因?yàn)樯禍厮俾蚀蠖菀自斐蓽囟炔▌?dòng)幅度大。因此，在實(shí)際溫度接近設(shè)定終溫時(shí)，其加熱量或制冷量一定要進(jìn)行特別的控制。其實(shí)，此時(shí)溫度是一個(gè)衰減振蕩過(guò)程?？傮w原則是讓被調(diào)溫度偏離給定值后，經(jīng)過(guò)兩、三個(gè)周期的振蕩能夠很快趨于平衡溫度值。其中，相鄰兩個(gè)波峰所經(jīng)歷的時(shí)間為振蕩周期。其它諸如設(shè)備加濕、溫濕度均勻性、波動(dòng)度等與一般的溫濕度設(shè)備類(lèi)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(tái)步入式快速溫度變化試驗(yàn)室，經(jīng)測(cè)試檢驗(yàn)結(jié)果符合各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，客戶(hù)反應(yīng)良好，其中線(xiàn)性升降溫、溫濕度過(guò)沖回升等指標(biāo)已達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。http://www.frameer.com