一種非變頻壓縮機(jī)亞低溫治療儀的溫度精準(zhǔn)控制方法

韓日華

摘要：本文通過分析非變頻壓縮機(jī)在不同工況下的制冷功率，采用高精度測(cè)溫電路設(shè)計(jì)，通過進(jìn)行冷熱對(duì)抗方式進(jìn)行水溫控制，避免了非變頻壓縮機(jī)頻繁啟停導(dǎo)致壓縮機(jī)壽命縮減，同時(shí)提高了水溫控制精度。實(shí)驗(yàn)表明，采用冷熱對(duì)抗方式可將水溫控制由原來的單非變頻壓縮機(jī)控制方式只能達(dá)到控溫精度±1.5℃提升至0.3℃，在水溫控制系統(tǒng)中具有較好的應(yīng)用前景和價(jià)值。

關(guān)鍵詞：非變頻壓縮機(jī);亞低溫;精準(zhǔn)溫度控制

一、引言

在亞低溫技術(shù)中，亞低溫制冷主要采用兩種方法：其一、半導(dǎo)體制冷;其二、壓縮機(jī)制冷。但因半導(dǎo)體制冷存在制冷效率低，最高可以到0.6。制冷性能隨環(huán)境溫度、電壓、導(dǎo)冷塊厚度、冷端散熱模式，機(jī)械壓力、導(dǎo)熱相變材料材質(zhì)影響而呈非線性變化等缺點(diǎn)使用不是很廣泛;而壓縮機(jī)制冷方式因效率高，節(jié)能環(huán)保，應(yīng)用廣泛。亞低溫治療儀常用的為容積式壓縮機(jī)，但容積式壓縮機(jī)不能夠頻繁啟停，很難做到精準(zhǔn)控溫。本文介紹了一種用于對(duì)亞低溫治療儀進(jìn)行高精度溫度控制的方法，可使得水溫控制精度達(dá)到±0.3℃。

二、溫敏二極管測(cè)溫修正方法

通過設(shè)置不同的水溫，控制模塊獲得被測(cè)溫敏二極管在不同水溫的導(dǎo)通電壓，通過與控制模塊中預(yù)設(shè)的靈敏度及導(dǎo)通電壓參考值比較，計(jì)算出該溫敏二極管應(yīng)搭配的補(bǔ)償電阻的阻值），并顯示在所述交互模塊上，所述交互模塊上還顯示基準(zhǔn)測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)溫度值、溫敏二極管測(cè)量溫度、補(bǔ)充電阻值。操作人員根據(jù)校準(zhǔn)裝置計(jì)算得出的補(bǔ)償電阻的阻值，選擇合適的補(bǔ)償電阻，按校準(zhǔn)裝置所示的連接方式連接到檢測(cè)座上，再一次對(duì)該溫敏二極管進(jìn)行測(cè)試，如測(cè)試合格，則該溫敏二極管校準(zhǔn)完成，可將補(bǔ)償電阻直接焊接到溫敏二極管上。通過補(bǔ)償電阻修正后的測(cè)溫傳感器測(cè)溫精度可達(dá)到±0.05℃。

三、新型溫度控制裝置系統(tǒng)及控制方法

1.新型溫度控制裝置系統(tǒng)框圖

新型溫度控制裝置系統(tǒng)包括水箱、制冷模塊、制熱模塊、內(nèi)循環(huán)模塊、測(cè)控溫系統(tǒng)、顯示模塊、按鍵輸入模塊;水箱，用于存儲(chǔ)循環(huán)液體;制冷模塊通過導(dǎo)管與水箱連接，用于給水箱內(nèi)液體降溫;制熱模塊置于水箱內(nèi)部，用于給水箱內(nèi)液體升溫;內(nèi)循環(huán)模塊，用于循環(huán)水箱內(nèi)液體，使水箱內(nèi)溫度保持一致;測(cè)控溫系統(tǒng)連接水箱、制冷模塊、制熱模塊、內(nèi)循環(huán)模塊、顯示模塊，用于測(cè)量水溫、控制水箱內(nèi)溫度傳輸數(shù)據(jù)到顯示模塊;顯示模塊連接測(cè)控溫系統(tǒng)和按鍵輸入模塊，用于顯示水溫及系統(tǒng)狀態(tài)。

2.水溫精準(zhǔn)控制修正方法

（1）壓縮機(jī)制冷功率測(cè)定

安裝完成的亞低溫制冷系統(tǒng)，通過標(biāo)準(zhǔn)加熱源進(jìn)行測(cè)定。先在亞低溫制冷水箱中加入5000mL純凈水，使用連續(xù)可調(diào)0-1000W的標(biāo)準(zhǔn)加熱源對(duì)亞低溫制冷系統(tǒng)水溫在5℃、15℃、30℃進(jìn)行對(duì)抗測(cè)定亞低溫在上述三個(gè)溫度點(diǎn)的制冷功率，測(cè)定的制冷功率記錄在表格中，用于進(jìn)行軟件算法控制參數(shù)設(shè)定。

（2）加熱模塊功率測(cè)定

加熱模塊在標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試工裝上進(jìn)行0-1000W功率測(cè)定，功率測(cè)試點(diǎn)為100W間隔0至1000W進(jìn)行實(shí)際功率標(biāo)定，改實(shí)際功率標(biāo)定數(shù)據(jù)用于軟件算法中控制輸出加熱功率。

（3）水溫精準(zhǔn)控制方法

將標(biāo)定完成的制冷功率參數(shù)和加熱模塊功率參數(shù)導(dǎo)入至亞低溫治療儀軟件中，通過實(shí)時(shí)測(cè)溫系統(tǒng)精準(zhǔn)測(cè)得實(shí)時(shí)水箱溫度，根據(jù)亞低溫設(shè)定目標(biāo)溫度進(jìn)行軟件控制，當(dāng)實(shí)際水箱溫度比設(shè)定溫度高2℃以上時(shí)全功率開啟制冷系統(tǒng)，當(dāng)實(shí)際水箱溫度比設(shè)定溫度在2℃以內(nèi)時(shí)啟動(dòng)加熱模塊并運(yùn)用PID算法進(jìn)行加熱功率PWM輸出，輸出加熱功率根據(jù)PID算法計(jì)算功率值進(jìn)行計(jì)算輸出，使水箱溫度控制精度保持在±0.3℃的要求范圍內(nèi)。

四、實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

通過設(shè)定新型水箱溫度控方法的設(shè)備目標(biāo)溫度5℃、15℃、25℃，設(shè)定目標(biāo)溫度完成之后啟動(dòng)亞低溫治療儀進(jìn)行工作，使用測(cè)溫精度為0.01℃的高精度測(cè)溫儀表進(jìn)行測(cè)定水箱中的實(shí)際溫度，每組溫度測(cè)試進(jìn)行三次記錄數(shù)據(jù)，實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)如表1：

五、結(jié)論

新型亞低溫治療儀控制系統(tǒng)通過采用冷熱對(duì)抗水溫控制方式，避免了壓縮機(jī)的頻繁啟停導(dǎo)致縮短壓縮機(jī)壽命，造成設(shè)備故障。制冷模塊在控溫過程中持續(xù)全功率運(yùn)行，所述測(cè)控溫系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)制熱模塊功率，使制冷與制熱形成對(duì)抗，達(dá)到維持水溫在目標(biāo)溫度±0.3℃的目的，提高亞低溫設(shè)備的控溫精度，本冷熱對(duì)抗水溫控制方式穩(wěn)定可靠，可在亞低溫治療儀設(shè)備中進(jìn)行量產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張維新等編. 半導(dǎo)體傳感器 . 天津： 天津大學(xué)出版社 ， 1990.

[2]張聲豪 溫敏二極管的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算 廈門大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版 ） ， 2000，39（1）36-39.

[3]曲偉峰 《半導(dǎo)體敏感器件》 1986年 ， 第一期.

[4]馬英仁等編著.溫度敏感器件及應(yīng)用.北京：科學(xué)出版社，1988：94～152.

[5]程道喜編著.傳感器的信號(hào)處理及接口 [M ].北京： 科學(xué)出版社 ， 1989.