專利名稱：一種高溫變率溫濕度環(huán)境試驗(yàn)控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人工環(huán)境控制技術(shù)，具體涉及一種溫濕度控制的方法及裝置，尤其是 能夠?qū)崿F(xiàn)高溫變率的條件下溫濕度的精確控制方法及裝置。
背景技術(shù)：
目前，公知的人工環(huán)境溫濕度控制方法是由控制器、測量電路以及干燥器、風(fēng)機(jī)等 執(zhí)行部件組成，多應(yīng)用于人工氣候箱、烤房等溫濕度環(huán)境變化緩慢的情況。但是溫度和濕度 的關(guān)系非常緊密。在一個(gè)指定的環(huán)境中，溫度的變化會影響濕度；同樣的，濕度的波動也會 對環(huán)境中的溫度產(chǎn)生影響。因此，在大溫變率的條件下實(shí)現(xiàn)溫濕度的控制問題，常規(guī)的溫濕 度控制方法存在著很大的困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決在大溫變率的條件下溫濕度之間的控制問題，本發(fā)明的目的是提出一種 高溫變率溫濕度環(huán)境試驗(yàn)控制方法及裝置，該方法和裝置能夠在大溫變率的條件下很好地 克服溫、濕度環(huán)境之間的相互干擾，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)內(nèi)溫、濕度之間的解耦控制。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是為了實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的大范圍變化， 本發(fā)明方法是在試驗(yàn)箱內(nèi)，用大功率電加熱組加熱實(shí)現(xiàn)升溫過程，用液氮裝置注入液氮實(shí) 現(xiàn)降溫過程；用蒸氣發(fā)生裝置實(shí)現(xiàn)加濕過程，用液氮裝置注入液氮實(shí)現(xiàn)除濕過程。所述除濕過程中，液氮先經(jīng)加熱裝置加熱除濕后再注入試驗(yàn)箱內(nèi)。進(jìn)一步的方法是在試驗(yàn)箱內(nèi)設(shè)置溫度傳感器和濕度傳感器，溫度傳感器和濕度 傳感器檢測到的試驗(yàn)箱內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度、濕度數(shù)據(jù)通過信號轉(zhuǎn)換模塊傳遞給可編程控制器 PLC,可編程控制器PLC將其采樣值與設(shè)定值進(jìn)行比較并執(zhí)行補(bǔ)償解耦與模糊控制程序當(dāng) 采樣溫度低于設(shè)定值時(shí)，可編程控制器PLC通過數(shù)字輸出端口的輸出控制大功率電加熱組 加熱；當(dāng)采樣溫度高于設(shè)定值時(shí)，可編程控制器PLC通過數(shù)字輸出端口的輸出控制液氮裝 置上的制冷電磁閥開合，以控制液氮向試驗(yàn)箱內(nèi)注入量；當(dāng)采樣濕度低于設(shè)定值時(shí)，可編程 控制器PLC通過數(shù)字輸出端口的輸出控制水蒸氣發(fā)生裝置上的加濕電磁閥開合，以控制水 蒸氣向試驗(yàn)箱內(nèi)的注入量；當(dāng)采樣濕度高于設(shè)定值時(shí)，可編程控制器PLC通過數(shù)字輸出端 口的輸出控制除濕電磁閥的開合，以控制液氮向試驗(yàn)箱內(nèi)注入量使試驗(yàn)箱內(nèi)濕度降低，直 到試驗(yàn)箱內(nèi)的溫濕度值滿足要求。根據(jù)上述方法采用的本發(fā)明裝置，包括試驗(yàn)箱、溫度和濕度控制系統(tǒng)；所述溫度和 濕度控制系統(tǒng)由可編程控制器PLC、溫度傳感器、濕度傳感器、大功率電加熱組、液氮裝置、 水蒸氣發(fā)生裝置、風(fēng)扇組成；所述液氮裝置通過制冷管和除濕管與試驗(yàn)箱內(nèi)腔連通，蒸氣發(fā) 生裝置通過加濕管與試驗(yàn)箱內(nèi)腔連通，制冷管、除濕管和加濕管上分別設(shè)有制冷電磁閥、除 濕電磁閥和加濕電磁閥，溫度傳感器和濕度傳感器均設(shè)在試驗(yàn)箱內(nèi)，風(fēng)扇和大功率電加熱 組設(shè)在試驗(yàn)箱內(nèi)的上部，溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)扇、除濕電磁閥、制冷電磁閥、加濕電 磁閥和大功率電加熱組均與可編程控制器PLC連接。
本發(fā)明裝置的試驗(yàn)箱內(nèi)還設(shè)有上下開口的用于氣流循環(huán)的風(fēng)道，所述風(fēng)扇和大功率電加熱組設(shè)在試驗(yàn)箱內(nèi)頂部的風(fēng)道內(nèi)。所述除濕管上設(shè)有加熱裝置。用本發(fā)明方法和裝置，可以在大溫變率的條件下，很好的實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)環(huán)境內(nèi)部的溫、 濕度之間的解耦控制，滿足可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)設(shè)備溫、濕度控制系統(tǒng)的需求。


圖1是本發(fā)明裝置的原理框圖。圖2是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明方法的補(bǔ)償式解耦控制方案圖。
具體實(shí)施例方式高溫變率溫濕度環(huán)境試驗(yàn)控制方法，是在試驗(yàn)箱內(nèi)，用大功率加熱組加熱實(shí)現(xiàn)升 溫過程，用液氮裝置注入液氮實(shí)現(xiàn)降溫過程；用蒸氣發(fā)生裝置實(shí)現(xiàn)加濕過程，用液氮裝置注 入經(jīng)加熱裝置加熱除濕后的液氮實(shí)現(xiàn)除濕過程。所述方法可采用自動控制方式實(shí)現(xiàn)，所采用的本發(fā)明裝置如圖1、圖2所示，包括 試驗(yàn)箱18、設(shè)在試驗(yàn)箱18內(nèi)的溫度和濕度控制系統(tǒng)；所述溫度和濕度控制系統(tǒng)由可編程控 制器PLC、溫度傳感器16、濕度傳感器17、大功率電加熱組15、液氮罐1、蒸氣發(fā)生器8、風(fēng)扇 12組成；液氮罐1由主管2分成制冷管3和除濕管5與試驗(yàn)箱18內(nèi)腔連通，蒸氣發(fā)生器8 通過加濕管22與試驗(yàn)箱18內(nèi)腔連通，除濕管上設(shè)有加熱裝置7，制冷管3、除濕管5上分別 設(shè)有制冷電磁閥4、除濕電磁閥6，加濕管22上設(shè)有加濕電磁閥21、限壓開關(guān)20和限溫開關(guān) 19，溫度傳感器16和濕度傳感器17均設(shè)在試驗(yàn)箱18內(nèi)，試驗(yàn)箱18內(nèi)設(shè)有上下開口 13、23 的用于氣流循環(huán)的風(fēng)道9，兩臺風(fēng)扇12和大功率電加熱組15設(shè)在試驗(yàn)箱1內(nèi)頂部的風(fēng)道9 內(nèi)，溫度傳感器16、濕度傳感器17通過A/D信號轉(zhuǎn)換模塊與可編程控制器PLC連接，風(fēng)扇 12、制冷電磁閥4、除濕電磁閥6和加濕電磁閥21通過數(shù)字模塊與可編程控制器PLC連接， 大功率電加熱組15由5組功率為150kw的電加熱組組成，通過光控晶閘管、數(shù)字模塊與可 編程控制器PLC連接；試驗(yàn)箱18箱壁上設(shè)有觀察窗10，底部設(shè)有排水管11，內(nèi)部設(shè)有試驗(yàn) 臺14。本發(fā)明裝置工作時(shí)，風(fēng)扇12使試驗(yàn)箱18內(nèi)腔的氣流經(jīng)風(fēng)道9形成上下循環(huán)對流， 溫度傳感器16和濕度傳感器17檢測到的試驗(yàn)箱18內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度、濕度數(shù)據(jù)通過A/D信號 轉(zhuǎn)換模塊傳遞給可編程控制器PLC，可編程控制器PLC將其采樣值與設(shè)定值進(jìn)行比較并執(zhí) 行補(bǔ)償解耦與模糊控制程序當(dāng)采樣溫度低于設(shè)定值時(shí)，可編程控制器PLC通過數(shù)字輸出 模塊和控制光控晶閘管的輸出大功率電加熱組15加熱；當(dāng)采樣溫度高于設(shè)定值時(shí)，可編程 控制器PLC通過數(shù)字輸出模塊的輸出控制液氮裝置上的制冷電磁閥4開合，以控制液氮向 試驗(yàn)箱內(nèi)注入量；當(dāng)采樣濕度低于設(shè)定值時(shí)，可編程控制器PLC通過數(shù)字輸出模塊的輸出 控制蒸氣發(fā)生裝置上的加濕電磁閥21開合，以控制水蒸氣向試驗(yàn)箱內(nèi)的注入量；當(dāng)采樣濕 度高于設(shè)定值時(shí)，可編程控制器PLC通過數(shù)字輸出模塊的輸出控制除濕電磁閥6的開合，以 控制液氮向試驗(yàn)箱內(nèi)注入量使試驗(yàn)箱內(nèi)濕度降低，直到試驗(yàn)箱內(nèi)的溫濕度值滿足要求。實(shí) 際運(yùn)行時(shí)，溫度的控制范圍-110 200°C，溫變率> 70°C /min，溫度控制精度< 士 1°C，濕度的控制范圍5 95%，濕度控制精度< ±2%。 本發(fā)明方法的補(bǔ)償式解耦控制方案如圖3所示，溫度波動時(shí)，直接采用波動較大的試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度去補(bǔ)償和調(diào)整濕度；濕度波動時(shí)，根據(jù)注入水蒸氣的量或注入液氮的量 來補(bǔ)償調(diào)整溫度。對濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，注入的氮?dú)饣蛩魵鈺υ囼?yàn)箱內(nèi)的溫度環(huán)境帶來 擾動，由熱力學(xué)知識和箱體特性等可以得到注入的氮?dú)饬炕蛩魵饬颗c溫度之間的關(guān)系， 從而確定溫度補(bǔ)償控制器的參數(shù)。為了提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，同時(shí)獲得較好的系統(tǒng)動、靜態(tài) 性能，溫度主控制器采用了雙模雙段(P-Fuzzy PID)的模糊控制方法，先設(shè)定一個(gè)相應(yīng)的閾 值，當(dāng)試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度傳感器實(shí)測的溫度值與設(shè)定的溫度值之差大于這個(gè)閾值時(shí)，采用比 例控制，以適應(yīng)系統(tǒng)大溫變率的需求；當(dāng)測得的溫度差值小于這個(gè)閾值時(shí)，采用模糊PID控 制，以減小超調(diào)，減小大溫變率過程中溫度過沖的問題。溫度主控制器與溫度補(bǔ)償控制器輸 出的控制量之合，即為系統(tǒng)當(dāng)前的溫度控制量。同樣地，在試驗(yàn)箱內(nèi)含濕量一定的情況下， 當(dāng)溫度調(diào)整時(shí)，會對試驗(yàn)箱內(nèi)的濕度產(chǎn)生較大的影響，因此由初始溫度值和當(dāng)前的實(shí)時(shí)溫 度值得到溫度的波動值，由熱力學(xué)知識和箱體的特性等可以得到溫度波動對濕度定量的影 響結(jié)果，從而確定濕度補(bǔ)償控制器的參數(shù)。由于對系統(tǒng)濕度的要求較低，沒有變化率方面的 需求，控制精度的需求也不高，濕度主控制器采用模糊PID控制。濕度主控制器輸出的控制 量與濕度補(bǔ)償控制器輸出的控制量之和為當(dāng)前的濕度控制量。其中，溫度主控制器、溫度補(bǔ) 償控制器、濕度主控制器、濕度補(bǔ)償控制器均是在可編程控制器PLC中編程實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種高溫變率溫濕度環(huán)境試驗(yàn)控制方法，其特征是在試驗(yàn)箱內(nèi)，用大功率電加熱組加熱實(shí)現(xiàn)升溫過程，用液氮裝置注入液氮實(shí)現(xiàn)降溫過程；用蒸氣發(fā)生裝置實(shí)現(xiàn)加濕過程，用液氮裝置注入液氮實(shí)現(xiàn)除濕過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫變率溫濕度環(huán)境試驗(yàn)控制方法，其特征是所述除濕過程 中，液氮先經(jīng)加熱裝置加熱除濕后再注入試驗(yàn)箱內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫變率溫濕度環(huán)境試驗(yàn)控制方法，其特征是在試驗(yàn) 箱內(nèi)設(shè)置溫度傳感器和濕度傳感器，溫度傳感器和濕度傳感器檢測到的試驗(yàn)箱內(nèi)的實(shí)時(shí)溫 度、濕度數(shù)據(jù)通過信號轉(zhuǎn)換模塊傳遞給可編程控制器PLC，可編程控制器PLC將其采樣值與 設(shè)定值進(jìn)行比較并執(zhí)行補(bǔ)償解耦與模糊控制程序當(dāng)采樣溫度低于設(shè)定值時(shí)，可編程控制 器PLC通過數(shù)字輸出端口的輸出控制大功率電加熱組加熱；當(dāng)采樣溫度高于設(shè)定值時(shí)，可 編程控制器PLC通過數(shù)字輸出端口的輸出控制液氮裝置上的制冷電磁閥開合，以控制液氮 向試驗(yàn)箱內(nèi)注入量；當(dāng)采樣濕度低于設(shè)定值時(shí)，可編程控制器PLC通過數(shù)字輸出端口的輸 出控制水蒸氣發(fā)生裝置上的加濕電磁閥開合，以控制水蒸氣向試驗(yàn)箱內(nèi)的注入量；當(dāng)采樣 濕度高于設(shè)定值時(shí)，可編程控制器PLC通過數(shù)字輸出端口的輸出控制除濕電磁閥的開合， 以控制液氮向試驗(yàn)箱內(nèi)注入量使試驗(yàn)箱內(nèi)濕度降低，直到試驗(yàn)箱內(nèi)的溫濕度值滿足要求。
4.一種高溫變率溫濕度環(huán)境試驗(yàn)控制裝置，其特征是包括試驗(yàn)箱、溫度和濕度控制系 統(tǒng)；所述溫度和濕度控制系統(tǒng)由可編程控制器PLC、溫度傳感器、濕度傳感器、大功率電加 熱組、液氮裝置、水蒸氣發(fā)生裝置、風(fēng)扇組成；所述液氮裝置通過制冷管和除濕管與試驗(yàn)箱 內(nèi)腔連通，蒸氣發(fā)生裝置通過加濕管與試驗(yàn)箱內(nèi)腔連通，制冷管、除濕管和加濕管上分別設(shè) 有制冷電磁閥、除濕電磁閥和加濕電磁閥，溫度傳感器和濕度傳感器均設(shè)在試驗(yàn)箱內(nèi)，風(fēng)扇 和大功率電加熱組設(shè)在試驗(yàn)箱內(nèi)的上部，溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)扇、除濕電磁閥、制冷 電磁閥、加濕電磁閥和大功率電加熱組均與可編程控制器PLC連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫變率溫濕度環(huán)境試驗(yàn)控制裝置，其特征是所述試驗(yàn)箱內(nèi) 設(shè)有上下開口的用于氣流循環(huán)的風(fēng)道，所述風(fēng)扇和大功率電加熱組設(shè)在試驗(yàn)箱內(nèi)頂部的風(fēng) 道內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的高溫變率溫濕度環(huán)境試驗(yàn)控制裝置，其特征是所述除濕 管上設(shè)有加熱裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫變率溫濕度環(huán)境試驗(yàn)控制方法及裝置，本發(fā)明方法是在試驗(yàn)箱內(nèi)，用大功率電加熱組加熱實(shí)現(xiàn)升溫過程，用液氮裝置注入液氮實(shí)現(xiàn)降溫過程；用蒸氣發(fā)生裝置實(shí)現(xiàn)加濕過程，用液氮裝置注入液氮實(shí)現(xiàn)除濕過程。本發(fā)明裝置包括試驗(yàn)箱、溫度和濕度控制系統(tǒng)；所述溫度和濕度控制系統(tǒng)由可編程控制器PLC、溫度傳感器、濕度傳感器、大功率電加熱組、液氮裝置、水蒸氣發(fā)生裝置、風(fēng)扇組成。用本發(fā)明方法和裝置，可以在大溫變率的條件下，很好的實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)環(huán)境內(nèi)部的溫、濕度之間的解耦控制，滿足可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)設(shè)備溫、濕度控制系統(tǒng)的需求。
文檔編號G05D27/02GK101813954SQ20101015823
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者吳艷, 易曉山, 蔣瑜, 鄭磊, 陳循, 陶俊勇 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)