本發(fā)明具體涉及一種恒溫恒濕控制裝置及控制方法。

背景技術(shù)：

恒溫恒濕控制裝置目前已廣泛地應(yīng)用于科研、計(jì)量測試等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的恒溫恒濕控制裝置包括加濕裝置、除濕裝置，加濕裝置一般采用加熱式加濕器以及功率調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)。然而傳統(tǒng)的恒溫恒濕控制裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且一般工作都在10℃以上，最低工作溫度也只能在0℃以上，極少數(shù)溫濕度控制裝置可以達(dá)到-10℃，且相對濕度發(fā)生范圍較窄，控制精度較低，不能滿足低溫下高精度的溫濕度實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供一種恒溫恒濕控制裝置及控制方法，本發(fā)明提高了低溫下相對濕度的控制精度和控制范圍，為溫濕度的檢定提供實(shí)驗(yàn)條件。

一種恒溫恒濕控制裝置，包括干空氣發(fā)生系統(tǒng)、減壓閥門、恒溫箱、氣泵、濕度傳感器、濕度控制模塊，所述減壓閥門與所述恒溫箱之間依次設(shè)有第一電動(dòng)閥門和第一氣體流量計(jì)，所述氣泵與所述恒溫箱之間依次設(shè)有第二電動(dòng)閥門和第二氣體流量計(jì)，所述第一電動(dòng)閥門、所述第一氣體流量計(jì)、所述第二電動(dòng)閥門、所述第二氣體流量計(jì)均與所述濕度控制模塊相連，所述濕度傳感器與所述恒溫箱相連，所述濕度傳感器將相對濕度數(shù)值傳輸給所述濕度控制模塊。

進(jìn)一步地，所述干空氣發(fā)生系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、組合式干燥機(jī)，所述空氣壓縮機(jī)與儲(chǔ)氣罐相連，所述儲(chǔ)氣罐與組合式干燥機(jī)相連。

進(jìn)一步地，所述氣體流量計(jì)通過rs485通信接口與所述濕度控制模塊連接。

進(jìn)一步地，所述濕度控制模塊包括單片機(jī)和供電電路。

進(jìn)一步地，所述濕度控制模塊采用pid方法進(jìn)行控制。

進(jìn)一步地，所述濕度傳感器通過rs232通信接口與所述濕度控制模塊連接。

一種恒溫恒濕控制裝置，包括干空氣發(fā)生系統(tǒng)、減壓閥門、恒溫箱、氣泵、濕度傳感器、濕度控制模塊，所述減壓閥門與所述恒溫箱之間依次設(shè)有第一電動(dòng)閥門和第一氣體流量計(jì)，所述氣泵與所述恒溫箱之間依次設(shè)有第二電動(dòng)閥門和第二氣體流量計(jì)，所述第一電動(dòng)閥門、所述第一氣體流量計(jì)、所述第二電動(dòng)閥門、所述第二氣體流量計(jì)均與所述濕度控制模塊相連，所述濕度傳感器與所述恒溫箱相連，所述濕度傳感器將相對濕度數(shù)值傳輸給所述濕度控制模塊，所述濕度控制模塊通過以下步驟控制相對濕度：

（1）根據(jù)目標(biāo)氣體流量調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門的開度，增加開度δki=ki-ki-1，檢測氣體流量變化δui=ui-ui-1，確定氣體流量開度比例pi=δui/δki，從而根據(jù)需要的目標(biāo)氣體流量ud，增加電動(dòng)閥開度δki=(ud-ui)*pi,依次重復(fù)動(dòng)態(tài)調(diào)整比例系數(shù)pi，大于p1的3倍時(shí)取p1，直到誤差ud-ui小于0.1l/min時(shí)，達(dá)到氣體流量控制要求，進(jìn)入步驟（2）；

（2）根據(jù)氣體流量調(diào)節(jié)相對濕度，第n個(gè)檢測周期恒溫箱內(nèi)相對濕度誤差值：,判斷的范圍，當(dāng)，進(jìn)入步驟（3）；當(dāng)時(shí)，進(jìn)入步驟（4）；當(dāng)時(shí)，進(jìn)入步驟（5）；

（3）如，控制濕空氣的第二電動(dòng)閥門流量調(diào)至最大值，第一電動(dòng)閥門關(guān)閉，回步驟（2）繼續(xù)判斷；

如，控制干空氣的第一電動(dòng)閥門流量調(diào)至最大值，第二電動(dòng)閥門關(guān)閉，回步驟（2）繼續(xù)判斷；

（4），啟動(dòng)微分控制d，確定所需的第二電動(dòng)閥門流量輸出值，返回步驟（1），以降低相對濕度的上升速率，以平穩(wěn)接近目標(biāo)值；

，啟動(dòng)微分控制d，確定所需的第一電動(dòng)閥門流量輸出值，返回步驟（1），以降低相對濕度的下降速率，以平穩(wěn)接近目標(biāo)值；

（5）保持輔助電動(dòng)閥門開度不變，調(diào)節(jié)對應(yīng)的主控電動(dòng)閥門；通過已經(jīng)取得流量變化值與輸出的相對濕度變化量之比，計(jì)算取得比例控制值p，引入積分控制項(xiàng)i，取較大的積分時(shí)間ti，以提高輸出的穩(wěn)定度,回步驟（2）繼續(xù)判斷。

一種恒溫恒濕控制方法，包括以下步驟：

（1）根據(jù)目標(biāo)氣體流量調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門的開度，增加開度δki=ki-ki-1，檢測氣體流量變化δui=ui-ui-1，確定氣體流量開度比例pi=δui/δki，從而根據(jù)需要的目標(biāo)氣體流量ud，增加電動(dòng)閥開度δki=(ud-ui)*pi,依次重復(fù)動(dòng)態(tài)調(diào)整比例系數(shù)pi，大于p1的3倍時(shí)取p1，直到誤差ud-ui小于0.1l/min時(shí)，達(dá)到氣體流量控制要求，進(jìn)入步驟（2）；

（2）根據(jù)氣體流量調(diào)節(jié)相對濕度，第n個(gè)檢測周期恒溫箱內(nèi)相對濕度誤差值：,判斷的范圍，當(dāng)，進(jìn)入步驟（3）；當(dāng)時(shí)，進(jìn)入步驟（4）；當(dāng)時(shí)，進(jìn)入步驟（5）；

（3）如，控制濕空氣的第二電動(dòng)閥門流量調(diào)至最大值，第一電動(dòng)閥門關(guān)閉，回步驟（2）繼續(xù)判斷；

如，控制干空氣的第一電動(dòng)閥門流量調(diào)至最大值，第二電動(dòng)閥門關(guān)閉，回步驟（2）繼續(xù)判斷；

（4），啟動(dòng)微分控制d，確定所需的第二電動(dòng)閥門流量輸出值，返回步驟（1），以降低相對濕度的上升速率，以平穩(wěn)接近目標(biāo)值；

，啟動(dòng)微分控制d，確定所需的第一電動(dòng)閥門流量輸出值，返回步驟（1），以降低相對濕度的下降速率，以平穩(wěn)接近目標(biāo)值；

（5）保持輔助電動(dòng)閥門開度不變，調(diào)節(jié)對應(yīng)的主控電動(dòng)閥門；通過已經(jīng)取得流量變化值與輸出的相對濕度變化量之比，計(jì)算取得比例控制值p，引入積分控制項(xiàng)i，取較大的積分時(shí)間ti，以提高輸出的穩(wěn)定度,回步驟（2）繼續(xù)判斷。

進(jìn)一步地，所述步驟（1）中，為防止陷入死循環(huán)，重復(fù)次數(shù)超過5次時(shí)自動(dòng)進(jìn)入步驟（2）。

本發(fā)明的有益效果：

1.本發(fā)明設(shè)置了干空氣發(fā)生系統(tǒng)，空氣經(jīng)干空氣發(fā)生系統(tǒng)后產(chǎn)生露點(diǎn)溫度為-60℃的干燥空氣，同時(shí)設(shè)置了氣泵，氣泵直接抽取室外空氣以提供相對穩(wěn)定的微量水汽來源，兩者相配合從而形成一定比例的干濕空氣，達(dá)到低溫下濕度的發(fā)生。

2.本發(fā)明采用了兩個(gè)電動(dòng)閥門（第一電動(dòng)閥門和第二電動(dòng)閥門）相互配合，并利用減壓閥門降低干空氣壓力，從而提高了對氣體流量的控制，提高了相對濕度的控制精度。

3.本發(fā)明采用的恒溫箱與濕度控制系統(tǒng)獨(dú)立工作，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)發(fā)明的恒溫控制。

4.本發(fā)明氣體流量計(jì)通過rs485通信接口連接到濕度控制模塊，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，且rs485通信接口傳輸距離遠(yuǎn)，抗噪聲干擾信好。

5.本發(fā)明濕度控制模塊接收濕度傳感器相對濕度數(shù)值和氣體流量數(shù)值后通過本發(fā)明的控制方法控制后能使本發(fā)明在低溫下如-30℃時(shí)可實(shí)現(xiàn)相對濕度rh(10%-90%)的濕度控制范圍，且和傳統(tǒng)的pid方法相比，進(jìn)一步提高了濕度控制的精確度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明恒溫恒濕控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，一種恒溫恒濕控制裝置，包括干空氣發(fā)生系統(tǒng)1、減壓閥門2、第一電動(dòng)閥門3、第一氣體流量計(jì)4、恒溫箱5、氣泵6、第二電動(dòng)閥門7、第二氣體流量計(jì)8、濕度傳感器9、濕度控制模塊10，減壓閥門2與恒溫箱5之間依次設(shè)有第一電動(dòng)閥門3和第一氣體流量計(jì)4，氣泵6與恒溫箱5之間依次設(shè)有第二電動(dòng)閥門7和第二氣體流量計(jì)8，第一電動(dòng)閥門3、第一氣體流量計(jì)4、第二電動(dòng)閥門7、第二氣體流量計(jì)8均與濕度控制模塊10相連，濕度傳感器9與恒溫箱5相連，優(yōu)選地，第一氣體流量計(jì)4和第二氣體流量計(jì)8均通過rs485通信接口連接到濕度控制模塊10，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率，傳輸距離遠(yuǎn)，抗噪聲干擾信好，濕度傳感器9通過rs232通信接口連接到濕度控制模塊10。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，干空氣發(fā)生系統(tǒng)1包括空氣壓縮機(jī)11、儲(chǔ)氣罐12、組合式干燥機(jī)13，空氣壓縮機(jī)11與儲(chǔ)氣罐連接12，儲(chǔ)氣罐12與組合式干燥機(jī)13。空氣經(jīng)干空氣發(fā)生系統(tǒng)1后產(chǎn)生露點(diǎn)溫度為-60℃的干燥空氣，由于出氣壓力達(dá)到6至7個(gè)大氣壓，所以干燥空氣經(jīng)減壓閥門2降至1到2個(gè)大氣壓后通過第一電動(dòng)閥門3送入恒溫箱5內(nèi)，另一端則通過氣泵6直接抽取室外空氣經(jīng)第二電動(dòng)閥門7送入恒溫箱5內(nèi)。濕度控制模塊10接收濕度傳感器9相對濕度數(shù)值和氣體流量計(jì)4氣體流量數(shù)值后對第一電動(dòng)閥門3和第二電動(dòng)閥門7的開度進(jìn)行控制，并利用減壓閥門2降低干空氣壓力。濕度控制模塊通過控制氣泵抽取的濕空氣與干空氣發(fā)生系統(tǒng)送入恒溫箱的空氣比例來實(shí)現(xiàn)低溫段的濕度精密控制功能。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，濕度控制模塊10包括單片機(jī)和供電電路，單片機(jī)為stm32f103rtc6，可以采用現(xiàn)有的pid方法進(jìn)行控制，濕度控制模塊10與第一電動(dòng)閥門3、第二電動(dòng)閥門7這兩個(gè)電動(dòng)閥門相配合，從而實(shí)現(xiàn)相對濕度控制。

為了實(shí)現(xiàn)較大的增加低溫下濕度控制的范圍，本發(fā)明提供一種恒溫恒濕控制方法，包括以下步驟：

（1）根據(jù)目標(biāo)氣體流量調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門的開度，增加開度δki=ki-ki-1，（ki為i時(shí)刻的電動(dòng)閥門的開度），檢測氣體流量變化δui=ui-ui-1，（ui為i時(shí)刻的氣體流量），確定氣體流量開度比例pi=δui/δki（i=0，即首次調(diào)節(jié)時(shí)，δki人為設(shè)定），從而根據(jù)需要的目標(biāo)氣體流量ud，增加電動(dòng)閥開度δki=(ud-ui)*pi，依次重復(fù)動(dòng)態(tài)調(diào)整比例系數(shù)pi（大于p1的3倍時(shí)取p1），直到誤差ud-ui小于0.1l/min時(shí)，達(dá)到氣體流量控制要求，進(jìn)入步驟（2），為防止陷入死循環(huán)，重復(fù)次數(shù)超過5次時(shí)自動(dòng)進(jìn)入步驟（2）；

（2）根據(jù)氣體流量調(diào)節(jié)相對濕度，第n個(gè)檢測周期恒溫箱內(nèi)相對濕度誤差值：,其中，為設(shè)定的目標(biāo)相對濕度值，為第n個(gè)檢測周期恒溫箱內(nèi)相對濕度值。流量控制的采樣周期設(shè)置為1秒，而相對濕度的pid采樣時(shí)間，由于恒溫箱體滯后很大，可取120-300秒（根據(jù)實(shí)際控制情況確定），判斷的范圍，當(dāng)，進(jìn)入步驟（3）；當(dāng)時(shí)，進(jìn)入步驟（4）；當(dāng)時(shí)，進(jìn)入步驟（5）；

（3）如，控制濕空氣的第二電動(dòng)閥門流量調(diào)至最大值，第一電動(dòng)閥門關(guān)閉，此時(shí)第一電動(dòng)閥門稱為輔助調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門，回步驟（2）繼續(xù)判斷；

如，控制干空氣的第一電動(dòng)閥門流量調(diào)至最大值，第二電動(dòng)閥門關(guān)閉，此時(shí)第二電動(dòng)閥門稱為輔助調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門，回步驟（2）繼續(xù)判斷；

（4）pd控制，如流量輸出過小，則適當(dāng)開啟輔助調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門；

，啟動(dòng)微分控制d，確定所需的第二電動(dòng)閥門流量輸出值，返回步驟（1），以降低相對濕度的上升速率，以平穩(wěn)接近目標(biāo)值；

，啟動(dòng)微分控制d，確定所需的第一電動(dòng)閥門流量輸出值，返回步驟（1），以降低相對濕度的下降速率，以平穩(wěn)接近目標(biāo)值；

（5）pi控制，保持輔助電動(dòng)閥門開度不變，調(diào)節(jié)對應(yīng)的主控電動(dòng)閥門，通過已經(jīng)取得流量變化值與輸出的相對濕度變化量之比，計(jì)算取得比例控制值p，引入積分控制項(xiàng)i，取較大的積分時(shí)間ti，以提高輸出的穩(wěn)定度,回步驟（2）繼續(xù)判斷。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，所述恒溫恒濕控制裝置，包括干空氣發(fā)生系統(tǒng)1、減壓閥門2、第一電動(dòng)閥門3、第一氣體流量計(jì)4、恒溫箱5、氣泵6、第二電動(dòng)閥門7、第二氣體流量計(jì)8、濕度傳感器10、濕度控制模塊9；減壓閥門2與恒溫箱5之間依次設(shè)有第一電動(dòng)閥門3和第一氣體流量計(jì)4，氣泵6與恒溫箱5之間依次設(shè)有第二電動(dòng)閥門7和第二氣體流量計(jì)8，第一電動(dòng)閥門3、第一氣體流量計(jì)4、第二電動(dòng)閥門7、第二氣體流量計(jì)8均與濕度控制模塊9相連，濕度傳感器10與恒溫箱5相連，濕度傳感器10將相對濕度數(shù)值傳輸給濕度控制模塊9，濕度控制模塊通過采用以下控制方法來實(shí)現(xiàn)低溫下精確的濕度控制功能，包括：

（1）根據(jù)目標(biāo)氣體流量調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門的開度，增加開度δki=ki-ki-1，檢測氣體流量變化δui=ui-ui-1，確定氣體流量開度比例pi=δui/δki（i=0，即首次調(diào)節(jié)時(shí)，δki人為設(shè)定），從而根據(jù)需要的目標(biāo)氣體流量ud，增加電動(dòng)閥開度δki=(ud-ui)*pi,依次重復(fù)動(dòng)態(tài)調(diào)整比例系數(shù)pi（大于p1的3倍時(shí)取p1），直到誤差ud-ui小于0.1l/min時(shí)，達(dá)到氣體流量控制要求，進(jìn)入步驟（2）；

（2）根據(jù)氣體流量調(diào)節(jié)相對濕度，第n個(gè)檢測周期恒溫箱內(nèi)相對濕度誤差值：,其中，為設(shè)定的目標(biāo)相對濕度值，為第n個(gè)檢測周期恒溫箱內(nèi)相對濕度值。流量控制的采樣周期設(shè)置為1秒，而相對濕度的pid采樣時(shí)間，由于恒溫箱體滯后很大，可取120-300s（根據(jù)實(shí)際控制情況確定），判斷的范圍，當(dāng)，進(jìn)入步驟（3）；當(dāng)時(shí)，進(jìn)入步驟（4）；當(dāng)時(shí)，進(jìn)入步驟（5）；

（3）如，控制濕空氣的第二電動(dòng)閥門流量調(diào)至最大值，第一電動(dòng)閥門關(guān)閉，此時(shí)第一電動(dòng)閥門稱為輔助調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門，回步驟（2）繼續(xù)判斷；

如，控制干空氣的第一電動(dòng)閥門流量調(diào)至最大值，第二電動(dòng)閥門關(guān)閉，此時(shí)第二電動(dòng)閥門稱為輔助調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門，回步驟（2）繼續(xù)判斷；

（4）pd控制，如流量輸出過小，則適當(dāng)開啟輔助調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門；

，啟動(dòng)微分控制d，確定所需的第二電動(dòng)閥門流量輸出值，返回步驟（1），以降低相對濕度的上升速率，以平穩(wěn)接近目標(biāo)值；

，啟動(dòng)微分控制d，確定所需的第一電動(dòng)閥門流量輸出值，返回步驟（1），以降低相對濕度的下降速率，以平穩(wěn)接近目標(biāo)值；

（5）pi控制，保持輔助電動(dòng)閥門開度不變，調(diào)節(jié)對應(yīng)的主控電動(dòng)閥門，通過已經(jīng)取得流量變化值與輸出的相對濕度變化量之比，計(jì)算取得比例控制值p，引入積分控制項(xiàng)i，取較大的積分時(shí)間ti，以提高輸出的穩(wěn)定度,回步驟（2）繼續(xù)判斷。

綜上所述：

1.本發(fā)明設(shè)置了干空氣發(fā)生系統(tǒng)，空氣經(jīng)干空氣發(fā)生系統(tǒng)后產(chǎn)生露點(diǎn)溫度為-60℃的干燥空氣，同時(shí)設(shè)置了氣泵，氣泵直接抽取室外空氣以提供相對穩(wěn)定的微量水汽來源，兩者相配合從而形成一定比例的干濕空氣，達(dá)到低溫下濕度的發(fā)生。

2.本發(fā)明采用了兩個(gè)電動(dòng)閥門（第一電動(dòng)閥門和第二電動(dòng)閥門）相互配合，并利用減壓閥門降低干空氣壓力，從而提高了對氣體流量的控制，提高了相對濕度的控制精度。

3.本發(fā)明采用的恒溫箱與濕度控制系統(tǒng)獨(dú)立工作，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)發(fā)明的恒溫控制。

4.本發(fā)明氣體流量計(jì)通過rs485通信接口連接到濕度控制模塊，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，且rs485通信接口傳輸距離遠(yuǎn)，抗噪聲干擾信好。

5.本發(fā)明濕度控制模塊接收濕度傳感器相對濕度數(shù)值和氣體流量數(shù)值后通過本發(fā)明的控制方法控制后能使本發(fā)明在低溫下如-30℃時(shí)可實(shí)現(xiàn)相對濕度rh(10%-90%)的濕度控制范圍，且和傳統(tǒng)的pid方法相比，進(jìn)一步提高了濕度控制的精確度。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。