CN111307697A - 一种冰冻试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种冰冻试验系统，包括温度‑压力‑湿度试验箱、检测单元、控制单元、调节单元、真空泵，所述检测单元包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器；所述调节单元包括制冷器和加湿器；通过在温度‑压力‑湿度试验箱内设置检测单元来对温度、气压和湿度进行检测，并将检测信息反馈至控制单元，由控制单元控制位于温度‑压力‑湿度试验箱内的调节单元对温度和湿度进行控制，并在试验箱外接一个真空泵，实现对温度‑压力‑湿度试验箱内的气压的调节。通过本发明最终实现了冰冻试验中温度、气压、湿度的同时运行调节。

Description

一种冰冻试验系统

技术领域

本发明属于冰冻试验设备技术领域，具体地说，涉及一种冰冻试验系统。

背景技术

冰冻试验要求用于冰冻试验的温度-压力-湿度的试验设备必须满足一定的试验要求，即在试验室压力条件下，将设备温度稳定在-20℃,保持此温度并降低试验箱压力到适当的最高工作高度，至少保持10min；并且用不超过3℃/min的速率升高试验箱的温度，同时升高并保持试验箱内相对湿度到不小于95%。保持此状态足够的时间，从而使所有的霜和冰熔化或使设备表面温度达到0℃～5℃，在进行这一步骤的任何时间内,试验箱温度不得超过30℃；在15～30min内，以均匀速率将试验箱压力升高到室内环境压力。压力恢复完成后，将试验箱的相对湿度降到室内正常环境时的相对湿度。在整个试验过程中，试验设备需要同时运行温度-压力-湿度功能，并且在试验过程中监测试件的表面温度。但目前现有的试验设备无法满足温度-压力-湿度功能同时运行，且无法在试验过程中监测试件的表面温度。

发明内容

本发明基于解决上述现有技术的不足，提出了一种冰冻试验系统，通过传感器反馈温度、压力、湿度信息并由控制系统进行调节，实现了温度、压力、湿度的同时控制运行。

本发明具体实现内容如下：

一种冰冻试验系统，包括温度-压力-湿度试验箱、检测单元、控制单元、调节单元；所述检测单元与温度-压力-湿度试验箱连接，且位于温度-压力-湿度试验箱内；所述控制单元与检测单元相连接，接收检测单元检测到的温度-压力-湿度试验箱内的温度、湿度和压力信息；所述调节单元与控制单元连接，由控制单元控制调节单元对温度-压力-湿度试验箱进行温度、压力和湿度的控制。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述检测单元包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器；所述温度传感器设置六组，分别位于温度-压力-湿度试验箱上、中、下三个区域的左右两侧；所述湿度传感器设置三组，分别位于温度-压力-湿度试验箱的顶部、底部、箱体中心；所述压力传感器设置三组，分别位于温度-压力-湿度试验箱的顶部、底部、箱体中心。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述温度传感器为双余度铂热电阻丝温度传感器，所述双余度铂热电阻丝温度传感器包括中空的保护外壳，所述保护外壳的内部安装有电连接器，所述电连接器的一端连接有延伸至保护外壳一端外侧的双余度铂热电阻丝绕组，所述双余度铂热电阻丝绕组的外侧套装有安装套管；所述电连接器的另一端连接有延伸至保护外壳另一端外侧的接线端，所述保护外壳的内部还填充有环氧树脂。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述双余度铂热电阻丝绕组包括骨架组，所述骨架组上等间距绕设有第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝，所述骨架组的相对两侧上分别设置有与第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝接触的导热片；所述骨架组的一端设置有与第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝连接的接线片，所述接线片的另一端与电连接器连接。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述骨架组包括平行对齐设置且相互绝缘的第一骨架和第二骨架，所述第一骨架的首端和第二骨架的首端均设置有供第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝穿过的定位孔组，所述第一骨架的末端和第二骨架的末端均设置有供第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝穿过的进线孔组和出线孔组。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述保护外壳的内部设置有用于安装电连接器的阶梯槽，所述阶梯槽的内壁上设置有内螺纹并螺装有用于锁紧固定电连接器的锁紧螺母。

为了更好地实现本发明，进一步地，包括真空泵，所述真空泵与温度-压力-湿度试验箱连接，控制温度-压力-湿度试验箱内的气压温度。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述调节单元位于温度-压力-湿度试验箱内，包括分别与控制单元连接的加湿器和制冷器，由控制单元控制制冷器的制冷，从而达到温度调节的作用。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述加湿器和制冷器设置六组，分别位于温度-压力-湿度试验箱的上中下三层的两侧。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述控制单元采用PLC闭环控制。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

实现了温度、压力和湿度的同时运行控制。

附图说明

图1为冰冻试验系统组成单元连接示意图；

图2为温度传感器在温度-压力-湿度试验箱内的安装位置主视示意图；

图3为湿度传感器和压力传感器在温度-压力-湿度试验箱内的安装位置主视示意图；

图4为双余度铂热电阻丝温度传感器整体结构图；

图5为双余度铂热电阻丝绕组的正视结构示意图；

图6为双余度铂热电阻丝绕组的俯视结构示意图；

图7为骨架组上缠绕电阻丝的示意图。

其中：1-保护外壳；2-电连接器；3-双余度铂热电阻丝绕组；4-接线端；5-安装管套；6-锁紧螺母；31-骨架组；32-导热片；33-接线片；01-第一铂热电阻丝；02-第二铂热电阻丝；001-第一骨架；002-第二骨架。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

一种冰冻试验系统，如图1所示，包括温度-压力-湿度试验箱、检测单元、控制单元、调节单元；所述检测单元与温度-压力-湿度试验箱连接，且位于温度-压力-湿度试验箱内；所述控制单元与检测单元相连接，接收检测单元检测到的温度-压力-湿度试验箱内的温度、湿度和压力信息；所述调节单元与控制单元连接，由控制单元控制调节单元对温度-压力-湿度试验箱进行温度、压力和湿度的控制。

工作原理：通过检测单元检测到温度-压力-湿度试验箱内的温度、压力和湿度，并可以通过控制单元来控制调节单元实现对温度-压力-湿度试验箱内温度和湿度的检测与调节控制。

实施例2：

本发明在上述实施例1的基础上，为了更好地实现本发明，结合图2和图3所示，进一步地，所述检测单元包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器；所述温度传感器设置六组，分别位于温度-压力-湿度试验箱上、中、下三个区域的左右两侧；所述湿度传感器设置三组，分别位于温度-压力-湿度试验箱的顶部、底部、箱体中心；所述压力传感器设置三组，分别位于温度-压力-湿度试验箱的顶部、底部、箱体中心。

工作原理：设置六组温度传感器，可以更加精确地对温度-压力-湿度试验箱内的温度进行监测，因为试验箱如果过大，那么试验箱内各个部位的温度可能会有误差，设置多处多组的传感器则可以得到更加精准的测量结果；同理，湿度传感器和测量气压的压力传感器在温度-压力-湿度试验箱内上、中、下三个位置分别设置三组，同样可以起到均衡的测量温度-压力-湿度试验箱内各处的数据，使得测量更加精确，后期调节也会更加均衡精确。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本发明在上述实施例1-2任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，如图4-7所示，包括中空的保护外壳1，所述保护外壳1的内部安装有电连接器2，所述电连接器2的一端连接有延伸至保护外壳1一端外侧的双余度铂热电阻丝绕组3，所述双余度铂热电阻丝绕组3的外侧套装有安装套管5；所述电连接器2的另一端连接有延伸至保护外壳1另一端外侧的接线端4，所述保护外壳1的内部还填充有环氧树脂。

保护外壳1用于保护其内部的电连接器2和双余度铂热电阻丝绕组3，双余度铂热电阻丝绕组3的一端为测量端，双余度铂热电阻丝绕组3的另一端为连接端。双余度铂热电阻丝绕组3包括两根相互独立绝缘的铂热电阻丝构成的两组相互独立的测量回路，当两根铂热电阻丝收到外部环境温度影响时，铂热电阻丝的电阻值伴随温度值发生改变，通过实时检测铂热电阻丝的电阻值，即可得到环境温度的变化情况，实现对环境温度的检测。当其中一根铂热电阻丝构成的检测回路故障时，另一根铂热电阻丝构成的检测回路仍然能够正常工作，有效提高了双余度铂热电阻丝温度传感器的工作可靠性，提升了温度检测的余度。

双余度铂热电阻丝绕组3的测量端延伸至保护外壳1的一端的外侧用于检测外部环境的温度，且双余度铂热电阻丝绕组3的测量端的外部设置有用于保护双余度铂热电阻丝绕组3的测量端的安装套管5，安装套管5的一端与保护外壳1的一端连接进行焊接安装固定；双余度铂热电阻丝绕组3的连接端与电连接器2的一端焊接连接，电连接器2的另一端通过延伸至保护外壳1另一端外部的接线端4与外部测量电路连接，保护外壳1的内部填充环氧树脂用于固定保护外壳1内部的构件并进行绝缘。

所述保护外壳1的内部设置有用于安装电连接器2的阶梯槽，所述阶梯槽的内壁上设置有内螺纹并螺装有用于锁紧固定电连接器2的锁紧螺母6。

本实施例的其他部分与上述实施例1-2任一项相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，结合图5-7所示，所述双余度铂热电阻丝绕组3包括骨架组31，所述骨架组31上等间距绕设有第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02，所述骨架组31的相对两侧上分别设置有与第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02接触的导热片32；所述骨架组31的一端设置有与第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02连接的接线片33，所述接线片33的另一端与电连接器2连接。

骨架组31为长条平板状的云母薄片组，骨架组31的一端为连接端并通过焊接、螺接、铆接的方式连接有接线片33，接线片33的另一端通过电连接器4与外部测量电路连接。第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02平行等间距缠绕在骨架组31的连接端和定位端之间，且第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02的两端均与接线片33连接构成测量回路，在骨架组31的相对两侧上还沿骨架组31的长度方向设置有导热片32，导热片32的一侧与第一铂热电阻丝01及第二铂热电阻丝02之间绝缘接触构成双余度铂热电阻丝绕组3，然后将双余度铂热电阻丝绕组3放置在外部壳体中固定后，并将电连接器4的连接端引出外部壳体，然后在壳体中灌注环氧树脂，即构成双余度铂热电阻丝温度传感器。

外部环境的温度通过导热片32快速均匀地传递至第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02，第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02之间相互绝缘，且第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02分别构成相互独立互不干扰的回路，两组回路互为备份，当一组回路出现故障时，另一组回路仍然可以正常工作，进而提高了整个双余度铂热电阻丝绕组3的工作可靠性。且第一铂热电阻丝01回路和第二铂热电阻丝02回路同时感温，使测量时间常数可缩减至1s以内，且通过导热片32使得热接触面积也大大增加，使得测量灵敏度也大大的提高。同时，第一铂热电阻丝01回路和第二铂热电阻丝02回路构成的双通道实时测量回路可以起到分流作用，在额定电流小于等于0.5mA条件下，整个双余度铂热电阻丝绕组3的电损耗不超过0.1mW，有效减弱双余度铂热电阻丝绕组3的自热。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，结合图5-7所示，所述骨架组31包括平行对齐设置且相互绝缘的第一骨架001和第二骨架002，所述第一骨架001的首端和第二骨架002的首端均设置有供第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02穿过的定位孔组，所述第一骨架001的末端和第二骨架002的末端均设置有供第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02穿过的进线孔组和出线孔组。

第一骨架001和第二骨架002均采用厚度为0.3mm、宽度为5mm的长条平板状云母薄片，第一骨架001和第二骨架002的长度根据所需要绕设的铂热电阻丝的长度相应设置。第一骨架001的首端和第二骨架002的首端均设置有供第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02穿过的定位孔组，定位孔组包括平行设置的定位孔A和定位孔B，第一骨架001的末端和第二骨架002的末端均设置有供第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02穿过的进线孔组和出线孔组，进线孔组包括平行设置在第一骨架001与第二骨架002的末端一侧的进线孔C和进线孔D，出线孔组包括平行设置在第一骨架001与第二骨架002的末端另一侧的出线孔E和出线孔F。

先取第一骨架001，将第一铂热电阻丝01的一端和第二铂热电阻丝02的一端分别从定位孔A和定位孔B穿入，然后将第一铂热电阻丝01的另一端和第二铂热电阻丝02的另一端分别从出线孔E和出线孔F穿过作为自由端。然后将第二骨架002与第一骨架001平行对齐且重合后，将第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02同步等间距的绕制在第一骨架001和第二骨架002上，并将从定位孔A和定位孔B穿入的第一铂热电阻丝01的端头和第二铂热电阻丝02的端头分别从进线孔C和进线孔D穿出并与接线片33连接。然后调节从出线孔E和出线孔F穿出的铂热电阻丝的长度，将其电阻按需求的误差进行调节后与接线片33连接。

进一步的，所述第一骨架001的末端和第二骨架002的末端均设置有安装孔组，所述接线片33的连接端对应安装孔组设置有连接孔，所述安装孔组和连接孔之间通过连接铆钉连接。

安装孔组包括平行设置在进线孔C和进线孔D一侧的安装孔G和安装孔H，以及平行设置在出线孔E和出线孔F一侧的安装孔M和安装孔K，接线片33上分别对应安装孔G、安装孔H、安装孔M、安装孔K设置有连接孔，通过在安装孔组和连接孔中插装连接铆钉，实现接线片33在第一骨架001的末端和第二骨架002的末端的安装。然后把分别从进线孔C和进线孔D穿出的第一铂热电阻丝01的线端和第二铂热电阻丝02的线端分别焊接至接线片33的一端，把分别从出线孔E和出线孔F穿出的第一铂热电阻丝01的线端和第二铂热电阻丝02的线端分别焊接至接线片33的另一端，焊接时的接线片33的接头使用黄铜并镀银接头以保证焊接可靠性，焊接完成后对焊点进行点胶保护。

所述第一骨架001的首端和第二骨架002的首端对应设置有卡装孔，所述导热片32的一端对应卡装孔设置有固定孔，所述卡装孔和固定孔之间通过连接铆钉连接。

导热片32靠近卡装孔的一端设置有平行于骨架组31的接耳，接耳上对应卡装孔设置有固定孔，通过在卡装孔和固定孔之间插装连接铆钉，实现导热片32在骨架组31的侧面上的安装。同时导热片32靠近骨架组31的一侧上平行于骨架组31的侧面设置有贴合面板，通过连接铆钉将导热片32压紧，使得贴合面板与第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02紧贴，同时有效增加了热交换面积，使得热交换速度更快，热交换更均匀。

本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。

实施例6：

本发明在上述实施例1-5任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，包括真空泵，所述真空泵与温度-压力-湿度试验箱连接，控制温度-压力-湿度试验箱内的气压温度。

工作原理：真空泵可以对温度-压力-湿度试验箱进行抽压，将试验箱内的压力控制在需要的范围，当试验箱内因为温度湿度的变化而影响压力时，还可以通过真空泵进行调节。

本实施例的其他部分与上述实施例1-5任一项相同，故不再赘述。

实施例7：

本发明在上述实施例1-6任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，所述调节单元位于温度-压力-湿度试验箱内，包括分别与控制单元连接的加湿器和制冷器，由控制单元控制制冷器的制冷，从而达到温度调节的作用。

工作原理：加湿器可以用来调节温度-压力-湿度试验箱内的湿度，同样的，制冷器用于调节试验箱内的温度，通过调节制冷器的制冷功率，功率的大小不同，制冷效果也不同，从而实现冰冻温度的调节。

本实施例的其他部分与上述实施例1-6任一项相同，故不再赘述。

实施例8：

本发明在上述实施例7的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，所述加湿器和制冷器设置六组，分别位于温度-压力-湿度试验箱的上中下三层的两侧。

工作原理：与传感器在试验箱内多处多组设置的原理一样，试验箱比较大的情况下，温度和湿度会出现不均衡的情况，通过在温度-压力-湿度试验箱上中下三层的左右两侧都设置加湿器与制冷器，从而实现对试验箱各处温度的均衡控制，试验的控制精度更高。

本实施例的其他部分与上述实施例1-7相同，故不再赘述。

实施例9：

本发明在上述实施例1-8任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，所述控制单元采用PLC闭环控制。

本实施例的其他部分与上述实施例1-8相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冰冻试验系统，其特征在于，包括温度-压力-湿度试验箱、检测单元、控制单元、调节单元；所述检测单元与温度-压力-湿度试验箱连接，且位于温度-压力-湿度试验箱内；所述控制单元与检测单元相连接，接收检测单元检测到的温度-压力-湿度试验箱内的温度、湿度和压力信息；所述调节单元与控制单元连接，由控制单元控制调节单元对温度-压力-湿度试验箱进行温度、压力和湿度的控制。

2.如权利要求1所述的一种冰冻试验系统，其特征在于，所述检测单元包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器；所述温度传感器设置六组，分别位于温度-压力-湿度试验箱上、中、下三个区域的左右两侧；所述湿度传感器设置三组，分别位于温度-压力-湿度试验箱的顶部、底部、箱体中心；所述压力传感器设置三组，分别位于温度-压力-湿度试验箱的顶部、底部、箱体中心。

3.如权利要求2所述的一种冰冻试验系统，其特征在于，所述温度传感器为双余度铂热电阻丝温度传感器，所述双余度铂热电阻丝温度传感器包括中空的保护外壳（1），所述保护外壳（1）的内部安装有电连接器（2），所述电连接器（2）的一端连接有延伸至保护外壳（1）一端外侧的双余度铂热电阻丝绕组（3），所述双余度铂热电阻丝绕组（3）的外侧套装有安装套管（5）；所述电连接器（2）的另一端连接有延伸至保护外壳（1）另一端外侧的接线端（4），所述保护外壳（1）的内部还填充有环氧树脂。

4.根据权利要求3所述的一种冰冻试验系统，其特征在于，所述双余度铂热电阻丝绕组（3）包括骨架组（31），所述骨架组（31）上等间距绕设有第一铂热电阻丝（01）和第二铂热电阻丝（02），所述骨架组（31）的相对两侧上分别设置有与第一铂热电阻丝（01）和第二铂热电阻丝（02）接触的导热片（32）；所述骨架组（31）的一端设置有与第一铂热电阻丝（01）和第二铂热电阻丝（02）连接的接线片（33），所述接线片（33）的另一端与电连接器（2）连接。

5.根据权利要求4所述的一种冰冻试验系统，其特征在于，所述骨架组（31）包括平行对齐设置且相互绝缘的第一骨架（001）和第二骨架（002），所述第一骨架（001）的首端和第二骨架（002）的首端均设置有供第一铂热电阻丝（01）和第二铂热电阻丝（02）穿过的定位孔组，所述第一骨架（001）的末端和第二骨架（002）的末端均设置有供第一铂热电阻丝（01）和第二铂热电阻丝（02）穿过的进线孔组和出线孔组。

6.根据权利要求3-5任一项所述的一种冰冻试验系统，其特征在于，所述保护外壳（1）的内部设置有用于安装电连接器（2）的阶梯槽，所述阶梯槽的内壁上设置有内螺纹并螺装有用于锁紧固定电连接器（2）的锁紧螺母（6）。

7.如权利要求1所述的一种冰冻试验系统，其特征在于，还包括真空泵，所述真空泵与温度-压力-湿度试验箱连接，控制温度-压力-湿度试验箱内的气压温度。

8.如权利要求1所述的一种冰冻试验系统，其特征在于，所述调节单元位于温度-压力-湿度试验箱内，包括分别与控制单元连接的加湿器和制冷器，由控制单元控制制冷器的制冷，从而达到温度调节的作用。

9.如权利要求8所述的一种冰冻试验系统，其特征在于，所述加湿器和制冷器设置六组，分别位于温度-压力-湿度试验箱的上、中、下三层的两侧。

10.如权利要求1所述的一种冰冻试验系统，其特征在于，所述控制单元采用PLC闭环控制。

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