一种非变频压缩机亚低温治疗仪的温度精准控制方法

韩日华

摘要：本文通过分析非变频压缩机在不同工况下的制冷功率，采用高精度测温电路设计，通过进行冷热对抗方式进行水温控制，避免了非变频压缩机频繁启停导致压缩机寿命缩减，同时提高了水温控制精度。實验表明，采用冷热对抗方式可将水温控制由原来的单非变频压缩机控制方式只能达到控温精度±1.5℃提升至0.3℃，在水温控制系统中具有较好的应用前景和价值。

关键词：非变频压缩机;亚低温;精准温度控制

一、引言

在亚低温技术中，亚低温制冷主要采用两种方法：其一、半导体制冷;其二、压缩机制冷。但因半导体制冷存在制冷效率低，最高可以到0.6。制冷性能随环境温度、电压、导冷块厚度、冷端散热模式，机械压力、导热相变材料材质影响而呈非线性变化等缺点使用不是很广泛;而压缩机制冷方式因效率高，节能环保，应用广泛。亚低温治疗仪常用的为容积式压缩机，但容积式压缩机不能够频繁启停，很难做到精准控温。本文介绍了一种用于对亚低温治疗仪进行高精度温度控制的方法，可使得水温控制精度达到±0.3℃。

二、温敏二极管测温修正方法

通过设置不同的水温，控制模块获得被测温敏二极管在不同水温的导通电压，通过与控制模块中预设的灵敏度及导通电压参考值比较，计算出该温敏二极管应搭配的补偿电阻的阻值），并显示在所述交互模块上，所述交互模块上还显示基准测温仪监测的实时温度值、温敏二极管测量温度、补充电阻值。操作人员根据校准装置计算得出的补偿电阻的阻值，选择合适的补偿电阻，按校准装置所示的连接方式连接到检测座上，再一次对该温敏二极管进行测试，如测试合格，则该温敏二极管校准完成，可将补偿电阻直接焊接到温敏二极管上。通过补偿电阻修正后的测温传感器测温精度可达到±0.05℃。

三、新型温度控制装置系统及控制方法

1.新型温度控制装置系统框图

新型温度控制装置系统包括水箱、制冷模块、制热模块、内循环模块、测控温系统、显示模块、按键输入模块;水箱，用于存储循环液体;制冷模块通过导管与水箱连接，用于给水箱内液体降温;制热模块置于水箱内部，用于给水箱内液体升温;内循环模块，用于循环水箱内液体，使水箱内温度保持一致;测控温系统连接水箱、制冷模块、制热模块、内循环模块、显示模块，用于测量水温、控制水箱内温度传输数据到显示模块;显示模块连接测控温系统和按键输入模块，用于显示水温及系统状态。

2.水温精准控制修正方法

（1）压缩机制冷功率测定

安装完成的亚低温制冷系统，通过标准加热源进行测定。先在亚低温制冷水箱中加入5000mL纯净水，使用连续可调0-1000W的标准加热源对亚低温制冷系统水温在5℃、15℃、30℃进行对抗测定亚低温在上述三个温度点的制冷功率，测定的制冷功率记录在表格中，用于进行软件算法控制参数设定。

（2）加热模块功率测定

加热模块在标准的测试工装上进行0-1000W功率测定，功率测试点为100W间隔0至1000W进行实际功率标定，改实际功率标定数据用于软件算法中控制输出加热功率。

（3）水温精准控制方法

将标定完成的制冷功率参数和加热模块功率参数导入至亚低温治疗仪软件中，通过实时测温系统精准测得实时水箱温度，根据亚低温设定目标温度进行软件控制，当实际水箱温度比设定温度高2℃以上时全功率开启制冷系统，当实际水箱温度比设定温度在2℃以内时启动加热模块并运用PID算法进行加热功率PWM输出，输出加热功率根据PID算法计算功率值进行计算输出，使水箱温度控制精度保持在±0.3℃的要求范围内。

四、实验与结果

通过设定新型水箱温度控方法的设备目标温度5℃、15℃、25℃，设定目标温度完成之后启动亚低温治疗仪进行工作，使用测温精度为0.01℃的高精度测温仪表进行测定水箱中的实际温度，每组温度测试进行三次记录数据，实际测试数据如表1：

五、结论

新型亚低温治疗仪控制系统通过采用冷热对抗水温控制方式，避免了压缩机的频繁启停导致缩短压缩机寿命，造成设备故障。制冷模块在控温过程中持续全功率运行，所述测控温系统通过调节制热模块功率，使制冷与制热形成对抗，达到维持水温在目标温度±0.3℃的目的，提高亚低温设备的控温精度，本冷热对抗水温控制方式稳定可靠，可在亚低温治疗仪设备中进行量产。

参考文献：

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