一种可调节升降温速率的恒温槽

李杰 耿荣勤 邢寒雪 / 河北省计量监督检测研究院

0 引言

在工业生产过程中，温度计量仪表不仅仅作为温度测量仪表使用，同时广泛参与系统的自动化控制，如带有电气接点装置、可输出温度开关控制信号的仪器仪表。对于这类温度仪表，相关的规程（JJG 226-2001《双金属温度计》和JJG 310-2002《压力式温度计》检定规程）均明确规定了恒温槽的温度变化在1 ℃/min以内。目前各计量单位所用的恒温槽一般升温采用电加热，制冷采用一级或二级压缩机，较难实现温度变化在1 ℃/min以内的要求。特别在恒温槽温度在45 ℃以上时，为了保护压缩机，无法启动压缩机制冷。如果单纯采用自然降温，降温速率较慢，严重影响工作效率，因此，研制一种升降温速率可调的恒温槽就显得尤为重要。

1 工作原理

该双制冷恒温槽与常规的制冷槽的主要区别为具有两套独立的制冷系统，以此实现升降温速率的调节。依靠电加热器方式升温，降温有两种方式，分别为直接制冷和冷媒制冷，两种方式相互独立，直接制冷主要用于20～45 ℃，冷媒制冷主要用于45～120 ℃。直接制冷是利用包括压缩机在内的制冷系统产生冷量，对槽液进行制冷，以此实现对恒温槽工作区域温度的控制；冷媒制冷是通过另一套独立的制冷系统，采用储液罐中的冷液为介质进行制冷。当使用冷媒制冷时，打开循环泵，通过调节恒温槽参数和浮子流量计控制进入恒温槽周围交换系统的冷液量，当冷液温度低于恒温槽液温度时，冷液流经恒温槽周围交换系统时，会带走一部分热量，以此起到对恒温槽工作区域的制冷作用，实现降温速率的可调节。

2 技术方案

该双制冷恒温槽控温范围为20～120 ℃，采用搅拌方式，恒温介质为油槽专用硅油。在使用冷媒制冷前，提前开启媒体制冷，对冷液进行降温。升温方式是依靠电加热器进行，通过调节恒温槽参数和利用冷媒循环分段控制来实现升温速率的调节；降温通过压缩机制冷降温和冷媒循环分段控制来实现降温速率的调节。在降温速率没有要求的情况下，可以通过调节浮子流量计，加大制冷液流量，以达到快速降温的目的，提高工作效率。

该恒温槽的工作原理如图1所示。冷媒循环系统中的冷液储运于冷媒箱中，恒温槽工作时，打开循环泵，输送压力将冷液循环起来，冷媒回流阀和冷媒制冷阀均用于冷媒流量的粗调。浮子流量计用于调节和监测冷媒的流量，并用于冷媒流量的细调。通过粗调和细调，控制流经冷媒管的流量，进而实现恒温槽的降温速率的可调节。

图1 恒温槽工作原理

3 实验结果

经过反复试验分析，最终得出通过调节恒温槽各参数，即最大加热功率的百分比（OPH）和利用冷媒循环分段控制升降温速率相结合的方案，实现升降温速率的调节，并使升降温速率控制在1.0 ℃/min以内。

3.1 升温速率的调节

1）45 ℃以下，将OPH设置为60，即只允许最大60%满量程的加热功率。

2）45 ℃到100 ℃，满功率加热，利用冷媒循环控制升温速率。

3）100 ℃以上，将OPH设置为40，即只允许最大40%满量程的加热功率，利用冷媒循环控制升温速率。

升温速率试验数据详见表1。

表1 升温速率试验数据

表1表明，通过调节恒温槽参数OPH和利用冷媒循环分段控制，可以将升温速率控制在1.0 ℃/min以内。

3.2 降温速率的调节

对于降温速率，恒温槽45 ℃以下通过压缩机制冷降温，45 ℃以上通过小流量0～100 mL/min的冷却液循环制冷，即可满足要求。降温速率试验数据详见表2。

表2 降温速率试验数据

表2表明，通过压缩机制冷降温和利用冷媒循环分段控制，可以将降温速率控制在1.0 ℃/min以内。

3.3 工作区域性能指标

依据JJF 1030-2010恒温槽技术性能测试规范的要求，对研制的恒温槽工作区域进行校准，试验数据详见表3。

表3 工作区域性能指标

表3表明，研制的恒温槽工作区域性能指标均符合JJG 226-2001和JJG 310-2002的要求，可以用于开展相关的计量检定和校准工作。

4 结语

研制的双制冷恒温槽与传统的恒温槽的主要区别为采用两套独立的制冷系统，通过调节恒温槽参数和浮子流量计实现在20～120 ℃范围，恒温槽升降温速率可控制在1.0 ℃/min以内，并且能够实现快速降温，提高了工作效率。