一種非變頻壓縮機亞低溫治療儀的溫度精準控制方法

韓日華

摘要：本文通過分析非變頻壓縮機在不同工況下的制冷功率，采用高精度測溫電路設計，通過進行冷熱對抗方式進行水溫控制，避免了非變頻壓縮機頻繁啟停導致壓縮機壽命縮減，同時提高了水溫控制精度。實驗表明，采用冷熱對抗方式可將水溫控制由原來的單非變頻壓縮機控制方式只能達到控溫精度±1.5℃提升至0.3℃，在水溫控制系統中具有較好的應用前景和價值。

關鍵詞：非變頻壓縮機;亞低溫;精準溫度控制

一、引言

在亞低溫技術中，亞低溫制冷主要采用兩種方法：其一、半導體制冷;其二、壓縮機制冷。但因半導體制冷存在制冷效率低，最高可以到0.6。制冷性能隨環境溫度、電壓、導冷塊厚度、冷端散熱模式，機械壓力、導熱相變材料材質影響而呈非線性變化等缺點使用不是很廣泛;而壓縮機制冷方式因效率高，節能環保，應用廣泛。亞低溫治療儀常用的為容積式壓縮機，但容積式壓縮機不能夠頻繁啟停，很難做到精準控溫。本文介紹了一種用于對亞低溫治療儀進行高精度溫度控制的方法，可使得水溫控制精度達到±0.3℃。

二、溫敏二極管測溫修正方法

通過設置不同的水溫，控制模塊獲得被測溫敏二極管在不同水溫的導通電壓，通過與控制模塊中預設的靈敏度及導通電壓參考值比較，計算出該溫敏二極管應搭配的補償電阻的阻值），并顯示在所述交互模塊上，所述交互模塊上還顯示基準測溫儀監測的實時溫度值、溫敏二極管測量溫度、補充電阻值。操作人員根據校準裝置計算得出的補償電阻的阻值，選擇合適的補償電阻，按校準裝置所示的連接方式連接到檢測座上，再一次對該溫敏二極管進行測試，如測試合格，則該溫敏二極管校準完成，可將補償電阻直接焊接到溫敏二極管上。通過補償電阻修正后的測溫傳感器測溫精度可達到±0.05℃。

三、新型溫度控制裝置系統及控制方法

1.新型溫度控制裝置系統框圖

新型溫度控制裝置系統包括水箱、制冷模塊、制熱模塊、內循環模塊、測控溫系統、顯示模塊、按鍵輸入模塊;水箱，用于存儲循環液體;制冷模塊通過導管與水箱連接，用于給水箱內液體降溫;制熱模塊置于水箱內部，用于給水箱內液體升溫;內循環模塊，用于循環水箱內液體，使水箱內溫度保持一致;測控溫系統連接水箱、制冷模塊、制熱模塊、內循環模塊、顯示模塊，用于測量水溫、控制水箱內溫度傳輸數據到顯示模塊;顯示模塊連接測控溫系統和按鍵輸入模塊，用于顯示水溫及系統狀態。

2.水溫精準控制修正方法

（1）壓縮機制冷功率測定

安裝完成的亞低溫制冷系統，通過標準加熱源進行測定。先在亞低溫制冷水箱中加入5000mL純凈水，使用連續可調0-1000W的標準加熱源對亞低溫制冷系統水溫在5℃、15℃、30℃進行對抗測定亞低溫在上述三個溫度點的制冷功率，測定的制冷功率記錄在表格中，用于進行軟件算法控制參數設定。

（2）加熱模塊功率測定

加熱模塊在標準的測試工裝上進行0-1000W功率測定，功率測試點為100W間隔0至1000W進行實際功率標定，改實際功率標定數據用于軟件算法中控制輸出加熱功率。

（3）水溫精準控制方法

將標定完成的制冷功率參數和加熱模塊功率參數導入至亞低溫治療儀軟件中，通過實時測溫系統精準測得實時水箱溫度，根據亞低溫設定目標溫度進行軟件控制，當實際水箱溫度比設定溫度高2℃以上時全功率開啟制冷系統，當實際水箱溫度比設定溫度在2℃以內時啟動加熱模塊并運用PID算法進行加熱功率PWM輸出，輸出加熱功率根據PID算法計算功率值進行計算輸出，使水箱溫度控制精度保持在±0.3℃的要求范圍內。

四、實驗與結果

通過設定新型水箱溫度控方法的設備目標溫度5℃、15℃、25℃，設定目標溫度完成之后啟動亞低溫治療儀進行工作，使用測溫精度為0.01℃的高精度測溫儀表進行測定水箱中的實際溫度，每組溫度測試進行三次記錄數據，實際測試數據如表1：

五、結論

新型亞低溫治療儀控制系統通過采用冷熱對抗水溫控制方式，避免了壓縮機的頻繁啟停導致縮短壓縮機壽命，造成設備故障。制冷模塊在控溫過程中持續全功率運行，所述測控溫系統通過調節制熱模塊功率，使制冷與制熱形成對抗，達到維持水溫在目標溫度±0.3℃的目的，提高亞低溫設備的控溫精度，本冷熱對抗水溫控制方式穩定可靠，可在亞低溫治療儀設備中進行量產。

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