新型單機(jī)壓縮機(jī)高低溫試驗箱的研制
隨著環(huán)境試驗技術(shù)的發(fā)展,對一些重要軍用設(shè)備的關(guān)鍵部件和電子元器件.需用到體積小、制冷溫度低、控制精度高的小型高低溫試驗箱.而目前我國生產(chǎn)的高低溫箱(箱內(nèi)容積最小為 60 升),其制冷系統(tǒng)均以氟利昂作為制冷劑,且必須使用2臺壓縮機(jī),不僅體積大,而且降溫時間也比較長。為此,我們新近研制了一種容積為30升的小型高低溫試驗箱,采用非氟利昂制冷劑,單機(jī)壓縮機(jī),不僅使制冷系統(tǒng)整體體積縮小,而且低溫性能良好。它可進(jìn)行高溫恒溫、超低溫恒溫、高低溫程控循環(huán)試驗。該設(shè)備生產(chǎn)成本低、箱體體積小、溫控精度高、設(shè)計安全可靠,在電工、電子、軍用材料、家用電器和醫(yī)學(xué)生物等領(lǐng)域均有廣泛用途。
 
  2   制冷系統(tǒng)設(shè)計
   本箱體的制冷系統(tǒng)是采用單個全封閉小型壓縮機(jī),非氟里昂制冷劑,達(dá)到一70℃以一下低溫的制冷系統(tǒng)。其特點是:體積小,制冷效率高。
 
  2.1制冷系統(tǒng)的工作原理
   單機(jī)壓縮機(jī)制冷系統(tǒng),由1.壓縮機(jī),2.冷凝器,3.通風(fēng)機(jī),4.干燥過濾器,5.同流換熱器,6.低溫節(jié)流閥,7.蒸發(fā)器,8.調(diào)節(jié)閥組成。在裝置中充滿三種成份的烴類混合制冷劑.壓縮在壓縮機(jī)中的混合物流向冷凝器.在冷凝器中只有一種成分轉(zhuǎn)換成液相。通過冷凝器后,高壓蒸汽液體混合物通過過濾器到達(dá)同流換熱器,冷卻至約一40 ℃~一50℃,通過同流換熱器蒸汽液體混合物不斷地節(jié)流,溫度降低至約-10 0 ℃,并流向熱交換器。在這里混合物汽化,并回升至一80℃,然后逆流流到冷卻直流的同流換熱器中。從同流換熱器中出來后,逆流混合物的溫度比室溫低 10 一 巧 ℃,并回到壓縮機(jī)中。
 
  2.2 制冷系統(tǒng)主要特性的計算
   2.2.1箱子的熱計算主箱體可看作一個正方體,容積v=o 40 升,表面積F 二 O.M7,。在箱子為正方體的條件下,所計算的熱流表面積等于箱子的表面積,且不取決于絕熱層的厚度6.隨著6的變化,箱子的外部尺寸也隨著之變化。箱子本身及其外殼是用厚度為0.6 ~2.Smul的不銹鋼作的,箱壁和外殼的熱阻可以忽略不計。用聚苯乙烯作為絕熱層,其熱導(dǎo)系數(shù)為入=0.04 w/ MK,比重為丫 T二33KG /r 熱流量 =Q KF (T一T0 )K一環(huán)境空氣和箱內(nèi)空氣之間的散熱系數(shù);T和T于環(huán)境溫度和箱內(nèi)溫度,計算時 =T 30K0,TO二2 03K
 
箱子內(nèi)外的散熱系數(shù),在自然對流沒有通風(fēng)的條件下絕熱體的厚度為90 毫米。此時,可計算出箱體的熱流量為28w。估算表明,通過導(dǎo)線的熱流量不超過 10 瓦,而熱橋上的則不超過7瓦。所以,可以的計算,靜止?fàn)顟B(tài)下的箱內(nèi)溫度等于一 70℃,流到箱內(nèi)的總流量為45 瓦。
   .
2.2 混合制冷劑的熱力性質(zhì)的計算
   對于多成分工質(zhì),可運用體積狀態(tài)方程來進(jìn)行熱力計算和節(jié)流循環(huán)的分析。其主要優(yōu)點在于:    1) 熱力性質(zhì)計算,方程式簡單,    
      2) 說明氣態(tài)和液態(tài)平衡物質(zhì)的連續(xù)性在體積狀態(tài)方程中,我們使用P K B (列德里赫一克沃格) 方程計算熱力性質(zhì).P KB方程:
 
 
 
上述關(guān)系式中,i“(T)和 s“(T)一般為溫度的多項式.
 對于多成份工質(zhì),方程保持原狀,0s(約一理想氣體消的溫度關(guān)系但它的參數(shù)a和b則取決于混合物的成分。采用貝爾特拉一果爾采恩參數(shù)的復(fù)合定理:
 
   根據(jù)以上公式,可計算出各種混合冷卻劑的機(jī)器特性,并比較其循環(huán)特性。
 
3.電器控制原理
4.
  3.1設(shè)計要求:a.箱體內(nèi)溫度范圍:一 70 ~ +125℃;b.升降溫速率:十 35℃降至一 70℃的時間簇 90 分鐘,反之亦然;。.考核升降溫速率時:環(huán)境溫度+15 ~ + 35℃:d.溫度波動度:士 0.5 ℃;e
.溫度均勻度:士 2 ℃。
3.2控制原理
 
   控制原理框圖如上圖所示,盯 為10鉑電阻,在很寬的溫度范 圍內(nèi)有良好的均勻性各靈敏度短處是必須附加恒流源裝置。虛線框內(nèi)代表PDI溫度程字控制器,通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)來平衡箱內(nèi)溫度。我們在本設(shè)備的設(shè)計中,采用了的數(shù)字可編程調(diào)節(jié)器,由于生產(chǎn)廠家是批量生產(chǎn),所以成本并不高,而功能卻很強(qiáng),控制精度也極高。它在裝機(jī)運行中,經(jīng)過我們仔細(xì)設(shè)計,顯示了強(qiáng)大的控制功能,克服了以往 PI D 調(diào)節(jié)器調(diào)試周期長應(yīng)用難度大的困難。由于我們采用時間比例溫度功率輸出,大功率可控硅代替繼電器開關(guān),特別是制冷系統(tǒng)啟動/關(guān)停程序自動控制技術(shù), 避免了節(jié)流裝置中毛細(xì)管長度改變控制低溫溫度以達(dá)到平衡的老方法,在高溫恒溫和低溫恒溫都有0.2 的控制精度。這些設(shè)計措施,不公有效地提高整機(jī)性能,且許多控制機(jī)能都集中于 PDI調(diào)節(jié)器本身,大大減少了外部電路,PI D調(diào)節(jié)器又有極強(qiáng)的抗干擾和可靠性安全性能,使得整臺設(shè)備的可靠性水平大大提高。
 
 
4.箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計
 
箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要體現(xiàn)以下特點:
(1) 體積小,,重量輕;
(2) 絕熱層采用聚氨醋發(fā)泡,隔熱效果較好;
(3) 外形美觀;箱體前面部分采用 目前較流行的圓弧形設(shè)計,箱體本身和它的外殼是用厚度為0.6 ~2.Snl的不銹鋼材料,用數(shù)控車床加工而成的。
 
箱體的熱交換原理
箱體的熱交換特點是在熱交換通道內(nèi)將冷熱空氣混合,得到均勻的氣流后,再送工作箱內(nèi)。采用軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)裝置,結(jié)構(gòu)簡單,依靠它的攪拌風(fēng)力能在較寬的溫度范圍內(nèi)使用,這種系統(tǒng)溫度溫度均勻度性能良好。箱體隔熱材料選用聚氨酷,這種材料具有導(dǎo)熱率低、熱穩(wěn)定性能好的特點。
 
5.試驗結(jié)果
  采用典型的機(jī)載 電子設(shè)備可靠性試驗溫度剖面,我們進(jìn)行了溫度試驗,試駿數(shù)據(jù)見下表。
 
試驗結(jié)果表明 ( 見圖2 ),除升溫和降溫階段之外,該設(shè)備其他階段的精度均可達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)無水平.
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