一種自動(dòng)控溫加熱的水循環(huán)恒溫?zé)嵩磳?shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種自動(dòng)控溫加熱的水循環(huán)恒溫?zé)嵩磳?shí)驗(yàn)裝置。該裝置由加熱水箱、溫度和水循環(huán)控制裝置及恒溫?zé)崴藿M成；加熱水箱分為第一水箱和第二水箱，第一水箱內(nèi)置電加熱器、水循環(huán)泵、水溫傳感器和液位傳感器，第二水箱內(nèi)置水循環(huán)泵和水溫傳感器；第一水箱和第二水箱通過絕熱隔溫有機(jī)玻璃板上的連接管相通；加熱水箱側(cè)壁開4個(gè)孔，分別安裝加水管、出水管、回水管和電纜線管；溫度和水循環(huán)控制裝置由電源開關(guān)、斷電保護(hù)器、溫度控制器、繼電器、水循環(huán)泵開關(guān)和自動(dòng)加水控制器構(gòu)成；恒溫?zé)崴揄敳咳劢右粋€(gè)進(jìn)水管和一個(gè)出水管，分別通過絕熱管路與加熱水箱的出水管和回水管連接。該裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、輕巧，操作方便，控溫精度高，適用范圍廣。
【專利說明】一種自動(dòng)控溫加熱的水循環(huán)恒溫?zé)嵩磳?shí)驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種自動(dòng)控溫加熱的水循環(huán)恒溫?zé)嵩磳?shí)驗(yàn)裝置，屬于環(huán)境巖土工 程測(cè)量?jī)x器制造技術(shù)及測(cè)試領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 巖土體的熱物理特性是環(huán)境巖土工程關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容。近年來，隨著經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)诟鞣N工程建設(shè)中遇到了一系列與巖土體熱物理特性密切相關(guān)的問題： ①淺層地能開采過程中土體的熱濕遷移；②城市"熱島"效應(yīng)對(duì)土體的影響；③地鐵、隧道 等地下空間中的土體熱量傳遞和擴(kuò)散；④礦井熱害的預(yù)防等。在這些工程問題中，一方面 巖土體的熱物理特性影響著熱傳遞過程，另一方面工程活動(dòng)改變了地質(zhì)環(huán)境的溫度場(chǎng)，又 影響了巖土體的工程性質(zhì)，表現(xiàn)出復(fù)雜的耦合效應(yīng)。因此，在研究上述與熱相關(guān)的環(huán)境巖 土工程問題時(shí)，對(duì)巖土體的熱物理特性及相關(guān)耦合效應(yīng)進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)是一種必不可少的手 段；而在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)過程中，一種能夠自動(dòng)加熱、精確控溫并提供恒定溫度的熱源實(shí)驗(yàn)裝置是 至關(guān)重要的前提條件。目前，實(shí)驗(yàn)室一般采用"電阻絲加熱"和"水浴加熱"等方法制作實(shí) 驗(yàn)用熱源裝置。"電阻絲加熱"方法加熱不均，且溫度不易控制。"水浴加熱"法是水經(jīng)加熱 源加熱至一定溫度后存儲(chǔ)起來，當(dāng)自然冷卻至該溫度以下時(shí)，自動(dòng)加熱；采用該法時(shí)加熱水 槽中的水分易蒸發(fā)，為保持水槽中水位不變，需經(jīng)常向水槽中加水，加水瞬間水槽內(nèi)水溫難 以維持恒定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型的目的是克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)熱源的加熱不均、水溫難以維持恒定等缺點(diǎn)， 提供一種自動(dòng)控溫加熱的水循環(huán)恒溫?zé)嵩磳?shí)驗(yàn)裝置，為環(huán)境巖土體的熱物理特性室內(nèi)實(shí)驗(yàn) 提供一個(gè)恒溫?zé)嵩?。該裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、輕巧，操作方便，控溫精度高，適用范圍廣。
[0004] 本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種自動(dòng)控溫加熱的水循環(huán)恒溫?zé)嵩磳?shí)驗(yàn)裝置，由加 熱水箱、溫度和水循環(huán)控制裝置以及恒溫?zé)崴藿M成；加熱水箱采用20L車載保溫箱作為 保溫箱體，由絕熱隔溫有機(jī)玻璃板將水箱分為第一水箱和第二水箱；第一水箱的主要功能 是使其內(nèi)部的水溫達(dá)到目標(biāo)溫度，內(nèi)置電加熱器、水循環(huán)泵、水溫傳感器和液位傳感器；第 二水箱用來儲(chǔ)存達(dá)到目標(biāo)溫度的恒溫水，內(nèi)置水循環(huán)泵和水溫傳感器；第一水箱和第二水 箱之間通過絕熱隔溫有機(jī)玻璃板上的連接管相通，其上的連通開關(guān)由第一水箱內(nèi)部的水溫 傳感器和外置的溫度控制器控制；在保溫箱體兩側(cè)壁開有4個(gè)圓孔，分別用來安裝加水管、 出水管、回水管和電纜線管；溫度和水循環(huán)控制裝置由電源開關(guān)、斷電保護(hù)器、溫度控制器、 繼電器、內(nèi)部水循環(huán)泵開關(guān)、外部水循環(huán)泵開關(guān)和自動(dòng)加水控制器構(gòu)成，并集中安裝在一塊 20mm厚有機(jī)玻璃板上；溫度控制器用于設(shè)定預(yù)期目標(biāo)溫度，并通過繼電器和水溫傳感器聯(lián) 合控制電加熱器；自動(dòng)加水控制器通過液位傳感器控制加水開關(guān)；內(nèi)部水循環(huán)泵開關(guān)控制 加熱水箱的內(nèi)部水循環(huán)，外部水循環(huán)泵開關(guān)控制實(shí)驗(yàn)裝置的外部水循環(huán)；斷電保護(hù)器在線 路發(fā)生過載、短路、欠壓的情況下進(jìn)行可靠的保護(hù)；恒溫?zé)崴薏捎眉冦~制成一個(gè)密封長(zhǎng)方 體，其頂部熔接一個(gè)進(jìn)水管和一個(gè)出水管，分別通過絕熱管路與加熱水箱的出水管和回水 管相連接，形成了實(shí)驗(yàn)裝置的外部水循環(huán)，實(shí)驗(yàn)時(shí)其內(nèi)部循環(huán)的恒溫?zé)崴芴峁┖愣ǖ臒?源溫度。
[0005] 本實(shí)用新型的有益效果是：自動(dòng)控溫加熱的水循環(huán)恒溫?zé)嵩磳?shí)驗(yàn)裝置，采用恒溫 循環(huán)水提供恒定溫度的熱源，克服了加熱不均勻的缺點(diǎn)；同時(shí)，通過設(shè)置第一水箱和第二水 箱，能使實(shí)驗(yàn)裝置的循環(huán)水溫度保持恒定，克服了傳統(tǒng)水浴方法中水溫難以維持恒定的缺 點(diǎn)；最后，通過自動(dòng)加水控制器和液位傳感器的聯(lián)合使用，即避免了加熱過程中水分蒸發(fā)引 發(fā)的問題，又實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加水和防止干燒等功能，達(dá)到了節(jié)能、安全的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1是本實(shí)用新型自動(dòng)控溫加熱的水循環(huán)恒溫?zé)嵩磳?shí)驗(yàn)裝置的加熱水箱結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0007] 圖2是本實(shí)用新型自動(dòng)控溫加熱的水循環(huán)恒溫?zé)嵩磳?shí)驗(yàn)裝置的溫度和水循環(huán)控 制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008] 圖3是本實(shí)用新型自動(dòng)控溫加熱的水循環(huán)恒溫?zé)嵩磳?shí)驗(yàn)裝置的恒溫?zé)崴藿Y(jié)構(gòu) 示意圖。
[0009] 圖中標(biāo)記：1_保溫箱體；2-絕熱隔溫有機(jī)玻璃板；3-第一水箱；4-第二水箱； 5_電加熱器；6-水循環(huán)泵；7-水溫傳感器；8-液位傳感器；9-連接管；10-出水管；11-回 水管；12-加水管；13-電纜線管；14-20mm厚有機(jī)玻璃板；15-電源開關(guān)；16-斷電保護(hù)器； 17-溫度控制器；18-繼電器；19-內(nèi)部水循環(huán)泵開關(guān)；20-外部水循環(huán)泵開關(guān)；21-自動(dòng)加水 控制器；22-恒溫?zé)崴蓿?3-進(jìn)水管；24-出水管。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 實(shí)施例：
[0011] 本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下：
[0012] 參見圖1~3,本實(shí)用新型自動(dòng)控溫加熱的水循環(huán)恒溫?zé)嵩磳?shí)驗(yàn)裝置，包括加熱水 箱、溫度和水循環(huán)控制裝置及恒溫?zé)崴蕖＜訜崴洳捎?0L車載保溫箱作為保溫箱體1， 由絕熱隔溫有機(jī)玻璃板2將水箱分隔為第一水箱3和第二水箱4 ;第一水箱3內(nèi)置電加熱 器5、水循環(huán)泵6、水溫傳感器7和液位傳感器8,第二水箱4內(nèi)置水循環(huán)泵6和水溫傳感器 7,第一水箱3和第二水箱4之間通過絕熱隔溫有機(jī)玻璃板2上的連接管9相通，其上的連 通開關(guān)由第一水箱3內(nèi)部的水溫傳感器7和外置的溫度控制器17控制；在保溫箱體兩側(cè) 壁開有4個(gè)圓孔，分別用來安裝出水管10、回水管11、加水管12和電纜線管13。溫度和水 循環(huán)控制裝置由電源開關(guān)15、斷電保護(hù)器16、溫度控制器17、繼電器18、內(nèi)部水循環(huán)泵開關(guān) 19、外部水循環(huán)泵開關(guān)20、自動(dòng)加水控制器21構(gòu)成，集中安裝在一塊20mm厚有機(jī)玻璃板14 上。恒溫?zé)崴?2采用導(dǎo)熱熱阻非常小的純銅制成一個(gè)密封長(zhǎng)方體，頂部熔接一個(gè)進(jìn)水管 23和一個(gè)出水管24,分別通過絕熱管路與加熱水箱的出水管10和回水管11相連接，形成 了實(shí)驗(yàn)裝置的外部水循環(huán)，實(shí)驗(yàn)時(shí)其內(nèi)部循環(huán)的恒溫?zé)崴商峁┖愣ǖ臒嵩礈囟取?br> [0013] 以上是本實(shí)用新型所述實(shí)施例裝置的結(jié)構(gòu)描述，下面對(duì)其各部分的工作原理和整 個(gè)實(shí)施流程進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0014] 各部分說明及其工作原理：
[0015] (1)加熱水箱：采用20L車載保溫箱作為保溫箱體1，箱體材料為進(jìn)口 PP聚丙烯， 中間夾層采用優(yōu)質(zhì)EPS保溫模塊，箱蓋邊緣處及箱身各處接口均以高精度配合位無縫隙設(shè) 計(jì)，能夠持久保溫；由絕熱隔溫有機(jī)玻璃板2將水箱分隔為第一水箱3和第二水箱4,容積 分別為12L和8L ;在保溫箱體兩側(cè)開有4個(gè)圓孔，分別用來安裝出水管10、回水管11、加水 管12和電纜線管13。第一水箱3主要用來使其內(nèi)部水溫加熱到目標(biāo)溫度，并保持水位不 變，為第二水箱4提供恒溫?zé)崴?，其工作原理是：外部的溫度控制?7設(shè)定預(yù)期目標(biāo)溫度， 內(nèi)置的水溫傳感器7量測(cè)水溫并反饋到溫度控制器17,通過繼電器18控制內(nèi)置電加熱器5 的啟動(dòng)和關(guān)閉；內(nèi)置的液位傳感器8控制加水開關(guān)的開閉，保證箱內(nèi)水位不變；內(nèi)置的水循 環(huán)泵6用于箱內(nèi)水的循環(huán)，促進(jìn)電加熱器5周圍的熱量擴(kuò)散，使箱內(nèi)水溫盡快均勻。第二水 箱4主要用來儲(chǔ)存達(dá)到目標(biāo)溫度的恒溫水，并通過內(nèi)置水循環(huán)泵6使箱內(nèi)水流入恒溫?zé)崴?罐22中。第一水箱3和第二水箱4之間通過絕熱隔溫有機(jī)玻璃板2上的連接管9相通，其 上的連通開關(guān)由第一水箱3內(nèi)部的水溫傳感器7和外置的溫度控制器17控制，其工作原理 是：當(dāng)?shù)谝凰?內(nèi)的水溫達(dá)到目標(biāo)溫度時(shí)，內(nèi)置的水溫傳感器7測(cè)試水溫值并反饋至外置 的溫度控制器17,由其控制打開連通開關(guān)；反之，當(dāng)?shù)谝凰?內(nèi)的水溫低于目標(biāo)溫度時(shí)， 溫度控制器17則自動(dòng)控制閉合連通開關(guān)。
[0016] ⑵電加熱器5 :采用并聯(lián)兩個(gè)功率均為800W的電熱器共同工作，為擴(kuò)大其加熱范 圍，在電加熱器上、下兩面各連接一個(gè)散熱片，使箱內(nèi)水熱擴(kuò)散更均勻、加熱效果更好；由螺 栓將電加熱器與上、下散熱片緊密連接成一體，通過4個(gè)支架固定在第一水箱3底部的中間 部位。
[0017] (3)水循環(huán)泵6 :采用JY-PG-150型潛水泵，最大揚(yáng)程I. 6m，最大流量800L/h ;在第 一水箱3內(nèi)置的電加熱器5周圍對(duì)稱安裝兩臺(tái)潛水泵，用于水箱內(nèi)部水的循環(huán)，促進(jìn)加熱器 周圍的熱量擴(kuò)散，使箱內(nèi)水溫盡快均勻(稱之為"內(nèi)循環(huán)");在第二水箱4內(nèi)側(cè)壁上安裝一臺(tái) 潛水泵，位于出水管正下方IOcm處，通過軟管與出水管連接，用于實(shí)驗(yàn)裝置的外部水循環(huán) (稱之為"外循環(huán)")。
[0018] (4)水溫傳感器7 :采用PT-100鉬電阻溫度傳感器，標(biāo)定精度為0. 1°C，測(cè)量范圍 為-2(T15(TC ;通過夾具將水溫傳感器7分別固定于第一水箱3和第二水箱4的箱內(nèi)中部 位置，用于測(cè)量箱內(nèi)水的溫度；第一水箱3的水溫傳感器7與水溫控制器17、繼電器18聯(lián) 合使用，對(duì)箱內(nèi)水的溫度進(jìn)行恒溫控制。
[0019] (5)液位傳感器8 :采用ZC-SS200L側(cè)裝型水箱浮球閥，使用美國OKI進(jìn)口干簧管 及SUS304材質(zhì)制作，工作溫度為120°C以內(nèi)；外置的自動(dòng)加水控制器21與加水管12上的 加水開關(guān)相連，通過液位傳感器8感應(yīng)第一水箱3內(nèi)的水位高低，三者聯(lián)合對(duì)水位進(jìn)行控 制，其工作原理是：液位傳感器8有高、低兩個(gè)感應(yīng)點(diǎn)，當(dāng)箱內(nèi)水位低于低感應(yīng)點(diǎn)時(shí)，控制器 21自動(dòng)打開加水開關(guān)，對(duì)水箱進(jìn)行加水；當(dāng)箱內(nèi)水位高于高感應(yīng)點(diǎn)時(shí)，控制器21自動(dòng)閉合 加水開關(guān)，對(duì)水箱停止加水。
[0020] (6)溫度和水循環(huán)控制裝置：包括電源開關(guān)15、斷電保護(hù)器16、溫度控制器17、繼 電器18、水循環(huán)開關(guān)19 (20)和自動(dòng)加水控制器21，其工作原理是：溫度控制器17設(shè)定預(yù)期 目標(biāo)溫度，并通過繼電器18和水溫傳感器7聯(lián)合控制電加熱器5 ;自動(dòng)加水控制器21通過 液位傳感器8控制加水開關(guān)；水循環(huán)泵開關(guān)19 (20)控制實(shí)驗(yàn)裝置的水循環(huán)，分為加熱水箱 的內(nèi)部水循環(huán)和實(shí)驗(yàn)裝置的外部水循環(huán)；斷電保護(hù)器16在線路發(fā)生過載、短路、欠壓的情 況下進(jìn)行可靠的保護(hù)；上述電源開關(guān)15、斷電保護(hù)器16、溫度控制器17、繼電器18、水循環(huán) 泵開關(guān)19 (20)、自動(dòng)加水控制器21全部集中安裝在一塊20mm厚有機(jī)玻璃板14上。
[0021] (7)恒溫?zé)崴?2 :采用導(dǎo)熱熱阻非常小的純銅制成一個(gè)密封長(zhǎng)方體，為防止熱 量散失，僅熱源接觸壁面為光滑純銅平面，其它各面均貼上絕熱隔溫材料，罐體的尺寸大小 視實(shí)驗(yàn)時(shí)熱源的接觸面要求而定；熱水罐頂部熔接一個(gè)進(jìn)水管23和一個(gè)出水管24,分別通 過絕熱管路與加熱水箱的出水管10和回水管11相連接，形成了實(shí)驗(yàn)裝置的外部水循環(huán)，實(shí) 驗(yàn)時(shí)其內(nèi)部循環(huán)的恒溫?zé)崴商峁┖愣ǖ臒嵩礈囟?；進(jìn)水管23深入罐體底部，出水管24直 接熔接在罐體頂部，且進(jìn)水管徑稍小于出水管徑，目的是保證在水循環(huán)泵作用下罐內(nèi)的水 不產(chǎn)生過大的壓力。
[0022] 以熱源溫度T=40°C為例，說明該裝置的整個(gè)實(shí)施流程如下：
[0023] 步驟1 :將加水管12用軟塑料管連接到實(shí)驗(yàn)室水龍頭上，打開龍頭使水進(jìn)入到第 一水箱3內(nèi)，并保持水龍頭一直處于打開狀態(tài)。
[0024] 步驟2 :連接溫度和水循環(huán)控制裝置的電源并打開電源開關(guān)；自動(dòng)加水控制器21 通過液位傳感器8控制加水管12上的加水開關(guān)，使第一水箱內(nèi)的水位至合適位置。
[0025] 步驟3 :將溫度控制器17的溫度設(shè)定為40°C ;溫度控制器17通過繼電器18和水 溫傳感器7聯(lián)合控制電加熱器5,對(duì)第一水箱3內(nèi)的水進(jìn)行加熱。
[0026] 步驟4:打開內(nèi)部水循環(huán)泵開關(guān)19,第一水箱3內(nèi)的兩臺(tái)水循環(huán)泵開始運(yùn)轉(zhuǎn)，通過 箱內(nèi)的水不斷循環(huán)促進(jìn)電加熱器5周圍的熱量擴(kuò)散，加速水溫均勻。
[0027] 步驟5 :第一水箱3內(nèi)的水溫傳感器7量測(cè)到箱內(nèi)水溫為40°C時(shí)，反饋至溫度控制 器17,通過繼電器18關(guān)閉電加熱器5,停止對(duì)箱內(nèi)水進(jìn)行加熱；同時(shí)，溫度控制器17打開連 接管9上的連通開關(guān)，使40°C的恒溫水流入第二水箱4。此時(shí)，第一水箱3內(nèi)的水位下降， 自動(dòng)加水控制器21通過液位傳感器8控制加水管12上的加水開關(guān)，使第一水箱內(nèi)的水位 至合適位置；由于新加入水的溫度較低，第一水箱內(nèi)3內(nèi)的水溫將低于40°C，溫度控制器17 將關(guān)閉連接管9上的連通開關(guān)，同步地，溫度控制器17通過繼電器18和水溫傳感器7聯(lián)合 控制電加熱器5,對(duì)第一水箱3內(nèi)的水進(jìn)行加熱。如此反復(fù)幾次，直到第二水箱4內(nèi)的40°C 恒溫水位至合適位置。
[0028] 步驟6 :打開外部水循環(huán)泵開關(guān)20,第二水箱4內(nèi)的水循環(huán)泵6使箱內(nèi)水流入恒溫 熱水罐22中；等恒溫?zé)崴?2內(nèi)裝滿水后，由于壓力的作用，多余的水將通過出水管24經(jīng) 過回水管11流入到第一水箱3內(nèi)，再進(jìn)行箱內(nèi)水循環(huán)。如此，形成了實(shí)驗(yàn)裝置的整個(gè)外部 水循環(huán)，實(shí)驗(yàn)時(shí)其內(nèi)部循環(huán)的恒溫?zé)崴商峁┖愣ǖ臒嵩礈囟取?br> 【權(quán)利要求】
1. 一種自動(dòng)控溫加熱的水循環(huán)恒溫?zé)嵩磳?shí)驗(yàn)裝置，由加熱水箱、溫度和水循環(huán)控制裝 置及恒溫?zé)崴藿M成，其特征在于加熱水箱采用20L車載保溫箱作為保溫箱體（1)，由絕熱 隔溫有機(jī)玻璃板（2)將水箱分隔為第一水箱（3)和第二水箱（4);第一水箱（3)內(nèi)置電加熱 器（5)、水循環(huán)泵（6)、水溫傳感器（7)和液位傳感器（8)，第二水箱（4)內(nèi)置水循環(huán)泵（6) 和水溫傳感器（7)，第一水箱（3)和第二水箱（4)之間通過絕熱隔溫有機(jī)玻璃板（2)上的連 接管（9)相通，其上的連通開關(guān)由第一水箱（3)內(nèi)部的水溫傳感器（7)和外置的溫度控制 器（17)控制；在保溫箱體兩側(cè)壁開有四個(gè)圓孔，分別用來安裝出水管（10)、回水管（11)、力口 水管（12)和電纜線管（13);溫度和水循環(huán)控制裝置由電源開關(guān)（15)、斷電保護(hù)器（16)、溫 度控制器（17)、繼電器（18)、內(nèi)部水循環(huán)泵開關(guān)（19)、外部水循環(huán)泵開關(guān)（20)和自動(dòng)加水 控制器（21)構(gòu)成，并集中安裝在一塊20mm厚有機(jī)玻璃板（14)上；恒溫?zé)崴蓿?2)采用純 銅制成一個(gè)密封長(zhǎng)方體，頂部熔接一個(gè)進(jìn)水管（23)和一個(gè)出水管（24)，分別通過絕熱管路 與加熱水箱的出水管（10)和回水管（11)相連接，形成了實(shí)驗(yàn)裝置的外部水循環(huán)，實(shí)驗(yàn)時(shí)其 內(nèi)部循環(huán)的恒溫?zé)崴芴峁┖愣ǖ臒嵩礈囟取?br> 【文檔編號(hào)】F24H1/20GK204141839SQ201420573118
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月7日
【發(fā)明者】曾召田, 趙艷林, 呂海波, 羅伯光, 韋昌富, 顏榮濤 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)