上海跃进医疗器械有限公司杨昱峰获国家专利权
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龙图腾网获悉上海跃进医疗器械有限公司申请的专利一种恒温恒湿箱控制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120010606B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-23发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510158903.0,技术领域涉及:G05D27/02;该发明授权一种恒温恒湿箱控制方法是由杨昱峰;沈福军设计研发完成,并于2025-02-13向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种恒温恒湿箱控制方法在说明书摘要公布了:本发明涉及恒温恒湿箱技术领域,具体涉及一种恒温恒湿箱控制方法,包括以下步骤:S1、设计恒温恒湿系统,基于帕尔贴效应通过改变电流的极性控制模式转换,模式包括制冷和加热;本发明在使用时,较传统恒温恒湿类产品,节省了零部件,有利于节约成本,根据湿度数据变化动态调节加湿和除湿的速率和调节加湿和除湿的强度,有利于提高了湿度在预设范围内波动的稳定性,优化控制策略,确保温度差在±0.5℃内被视为已稳定。不仅有利于提高温度控制的精确性,还避免了过度调节和能源浪费,在接近目标温湿度时,选择低功率调整非关键设备,达到节能和提高系统稳定性的效果,有利于提高了恒温恒湿系统的适应性、效率和可靠性。
本发明授权一种恒温恒湿箱控制方法在权利要求书中公布了:1.一种恒温恒湿箱控制方法,其特征在于,包括以下步骤: S1、设计恒温恒湿系统,基于帕尔贴效应通过改变电流的极性控制模式转换,模式包括制冷和加热; S2、通过传感器采集恒温恒湿箱内部的温度数据和湿度数据,实时监测制冷模式和加热模式下温度和湿度的变化; S3、根据湿度数据的高低变化,控制恒温恒湿系统进行对应除湿和加湿的工作; S4、根据恒温恒湿箱预设的温度条件,通过控制电流的方向调节恒温恒湿箱内部的温度; S5、根据温度数据和湿度数据在调节时的变化进行智能分析和优化; 在步骤S1中,设计恒温恒湿系统,基于帕尔贴效应通过改变电流的极性控制模式转换,模式包括制冷和加热的方法为: 将传统恒温恒湿产品内的制冷压缩机、蒸发器和空气加热器替代为半导体致冷器,将除湿器和水槽加热器替代为水冷半导体致冷器,用两块不同材料的导体连接成电偶,帕尔贴效应依靠电流通过两种不同材料的半导体时,在电偶的冷端吸热、热端放热,从而实现温度调节;通过反转电流的方向,冷端与热端的功能互换,从而实现制冷和加热两种模式,帕尔贴效应与温度调节公式:,其中表示由电流和温差引起的总热效应,是热电系数,是热导率,是两端温差,是电流强度,是温差的平方,是直流电压,是半导体的热电阻,表示单位时间内传递的热量; 在步骤S2中,通过传感器采集恒温恒湿箱内部的温度数据和湿度数据,实时监测制冷模式和加热模式下温度和湿度的变化的方法为: 通过传感器进行数据采集,传感器包括PT100温度传感器和DHT22湿度传感器,采集到的温度数据和湿度数据通过Arduino微控制器进行实时处理,温度数据和湿度数据被校准并经过滤波处理,根据温度数据和湿度数据监控箱内的温湿度变化,设目标温度为,目标湿度为,滤波处理公式:,其中是滤波器的时间常数,是拉普拉斯变换变量,是系统的传递函数; 根据温湿度变化判断是否需要切换工作模式,在制冷模式下,温度逐渐降低,湿度上升,在加热模式下,温度升高,湿度下降;实时的温度数据和湿度数据通过UART、I2C或SPI中任意一种的通信协议进行传输,用于实时监控和调节,判断公式:,其中表示当前温度与目标温度之间的差异,表示当前湿度与目标湿度之间的差异,当且时切换工作模式,是温度偏差的阈值,是湿度偏差的阈值; 在步骤S3中,根据湿度数据的高低变化,控制恒温恒湿系统进行对应除湿和加湿的工作的方法为: 用户自行设定湿度的上下限阈值,当湿度低于40%RH时启动加湿操作,超过70%RH时启动除湿操作;除湿过程中,通过水冷半导体制冷器利用帕尔贴效应使冷端温度降至低于空气露点温度,从而实现水蒸气凝结;加湿时,通过改变水冷半导体制冷器的直流电压极性,对恒温恒湿箱中的加湿水槽内的水进行加热,水温上升后,水汽蒸发,达到加湿目的,湿度变化公式:,其中是温度变化率与湿度变化率的比值,表示湿度变化对温度调整的线性影响程度,表示温差变化对湿度调整的影响程度,表示空气中的水蒸气开始凝结的温度,湿度阈值控制公式:,其中代表当前的湿度值,是除湿模式启动,是加湿模式启动; 除湿过程和加湿过程都受到传感器的实时反馈,根据实际湿度变化动态调节操作强度,同时,还会调节加湿和除湿速率以及实施温度保护和湿度保护,并记录湿度数据和操作日志,分析和优化湿度控制策略,动态调节公式;,其中是加湿过程中的湿气的质量流量,是加湿过程的函数,是加湿效率,是当前的温度差,是制冷功率,是除湿过程中的湿气的质量流量,是除湿过程的函数,是除湿效率,是当前的温度差,是加热功率; 在步骤S4中,根据恒温恒湿箱预设的温度条件,通过控制电流的方向调节恒温恒湿箱内部的温度的方法为: 通过PT100温度传感器实时从恒温恒湿箱内采集的温度数据,与用户预设的目标温度进行比较;通过计算温度差,判断是否需要调整电流方向,以执行加热或制冷中任意一种操作;采用PID控制算法来平稳调节温度,通过实时监控温度数据进行闭环控制,当温度高于用户预设的目标温度,则启动制冷模式;当温度低于用户预设的目标温度,则反向调节电流方向,启动加热模式,PID控制算法的表达式:,其中是控制输出,是误差,是比例增益,是积分增益,是微分增益,是误差的积分,是误差的导数: 通过动态调整PID参数模型优化响应时间和平衡反应力度;温度差若小于容忍范围±0.5°C,则视为温度已稳定;同时,设有过温和低温保护机制,并通过自适应算法优化PID参数,根据过往温度数据动态调整控制策略,动态调整PID参数模型表达式:,其中是一个时间依赖的函数,是比例增益的基准值,是比例增益随误差变化的调整系数,是当前误差,是动态变化的积分增益,是积分增益的基准值,是一个系数控制误差积分对增益的影响,表示从起始时间到当前时刻的误差积分,是动态变化的微分增益,是微分增益的基准值,是微分增益调整系数,是误差的变化率; 在步骤S5中,根据温度数据和湿度数据在调节时的变化进行智能分析和优化的方法为: 通过计算温度数据和湿度数据分别与目标值的差异,智能选择加热、制冷、加湿或除湿中的任意一种工作模式,当温度数据超出用户预设目标值时,根据湿度数据选择启动制冷或加热中的任意一种工作模式,同时根据湿度数据用户预设目标值的误差决定是否启动加湿或除湿中的任意一种工作模式;当温度数据和湿度数据同时出现波动,采用平衡控制策略,实现加热、制冷、加湿和除湿模式的同步调节,智能选择公式:,其中是在时刻的状态向量,是下一个时刻的状态,是当前状态到下一个状态的线性关系的矩阵,是控制矩阵,是在时刻的控制输入向量; 利用PID控制算法,结合比例、积分和微分项来实时调整工作模式,同时,通过自适应调节和机器学习算法优化控制策略,持续学习温度数据和湿度数据的波动规律,此外,通过模糊控制进行智能决策,处理不确定性和复杂情境下的温度和湿度调节需求,通过温湿度耦合控制,协调温湿度调节过程,在接近用户预设目标温湿度时选择低功率调整非关键设备,模糊控制与智能决策的表达公式:,其中是温度误差的模糊隶属函数,是湿度误差的模糊隶属函数。
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