[发明专利]一种测量与控制露点温度的装置及其实现方法

权利要求书

1.一种测量与控制露点温度的实现方法，其特征在于：其借助一种测量与控制露点温度的装置来实现，其包括测量露点温度的方法和以露点温度为控制目标的实现方法；

所述测量与控制露点温度的装置，包括主控制器、传感器模块、触摸屏、加湿模块、制冷控制电路、压缩机和加热器及其控制电路；

所述传感器模块包括温湿度传感器和A/D转换器；所述温湿度传感器经A/D转换器接到主控制器模拟量扩展端口；所述触摸屏通过通讯端口与主控制器双向连接；

所述主控制器的第一输出端接所述加湿模块的输入端，所述主控制器的第二输出端经制冷控制电路接压缩机，所述主控制器的第三输出端接加热器及控制电路；

所述主控制器为西门子公司的PLC226；所述温湿度传感器为由两支规格相同的Pt100热电阻组成的干湿球温度计；所述A/D转换器为西门子公司的模拟量扩展模块EM223；

所述加湿模块采用浅水盘加湿法，其包括加热丝及控制电路；所述加热丝及控制电路由固态继电器SSR2和加热丝组EH2组成；所述加热丝组EH2与固态继电器SSR2的负载端串联后接在电源与地之间；所述固态继电器SSR2的控制端接所述主控制器PLC226的输出口Q0.1；

所述制冷控制电路由继电器K、电磁阀YV3、电磁阀YV4.1组成；所述继电器K接主控制器PLC226的输出口Q0.2；所述继电器K的常开触点K-1与制冷电磁阀YV4.1串联后接在电源与地之间；所述继电器K的常闭触点K-2与液旁电磁阀YV3串联后接在电源与地之间；所述制冷电磁阀YV3、液旁电磁阀YV4.1分别经各自管路接压缩机相应端口；

所述加热器及其控制电路由加热丝组EH1与固态继电器SSR1组成，所述加热丝组EH1与固态继电器SSR1的负载端串联后接在电源与地之间；所述固态继电器SSR1的控制端接所述主控制器PLC226的输出口Q0.0；

所述触摸屏的型号为西门子公司的SmartIE1000；

所述测量露点温度的方法包括以下步骤：

(1)采集步骤：

利用所述干湿球温度计采集到干球温度T₁和湿球温度T₂；

(2)计算露点温度步骤：

a.计算纯水平面的饱和水汽压：利用下述公式(1)计算出湿球温度T₂对应的纯水平面的饱和水汽压e_w，

e_w＝e_wsexp[13.3185×(1-T_s/T)-1.9760×(1-T_s/T)²-0.6445×(1-T_s/T)³-0.1299×(1-T_s/T)⁴] (1)

其中，T为热力学温度，单位为开尔文，符号为K，其数值与摄氏温度关系如关系式T＝t+273.15，t为摄氏温度，单位为摄氏度，符号为℃；

e_w为湿球温度T₂所对应的纯水平面的饱和水汽压，单位为百帕，符号为hPa；

T_s为沸点温度，为常数373.15K；

e_ws为沸点温度下的饱和水汽压，常数1013.25hPa；

b.计算当前环境水汽压：利用如下述公式(2)计算当前环境水汽压，

e＝e_w-AP(T₁-T₂) (2)

其中，e为当前环境空间的水汽压，单位为百帕，符号为hPa；

e_w为湿球温度T₂所对应的纯水平面的饱和水汽压，单位为百帕，符号为hPa；

A为湿度系数；

P为当前大气压力，单位为百帕，符号为hPa；

T₁、T₂分别为干球温度、湿球温度，单位为摄氏度，符号为℃；

c.计算露点温度：利用下述公式(3)计算出露点温度T_d，

T_d＝n₀+n₁ln(e)+n₂[ln(e)]²+n₃[ln(e)]³+n₄[ln(e)]⁴+n₅[ln(e)]⁵+n₆[ln(e)]⁶ (3)

其中，e为步骤(b)中计算得到的当前环境水汽压，单位为百帕，符号为hPa；

T_d为计算所得当前露点温度，单位为摄氏度，符号为℃；

n₀～n₆为多项式系数，n₀＝-2.259529963×10¹，n₁＝1.133418988×10¹，n₂＝5.756940348×10^-1，n₃＝3.025080051×10^-2，n₄＝1.778276954×10^-3，n₅＝7.443287646×10^-5，n₆＝1.129170314×10^-5；

(3)计算露点温度的误差：

利用测量露点温度的方法，每隔固定的采样时间T_s测量一次露点温度，并将测量所得露点温度值与露点温度设定值做代数差，得出露点温度误差，见下述公式(4)：

e_Td＝SP_Td-PV_Td (4)

其中，e_Td为露点温度误差，单位为摄氏度，符号为℃；

SP_Td为露点温度设定值，单位为摄氏度，符号为℃；

PV_Td为测量露点温度值，单位为摄氏度，符号为℃；

采样时间T_s的单位为秒，符号为s；

(4)计算PI控制器的输出：

以步骤(3)中得出的露点温度误差，建立PI控制器见下述公式(5)，并计算出输出，

u＝k_p*e_Td+k_i*e_Td (5)

其中，u为PI控制器的输出值，并限定在0～1.0之间；

k_p为比例系数，k_i为积分系数；

(5)计算湿度执行机构动作时间：

设定湿度执行机构的执行周期为T，利用下述公式计算出每个执行周期内高电平时间TH与低电平时间TL：

T_H＝T*u (6)

T_L＝T-T_H (7)

将得出的每个执行周期内高电平时间T_H与低电平时间T_L分别输入到所述主控制器PLC226的输出口Q0.1来控制加热丝及控制电路中固态继电器SSR2的通断。