[发明专利]一种基于多温区精确控制的大型液氮制冷式深冷处理设备

说明书

本发明公开了一种基于多温区精确控制的大型液氮制冷式深冷处理设备，包括冷量输入装置、大型深冷箱、冷量辅助调节装置，大型深冷箱包括箱体，所述的箱体一端设有液氮分散室，另一端设有尾气贮存电磁阀，液氮分散室与尾气贮存电磁阀之间的腔体为工件处理腔，工件处理腔与液氮分散室之间设有腔室隔板；本发明中采用划分区域和在对应的区域中设置温度传感器，采用加权求和的算法来计算得到更为精确的环境温度，利用精确的环境温度实现对温度不均匀的工作处理腔精确控温，并通过高压汽化喷头精确微调，达到了对工件更好地深冷处理效果，避免了因温度不均匀、不达标导致工件内部结构问题；更精确的温度控制可以有效降低液氮的消耗，达到节能的效果。

技术领域

本发明涉及大型液氮制冷式深冷处理设备，具体涉及一种基于多温区精确控制的大型液氮制冷式深冷处理设备。

背景技术

深冷处理又称超低温处理或超亚冷处理，是指在130℃以下对材料进行处理的一种方法，常用以改善金属工件的机械性质。目前深冷处理技术广泛应用于如刀具、模具或铸件等以钢材制成的工件。现有技术中，对于大型工件进行处理的液氮制冷式深冷处理设备，存在局部温度不均匀、工件处理温度不达标、温控精度差的问题，导致工件在处理中，因局部温度不同产生的温差而发生变形或破裂，出现良品率低的现象。

发明内容

本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提出了一种基于多温区精确控制的大型液氮制冷式深冷处理设备，包括冷量输入装置、大型深冷箱、冷量辅助调节装置，所述的大型深冷箱包括箱体，所述的箱体一端设有液氮分散室，另一端设有尾气贮存电磁阀，液氮分散室与尾气贮存电磁阀之间的腔体为工件处理腔，所述的工件处理腔与液氮分散室之间设有腔室隔板；

所述的冷量输入设备包括PLC控制器、自增压液氮罐、液氮电磁阀、液氮进入管、搅拌风机和空气循环网，所述的自增压液氮罐通过液氮进入管连通至箱体的液氮分散室，所述的液氮进入管上设有液氮电磁阀，所述的空气循环网安装于腔室隔板上，所述的搅拌风机设于液氮分散室的侧壁上且正对空气循环网；所述的冷量辅助调节装置包括设于大型深冷箱内的若干温度压力传感器、高压汽化喷头；工件处理腔内分为若干个区域，所述的温度压力传感器和高压气化喷头对应分布于各个区域中；所述的尾气贮存电磁阀、液氮电磁阀、温度压力传感器、高压汽化喷头均通过PLC控制器与上位机相连接；所述的上位机通过加权求和的算法计算工件处理腔的温度，并通过PID控制器对液氮电磁阀、尾气贮存电磁阀、高压汽化喷头分别控制。

进一步地，所述的工件处理腔从腔室隔板到尾部依次分为A、B、C、D、E区域，所述的五个区域内通过温度传感器测得的温度分别为T₁、T₂、T₃、T₄、T₅，根据每个区域所占工件处理腔体积的比例K_i，计算得出工件处理腔内的环境温度T_h，加权求和公式如下：

更进一步地，所述的PID控制器控制步骤包括：根据计算得出的环境温度T_h和工艺设定温度T_s，同时计算出T_h和T_s的差值ΔT，当ΔT大于0时，根据(T_h，T_s)温差区间，选择对应的调温档位，根据对应的调温档位设定液氮电磁阀的开启时间t_k，并开启液氮电磁阀对应时间；当ΔT小于0时，关闭液氮电磁阀。

更进一步地，所述的PID控制器控制步骤还包括：根据计算得出的各个区域的温度T_i和工艺设定温度T_s的差值ΔT_i，当ΔT_i大于0时，根据(T_i，T_s)温差区间，选择对应的补温档位，根据对应的补温档位设定高压汽化喷头的开启时间ti，并开启高压汽化喷头对应时间；当ΔT_i小于0时，关闭高压汽化喷头。