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产品技术原理

产品技术原理

我们采用吸附式间歇连续除湿的方法。它是利用固体形干燥剂除去空气中水分的方法。这种方法的特点是:既不要冷却空气也不要压缩空气、无噪声、环保省能源。使机芯和控制显示电路与密闭的容器融为一体,同时放入湿的物质和具有吸湿性的吸附剂,对湿物质内部的水分进行吸附,由于水分视为分子状态时,水分子由于非常活泼不断地活动着、在物质表面蒸发扩散,由于吸附剂的作用,这些水分子慢慢被蓄积在吸附剂内。在传递过程中密闭容器内的湿度几乎是一定的。当吸附剂的除湿能力接近平衡状态时,空气中的水分浓度和物质中的水分量接近平衡,这时物质中的水分量就不变化,达到平衡。两者之间就不在发生水分量的移动。我们采用控制方法,关闭干燥剂吸湿门打开水蒸气散湿门,对水分吸附已饱和的吸附剂进行加热,除去空气中的水分,自然蒸发到箱体外空气中,进行再生脱附、充分脱附使已经达到饱和状态的吸附剂得到再生,通过吸湿和排湿、控制门的切换、不断对密闭箱内潮湿空气除湿使之达到新的平衡、反复间歇连续循环达到干燥的目的。由于体积小、吸附剂量不多、反复再生、几乎近似自动运转,一旦通电,不需专人操作。

系统以单片机为核心,通过电容式高分子湿度传感器把恒湿器内的湿度转换为电容量,再经湿度-电压转换器转换成电压信号,通过A/D转换和单片机处理,处理后的信号用来进行湿度显示。吸湿门平时处于打开状态,排湿门平时处于关闭状态。当容器内分子筛的吸湿达到饱和后,此时容器内的湿度不再变化,若此时该湿度值未与所设定的湿度值相同,两个湿度的差值经单片机处理后产生一个触发信号,该信号触发下,控制记忆合金弹簧的脉冲电流电路导通,给记忆合金外的电热板进行加热,同时也给分子筛下面的电热板加热。在控制脉冲电流的CD4541芯片内我们给电热板的通电加热时间设定了一个阈值,该加热的时间由记忆合金弹簧的性能指标决定,达到加热的时间后,合金弹簧受热达到设定的长度,此时弹簧受热产生的相变能精确的控制排湿门和吸湿门的开闭交替变化。记忆合金弹簧受热发生形变,控制吸湿门和排湿门的打开和关闭。合金弹簧受热首先变长关闭吸湿门,此时排湿孔也处于关闭状态,防止外部的湿空气进入仪器内部。待吸湿门完全关闭后,合金弹簧继续受热变形,控制排湿门打开,此时吸湿门处于完全关闭的状态。分子筛受热,吸收的水分受热蒸发,通过排湿门将水汽排出。当到达加热的时间后,停止通电,记忆合金弹簧冷却,回复到受热前的状态,这样在弹簧力的作用下,排湿门首先关闭,待排湿门完全关闭后吸湿门打开,这样分子筛又置于仪器内的空气之中,继续吸湿。如此反复吸湿和排湿,使恒湿仪内的湿度达到设定的标准。整个系统的工作流程如下图3所示:

控湿机芯主要高分子湿度传感器,自动温控的记忆合金弹簧和硬件实现电路三部分组成。

(1)高分子湿度传感器

高分子材料湿度传感器是湿度传感器中应用最为广泛的传感器,它材料来源丰富,制作工艺简单,无需加热清洗,应用范围宽,实用性强,在性能上也优于其他传感器,具有湿度量程宽、响应时间短、湿滞回差小、温度系数小、使用寿命长的特点。在系统设计中我们采用的就是电容型高分子湿度传感器。我们采用的感湿膜是醋酸丁酸纤维素。这种感湿材料具有以下特点:①有实际意义的灵敏度输出,从低湿到高湿对应于相对湿度的变化,灵敏度呈线性变化;②在吸湿和脱湿过程中,传感器输出滞后小;③温度系数小;④长期稳定;⑤传感器的输出不受其它气体的影响;⑥该种感湿材料制作简单。

(2)自动温控的记忆合金弹簧

形状记忆合金是一种集传感、驱动和材料/结构于一体的新型功能材料,其主要特征是具有形状记忆效应,能感知温度和位移的变化,可将热能转化为机械能。通过控制加热或冷却可使合金材料/结构具有感知、执行、判断和自适应的能力。通常,记忆合金在低温时产生塑性变形,温度升高后,克服塑性变形回复到所记忆的形状。

我们设计的控制排湿门和吸湿门打开、关闭的弹簧的材料是NiTi形状记忆合金。该弹簧在工作过程中有以下六种状态:①控制吸湿门打开,排湿门完全关闭;②控制吸湿门由打开到关闭状态,此过程排湿门仍关闭;③在吸湿门完全关闭状态下,控制排湿门由关闭到打开状态过渡;④控制吸湿门完全关闭,排湿门打开状态。⑤在吸湿门完全关闭状态下,控制排湿门由打开到关闭状态过渡;⑥在排湿门完全关闭状态下,控制吸湿门由关闭到打开状态。

我们采用的控制排湿门和吸湿门打开、关闭的自动温控的记忆合金弹簧电热驱动的原理图见下图4

4

 当脉冲电流供电电路开始工作时,通过放电电容放电控制电流的变化。电流通过NiTi合金记忆弹簧外的电热板,电能转化为热能,当弹簧的温度升高到相变点以上时,弹簧开始产生相变,并回复到它所记忆的形状,此时弹簧的长度由L+收缩到记忆长度L。在合金记忆弹簧相变力的作用下,吸湿门关闭,但此时拉伸弹簧的相变产生的作用力还不足拉开排湿门。电热板继续通电升温,吸湿门完全关闭后,拉伸弹簧相变产生的作用力开始能够打开排湿门。当到达预定的脉冲电流供电时间后(供电时间的设定通过芯片CD4541B控制),电热板上的电流被取消,NiTi合金记忆弹簧的温度受工作环境介质的冷却作用而下降到相变点以下时,对于具有双程记忆效应的弹簧将自动伸长到L+的位置,在拉伸弹簧回复力和记忆合金弹簧作用力的作用下排湿门关闭,在排湿门完全关闭后吸湿门在合金记忆弹簧作用下打开。如此往复的通过脉冲电流供电电路上的电流的通断,由于形状记忆合金的相变是发生在一定的温度范围而不是固定的温度点,在该系统中我们利用一部分形状回复,使得弹簧的伸缩在定位于固定的位置,这样合金记忆弹簧受热产生的相形便能精确的控制排湿门和吸湿门的关闭、打开的状态。

(3) 硬件实现电路

整个系统的硬件实现电路由湿度传感器,湿度-电压转换器,A/D转换,湿度设定电路、单片机及显示、记忆合金弹簧驱动控制部分组成。可分为两部分:前置电路、信号调理、数据采集、信号处理及脉充电流供电电路。其基本设计思想是:借助高分子薄膜湿敏电容的介电常数随环境气体相对湿度的变化而导致电容量变化的原理来实现湿度测试,这部分电路采用高稳定度直流电压激励,由CMOS门电路组成同步谐振振荡器的脉宽差测量电路,经整流滤波获得电容/电压转换,把获得与湿度变化成正比的电压转换为4~20mA的电流信号,最后在数据采集端把电流信号经过250转换为直流电压信号,送到A/D转换器作数据采集及显示使用。对记忆合金弹簧的驱动控制电路主要由CD4017BE、CD4541BE、真空二极管电路和来自湿度传感器的信号共同组成。

控湿系统参数

1。环境温度            -20℃~+55℃   误差值±2%之内

2.控湿范围            3%RH ~85%RH   误差值±3%之内

3.噪    声            无

4。干 燥 剂            每个机芯分子筛≤500

5。功    率            单个机芯平均功率5W/h

排湿            40分钟

吸湿            6小时

6。电    压            220V±10%       50Hz

7。除湿机芯配置        根据型号不同长×宽×高各异

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