食品行業(yè)培養(yǎng)箱的設計研究

1、    食品行業(yè)培養(yǎng)箱的設計研究    田茹摘 要：通過對新型培養(yǎng)箱的熱濕處理系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的分析，確定了新型培養(yǎng)箱的設備配置。根據食品行業(yè)所用培養(yǎng)箱的特殊要求研究設計了采用半導體制冷器進行制冷、加熱和除濕的培養(yǎng)箱，提出了用濕球溫度替代相對濕度作為濕度控制參數，并通過實驗驗證了該設計的可行性。關鍵詞：半導體培養(yǎng)箱 制冷 除濕 濕球溫度：tb47 ：a ：1672-3791（2014）08（b）-0228-01目前，在食品行業(yè)中，一般使用的菌種培養(yǎng)溫度都是常溫，需要放置在培養(yǎng)箱內來保證溫度的穩(wěn)定。由于食品行業(yè)中菌種的培養(yǎng)溫度接近常溫，所需制冷量不大，在小制

2、冷量范圍內，采用沒有機械振動的半導體制冷器作為制冷元件，不僅能減少溫度的控制誤差，也可以消除振動對試樣的干擾，同時可以降低菌種培養(yǎng)的經濟成本。因此本設計開發(fā)了新型的半導體培養(yǎng)箱，采用半導體制冷器取代了傳統(tǒng)的蒸汽壓縮制冷機（適合對制冷量要求較小的范圍）。1 新型培養(yǎng)箱的設計方案分析1.1 功能要求培養(yǎng)箱具體使用中對溫度控制參數的精度和穩(wěn)定性要求高，對濕度參數要求較寬松。所以熱負荷的精確調節(jié)處理是培養(yǎng)箱的關鍵功能。（1）可根據環(huán)境溫度決定培養(yǎng)箱需要制冷或制熱，確定合理優(yōu)化的控制方案，可以避免加熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)同時運行。（2）培養(yǎng)箱需要除濕或加濕是由箱內初始空氣濕度參數決定的，加濕和除濕可以不同時工

3、作。（3）半導體培養(yǎng)箱應該實現的功能：完成該箱體內空氣的溫度、相對濕度調節(jié)到設定值，并將箱體內空氣溫度、相對濕度的波動控制在一定精度范圍內，如溫度25±2 ，溫度波動度±0.5 濕度50%±5%；并且保證溫度和濕度的穩(wěn)定。為被測試件提供一個恒溫恒濕的環(huán)境，溫濕度在檢測過程中必須滿足實驗條件的規(guī)定。1.2 培養(yǎng)箱系統(tǒng)確定1.2.1 制冷系統(tǒng)在培養(yǎng)箱的設計方案中，制冷系統(tǒng)的選擇可以同時實現降溫和除濕，它的調節(jié)性能直接影響培養(yǎng)箱溫濕度的控制精度。傳統(tǒng)的培養(yǎng)箱的制冷裝置中廣泛采用蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)，由于制冷壓縮機的工作特性，這類制冷設備要求有最短的運行時間和停機時間；而且

4、啟動運行后需要一段時間才能建立起制冷所需要蒸發(fā)壓力和冷凝壓力，制冷量也是逐漸才能增大到額定值；在壓縮機停機后，冷凝器中的制冷劑還將繼續(xù)進入蒸發(fā)器輸出冷量，直到系統(tǒng)壓力平衡后，制冷才真正停止。所以蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)的可調節(jié)性能差，不適合對制冷量需求較小的培養(yǎng)箱高精度控制的要求。半導體制冷不同于傳統(tǒng)的制冷方式，是一種不用制冷劑、沒有運動部件的制冷裝置，具有重量輕、體積小、結構簡單、制冷制熱迅速，通過調節(jié)電流即可實現對冷熱負荷的控制，可調節(jié)性好，易于實現高精度溫控。因此選擇采用半導體制冷器作為新型培養(yǎng)箱的制冷系統(tǒng)。1.2.2 加熱系統(tǒng)半導體制冷器作為一種電-熱（冷）轉換設備，不但具有電加熱器具有的極

5、好的調節(jié)特點，而且半導體制冷器制冷、制熱具有可逆性，只需改變電流的方向就可以實現制冷、制熱的轉換。而且在加熱運行時屬于熱泵系統(tǒng)，加熱量為電量與在冷端吸收的熱量之和q=w+qe，顯然比用電加熱能效高，節(jié)能顯著。半導體制冷器只需要改變其電流的方向，就可實現制冷和加熱功能，同時考慮零部件的通用性、標準化，新型培養(yǎng)箱的加熱系統(tǒng)也采用半導體制冷器，其加熱功能通過制冷系統(tǒng)的熱泵運行實現。1.2.3 加濕系統(tǒng)超聲波加濕器特點是能耗小，加濕強度大，加濕均勻，加濕效率高。而且可以通過調節(jié)壓電陶瓷振子的數量或調節(jié)振蕩電路振幅來調節(jié)加濕量。結合新型培養(yǎng)箱的設計要求，我們的加濕系統(tǒng)選用超聲波加濕法。1.2.4 控制系

6、統(tǒng)確定在新型培養(yǎng)箱的樣機制造中，為了保證控制功能的可靠及經濟性，選用歐姆龍cp1h型號的plc作為控制器。采用plc控制器，控制系統(tǒng)需設計2路檢測模擬量，1路模擬量測干球溫度，1路模擬量測濕球溫度，由4路晶體管pwm輸出的開關量控制溫濕度處理系統(tǒng)；1路開關量輸出控制循環(huán)風機。用濕球溫度作為控制參數，溫度范圍1535 ，例如溫度設定在25 ，波動控制在±0.5 ；濕球溫度設定在17.8（參看空氣狀態(tài)參數表：24.5 55%rh濕球溫18.21 ，25.5 45%rh濕球溫度為17.38 ），波動控制在±0.4 ，既可以將箱內濕度控制在要求的50%±5%范圍，采用濕球

7、溫度控制更為方便直接。1.3 系統(tǒng)設備配置考慮設備恒溫、恒濕功能要求，需保證實現制冷、加熱、加濕、除濕等四種空氣處理過程，綜合考慮設備運行的可靠性、經濟性，以及控制過程實現的難易程度等，設備系統(tǒng)的配置如下。制冷系統(tǒng)配置：1塊tec1127012型半導體制冷器，額定制冷量80 w，額定電壓12 v，工作電流10 a。加熱系統(tǒng)配置：1塊tec1127012型半導體制冷器。除濕系統(tǒng)配置：1塊tec1127012型半導體制冷器。加濕系統(tǒng)配置：水箱容積（l）：1.7，功率（w）：25；凈重（kg）：0.85。加濕量（ml/h）：200。控制系統(tǒng)配置：選用歐姆龍cp1h型號的plc作為控制器。繼電器選用可

8、實現高速通斷的固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器需要配置散熱器。2 培養(yǎng)箱的功能實驗本新型培養(yǎng)箱的試驗包括手動控制實驗、自動控制實驗。手動控制實驗是分別對樣機的制冷、加熱、除濕、加濕功進行試驗，驗證試驗裝置各子系統(tǒng)運行的安全性、可靠性及相應功能實現。自動控制實驗是分別單獨控制箱內溫度、相對濕度rh，并設定15 、35 兩個溫度值和rh 30%、rh 80%兩個相對濕度值，以檢測溫度和相對濕度能否控制在設定值并穩(wěn)定在一定精度范圍內，檢驗各系統(tǒng)的控制性能和控制策略。3 結論培養(yǎng)箱以半導體制冷器作為制冷元件，不僅減少了溫度的控制誤差，也可以消除振動的干擾，同樣可以降低菌種培養(yǎng)的經濟成本。半導體培養(yǎng)箱在食品行業(yè)中的應用具有一定的推廣價值和應用前景，所研究的新型半導體培養(yǎng)箱同樣適用于一些對溫度環(huán)境要求比較嚴格的高精度測量儀器的使用。參考文獻1 張安殊.半導體除濕機的化工過程j.福州大學學報，1992，20（3）：107-111.2 王承中，張國權，騰振禹，等.一種恒溫恒濕箱：中國，200720022428.1p.2008-06-04.en