一种真空干燥箱自动控制系统及其控制方法
阅读说明：本技术 一种真空干燥箱自动控制系统及其控制方法 (Automatic control system and control method for vacuum drying oven ) 是由 郑陈业 朱靖华 苏超群 于 2020-05-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种真空干燥箱自动控制系统,包括依次管路连接的气体预处理组件、真空干燥箱、冷阱和真空泵,连接管路上均设置有自动控制阀门,还包括自动控制器,所述冷阱的外壁包裹有用于冷却冷阱的制冷片,所述冷阱底端连接有用于排出冷凝液的排液管,所述冷阱内设置有与所述控制器连接以监测冷阱内冷凝液体积的液位传感器,所述真空泵上设置有监测真空泵温度的温度传感器,所述的真空干燥箱内设置有温度、压力传感器,上述各传感器、阀门、真空泵、制冷片等均由自动控制器控制,所述的控制方法将操作规范步骤通过自动控制器按预定程序进行,解决现有真空干燥箱操作繁琐的缺陷,具有可连续自动运行的特点。(The invention relates to an automatic control system of a vacuum drying box, which comprises a gas pretreatment assembly, the vacuum drying box, a cold trap and a vacuum pump which are sequentially connected by pipelines, wherein automatic control valves are arranged on the connecting pipelines, an automatic controller is also included, a refrigerating sheet for cooling the cold trap is wrapped on the outer wall of the cold trap, a drain pipe for discharging condensate is connected at the bottom end of the cold trap, a liquid level sensor which is connected with the controller for monitoring the volume of the condensate in the cold trap is arranged in the cold trap, a temperature sensor for monitoring the temperature of the vacuum pump is arranged on the vacuum pump, temperature and pressure sensors are arranged in the vacuum drying box, all the sensors, the valves, the vacuum pump, the refrigerating sheet and the like are controlled by the automatic controller, the control method carries out standard operation steps by the automatic controller according to a preset program, and solves the defect that the existing vacuum drying box is complicated in operation, has the characteristic of continuous and automatic operation.)
技术领域
本发明涉及一种真空干燥箱，尤其是真空干燥箱自动控制系统及其控制方法。
背景技术
真空干燥箱现今已被广泛应用于化工、电子通讯、塑料、电缆、电镀、五金、汽车、光电、橡胶制品、模具、喷涂、印刷、医疗、航天及高等院校等行业。真空干燥箱一般含有冷阱，冷阱是在冷却的表面上以凝结方式捕集气体的阱，是置于真空容器和泵之间，用于吸附气体或捕集油蒸汽的装置。真空干燥箱在使用过程有严格的操作步骤规范，操作均为手动操作，容易出现操作失误并造成不可挽回的后果。另外，实验室真空干燥时，一般需将冷阱置于冷却液中，通常是将冷阱和冷却液提前放在冰箱冷冻以获得制冷能力的。因此，现有的真空干燥箱存在以下几个缺点：（1）使用不方便，需提前准备冷却液；（2）冷阱没有持续的制冷能力，干燥过程中需要更换冷却液，无法进行长时间真空干燥；（3）冷阱容积有限，无法存储大量的冷凝液，需要停机清理冷凝液；（4）手动操作繁琐，容易颠倒操作步骤，尤其是关真空泵时容易误操作，导致泵内真空泵油倒吸至真空干燥箱内，污染被干燥的物品；（5）置换干燥箱内气体时，需要人工手动释放真空，然后再抽真空进行置换干燥箱内蒸气，容易造成干燥物品被氧化，真空干燥效果差，效率低。
发明内容
为了解决背景技术中提及的技术问题，本发明提供一种真空干燥箱自动控制系统，并提供该真空干燥箱自动控制系统的控制方法。
一种真空干燥箱自动控制系统，包括依次管路连接的气体预处理组件、真空干燥箱、冷阱和真空泵，还包括自动控制器，
所述冷阱的外壁包裹有用于冷却冷阱的制冷片，该制冷片由所述自动控制器控制；
所述真空干燥箱与所述冷阱之间的管路上设置有用于连通或切断该管路的阀A，该阀A由所述自动控制器控制；
所述冷阱与所述真空泵的管路上设置有阀B，该阀B由所述自动控制器控制，在关闭状态下冷阱与真空泵连通，打开状态下冷阱与真空泵均与外界大气连通；
所述冷阱底端连接有用于排出冷凝液的排液管，排液管上安装有阀C，该阀C由所述自动控制器控制；
所述冷阱内设置有与所述控制器连接以监测冷阱内冷凝液体积的液位传感器；
所述气体预处理组件与真空干燥箱之间的管路上设置有用于释压和换气的阀D，该阀D及气体预处理组件由所述自动控制器控制；
所述真空泵由所述自动控制器控制，所述真空泵上设置有监测真空泵温度的温度传感器，该温度传感器与所述自动控制器连接；
所述的真空干燥箱内设置有温度、压力传感器，该温度压力传感器与所述自动控制器连接。
优选的，所述的制冷片采用半导体制冷。
优选的，所述的气体预处理组件包括加热套。
优选的，所述的气体预处理组件还包括干燥和脱氧装置。
优选的，所述真空泵的前端设置有单向阀。
本发明还提供一种上述真空干燥箱自动控制系统的控制方法，该方法由控制器根据相应的命令自动执行，包括开机流程和关机流程，
所述的开机流程为：制冷片开始工作→至目标温度时→关闭阀D→关闭阀B→关闭阀C→打开真空泵→打开阀A；
所述的关机流程为：关闭阀A→打开阀B→延时5秒→关闭真空泵→打开阀C→排液→关闭制冷片→等待真空干燥箱温度下降至室温→打开阀D。
更进一步的，当干燥过程中监测到冷阱内冷凝液达到液位时或真空泵过热时或需要间歇性停泵时，控制器执行停止真空泵的流程：关闭阀A→打开阀B→延时5秒→关闭真空泵→打开阀C→排液30秒→根据间歇时间关闭制冷片。
更进一步的，当干燥过程中需要释放干燥箱内的真空时，先执行停止真空泵的流程，再执行释放真空流程：启动气体预处理组件→打开阀D→释放至真空干燥箱内达到目标压力→关闭阀D→关闭气体预处理组件。
相对于现有技术采用的手动控制真空干燥箱，本发明真空干燥箱自动控制系统及控制方法具有以下优点：
（1）根据传感器反馈的信息控制4个阀、制冷片、真空泵、气体预处理组件，实现冷阱、真空泵和流路阀门的自动联动，采用自动控制方法实现自动控制，避免人工操作步骤颠倒失误造成的后果，人工监测、操作的强度降到最低。
（2）具有冷阱功能，对抽出的水蒸气和溶剂蒸气进行冷却，避免水蒸气或溶剂蒸气抽入真空泵中，保护真空泵，大大提高泵油的使用时间。使用液位传感器可监测冷凝液的体积，防止冷凝液超过容积，当冷阱内冷凝液过多时，可以通过阀C将冷凝液排出冷阱，克服了冷阱容积的限制。
（3）用真空泵温度传感器监测真空泵的温度，当真空泵过热时由控制器控制停机，防止真空泵过热，实现真空泵的过热保护，延长了真空泵的使用寿命。
（4）真空干燥箱在工作时通过适量导入气体可加快导出干燥箱内的蒸发气体，本发明真空干燥箱前端设置有气体预处理组件，该预处理组件包括加热套，还可包括干燥和脱氧装置，当需要置换干燥箱内气体时打开阀D导入脱氧干燥的空气或是惰性气体，防止在样品温度过高时释放真空导致样品氧化；
（5）真空干燥箱内的温度压力传感器可以监测真空干燥箱内的温度和压力，当真空干燥箱达到目标真空度后自动关闭真空泵，低于目标真空度时自动开启，以保持最佳的干燥效果，同时延长真空泵寿命，节约能源。
（6）在连接冷阱与真空泵的管路旁通管上设置有阀B，通过控制器控制其开闭可在关闭真空泵时避免真空泵内中空泵油被倒吸到冷阱内或真空干燥箱内；真空泵前端设置有物理单向阀，真空泵开启时单向阀开启，真空泵关闭时单向阀关闭，在出现断电等意外情况下仍然能够防止真空泵油被倒吸。
（7）通过冷阱外壁包裹制冷片实现主动制冷，使用方便，无需提前预冷冷阱，制冷片能持续制冷，能够长时间进行真空干燥。
附图说明
图1为本发明真空干燥箱自动控制系统示意图；
图中：1为阀A，2为制冷片，3为阀B，4为温度传感器，5为阀C，6为冷凝液，7为液位传感器，8为单向阀，9为进气管，10为干燥和脱氧装置，11为加热套，12为阀D，13为温度、压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图1所示的本发明真空干燥箱控制器示意图，对该真空干燥箱自动控制系统的优选实施例做详细描述。
一种真空干燥箱自动控制系统，包括依次管路连接的气体预处理组件、真空干燥箱、冷阱和真空泵，还包括自动控制器。
所述冷阱的外壁包裹有用于冷却冷阱的制冷片2，制冷片2可以采用半导体制冷或本领域技术人员熟知的其它制冷方式。该制冷片2由所述自动控制器控制，控制器根据设定的制冷温度控制制冷片2制冷降温并对冷阱进行冷却降温，实现主动制冷，使用方便，无需提前预冷冷阱，制冷片2能持续制冷，能够长时间进行真空干燥。
所述真空干燥箱与所述冷阱之间的管路上设置有用于连通或切断该管路的阀A1，该阀A1由所述自动控制器控制，在真空泵开启之后打开，在真空泵关闭之前关闭，既满足抽真空的需要，又可避免真空泵油或冷凝液6倒吸。
所述冷阱与所述真空泵的管路上设置有阀B3，该阀B3由所述自动控制器控制。阀B3的作用是使管路与大气连通，因此阀B3可采用T型三通阀，安装在连接冷阱与真空泵的管路上，定义其关闭状态为冷阱与真空泵连通，打开状态为冷阱与真空泵均与外界大气连通；阀B3也可安装在连接冷阱与真空泵的管路上设置的旁通管路上，此时阀B3可采用普通电磁阀。通过控制器控制其开闭，可在关闭真空泵时打开避免真空泵内中空泵油被倒吸到冷阱内或真空干燥箱内，打开阀B3也可使冷阱与大气连通，便于排出冷凝液6。
所述冷阱底端连接有用于排出冷凝液6的排液管，排液管上安装有阀C5，该阀C5由所述自动控制器控制。当真空泵停止运行时，关闭阀A1，打开阀B3使冷阱与大气连通释放真空，控制器打开阀C5便可排出冷阱内的冷凝液6。
所述冷阱内设置有与所述控制器连接以监测冷阱内冷凝液6体积的液位传感器7，随着干燥进程，冷阱不断冷凝被干燥物品蒸发的蒸汽，避免水汽或油蒸汽被吸入真空泵混入真空泵油中，影响真空泵的性能，缩短真空泵油的使用寿命。冷凝液6超过冷阱最大存储量时，通过本发明设置的阀C5以及自动控制的排冷凝液6程序，可方便排出冷凝液6，不影响干燥进程。
所述气体预处理组件与真空干燥箱之间的管路上设置有用于释压和换气的阀D12，该阀D12及气体预处理组件由所述自动控制器控制。真空干燥箱在工作时通过适量导入气体可加快导出干燥箱内的蒸发气体，本发明真空干燥箱前端设置有进气管9，进气管9上安装气体预处理组件，该预处理组件包括加热套11，还可包括干燥和脱氧装置10，当需要置换干燥箱内气体时打开阀D12导入脱氧干燥的空气或是惰性气体，防止在样品温度过高时释放真空导致样品氧化。在干燥程序结束后打开阀D12可平衡真空干燥箱内的气压，方便真空干燥箱盖的打开。
所述真空泵由所述自动控制器控制，所述真空泵上设置有监测真空泵温度的温度传感器4，该温度传感器4与所述自动控制器连接。一般的，该温度传感器4可设置于散热器上，为更加精确监测真空泵的温度，该温度传感器4可设置用于监测真空泵油的温度。当真空泵过热时由控制器控制停机，防止真空泵过热，实现真空泵的过热保护，延长了真空泵的使用寿命。
所述的真空干燥箱内设置有温度、压力传感器13，该温度压力传感器13与所述自动控制器连接。当真空干燥箱达到目标真空度后自动关闭真空泵，低于目标真空度时自动开启，以保持最佳的干燥效果，同时延长真空泵寿命，节约能源。
为了避免系统断电等意外情况，所述真空泵的前端设置有单向阀8，即使在断电情况下也可通过该单向阀8的自动关闭作用避免真空泵油被倒吸。
本发明还提供一种上述真空干燥箱自动控制系统的控制方法，该方法由控制器根据相应的命令自动执行，包括开机流程和关机流程，
所述的开机流程为：制冷片开始工作→至目标温度时→关闭阀D→关闭阀B→关闭阀C→打开真空泵→打开阀A；
所述的关机流程为：关闭阀A→打开阀B→延时5秒→关闭真空泵→打开阀C→排液→关闭制冷片→等待真空干燥箱温度下降至室温→打开阀D。
当干燥过程中监测到冷阱内冷凝液达到液位时或真空泵过热时或需要间歇性停泵时，控制器执行停止真空泵的流程：关闭阀A→打开阀B→延时5秒→关闭真空泵→打开阀C→排液30秒→根据间歇时间关闭制冷片。
当干燥过程中需要释放干燥箱内的真空时，先执行停止真空泵的流程，再执行释放真空流程：启动气体预处理组件→打开阀D→释放至真空干燥箱内达到目标压力→关闭阀D→关闭气体预处理组件。
本发明真空干燥箱自动控制系统的控制方法包括了开机流程、关机流程、间隙停机流程、排冷凝液流程、真空泵过热停机流程、真空干燥箱释放真空（气体置换）流程，这些流程涵盖了真空干燥箱使用的所有需要，将所有的操作步骤通过系统控制，严格真空干燥过程各操作步骤的流程，明确各个动作的先后顺序，减轻了人员工作量，避免人工误操作造成的损失。
以上所述本发明真空干燥箱自动控制系统的控制方法只是一种最优实施例，尤其适用于实验室用真空干燥箱，也可适用于通用的真空干燥箱。对本领域技术人员而言，在本发明所述内容基础上做出的常规技术改变均包含在本发明的保护范围之内。
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