具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1-5，本发明提供技术方案：本发明一种稳定加热的线性升温水浴器，包括箱体和加热棒1，还包括底板2、连接器3、连接线4、显示器5和夹持器6。箱体为热水壶，热水壶上端开有圆形开口，加热棒1包括第一温度检测计、第一液位检测计，分别用于检测热水壶内的水温和水位，第一温度检测计设置在加热棒1下端，第一液位检测计设置在加热棒1侧边，加热棒1使用时高度相对热水壶恒定，热水壶内部为圆柱形空腔，依据热水壶的横截面积，控制器能够计算出热水壶内水的质量M=ρ*H*S，其中M为水的质量，ρ为水的密度，H为水的高度，S为热水壶的横截面积。热水壶活动连接在底板2上，底板2为方形，四角下端设置相同凸台，放置在工作面上。加热棒1一端穿过开口设置在热水壶内部，加热棒1末端距热水壶底部留有10mm间隙，另一端探出热水壶并与连接器3一端连接，连接器3另一端设置连接线4，连接线4另一端与显示器5连接，夹持器6固定设置在底板2一侧并与热水壶的位置相对固定，显示器5内部设置控制器，加热棒1通过连接线4与控制器电性连接。控制器通过控制加热棒1处于不同的加热功率，来实现和补偿水温呈线性增长的趋势。

热水壶包括水壶本体701、壶体把手702、信号线、出水口703、存水区704、第二温度检测计、第二液位检测计、隔热层705、单向阀706和散热层707。水壶本体701活动设置在底板2上，壶体把手702设置在水壶本体701侧边，信号线穿过壶体把手702上端与连接器3连接，第二温度检测计、第二液位检测计、单向阀706与信号线电性连接，第二温度检测计、第二液位检测计传送信号给控制器，单向阀706由控制器控制。存水区704设置在水壶本体701一侧，出水口703接通水壶本体701和存水区704并设置在存水区704上端，存水区704具有双重作用，既作为水浴器的冷却水来源，又作为水浴器的补充水源，水源从出水口703进入存水区704，但存水区704与水壶本体701内的水存在温度差。存水区704与水壶本体701之间设置隔热层705分隔，防止热量从水壶本体701传递至存水区704；存水区704与水壶本体701不接触部分设置散热层707，以保证存水区704的水温始终比水壶本体701低。存水区704靠近水壶本体701一侧底部设置单向阀706与水壶本体701接通，水源只能从存水区704的单向阀706处流向水壶本体701，水壶本体701内的水源不会倒流至存水区704，且单向阀706纵向延伸，减小热传递。第二温度检测计和第二液位检测计设置在存水区704内，用于检测存水区704的水温和水位，依据第二液位检测计控制器能够计算存水区704的水的质量。因为水浴器实际使用过程中，被实验的物品也会吸热，所以出现水浴温度过高的情况不多，且不会高出预定温度太多，所以作为冷却存储的存水区704的水温不需要温度很低，作为冷却水的进水量也不会太多。

当本发明作为热水壶使用时，存水区704内通过上方出水口703共同加热，但由于散热层707的存在，存水区704内水源烧开沸腾后温度降低较快，且先从出水口703流出的温水先被使用，方便用户快速使用，防止烫伤。

显示器5包括插头、接口、定时器、调温按钮、开关按钮和定时按钮，连接线4通过接口与显示器5连接，连接线4、定时器、调温按钮和定时按钮与控制器电性连接。加热棒1为可控功率加热方式，控制器依据设定时间和设定温度控制加热棒1的加热功率。用户在显示器5处设定需要加热的时间和最终需要达到的预定温度，控制器使用PID算法自动调整加热棒1的加热功率和需要补偿的热量。显示屏显示实际温度值、设定温度值、设定时间值和剩余时间值，水浴器运行后采取倒计时的方式显示剩余时间值，剩余时间值由设定时间值倒数。若需要恒定加热功率和具体加热时间，需计算最高设定温度，设定温度不得大于100摄氏度。

显示器5还具有报警器，报警器可以发出警报声，当计时器倒计时结束时发出持续缓慢的警报，提醒用户实验完成，及时取走容器，若第二液位检测计检测到存水区704水量为零，而控制器接收到需要引用存水区704的水源，报警器发出持续快速的警报，提醒用户及时添加水，中途加水只需要在存水区704上方的出水口703加水即可，以保证水壶本体701内的实验不受影响。

底板2为长方体薄板，一侧上下贯穿设置螺纹孔，用于安装夹持器6，中间对称设置四个半球型凹槽，所述水壶本体701下表面对称设置四个半球型菱角，菱角与凹槽一一对应。水壶本体701通过菱角活动固定在底板2上，以保证水壶本体701相对夹持器6位置固定，方便用户使用。当本发明作为热水壶使用时，可以将水壶本体701放置在其它位置，菱角用于支撑水壶本体701和减小水壶本体701的磨损。

加热棒1下端设置搅拌装置，搅拌装置包括连接轴和扇叶101，扇叶101为曲面，能够产生向上的螺旋流动力，连接轴设置在加热棒1下端，连接器3设置电机，由电机驱动加热棒1，加热棒1带动连接轴，连接轴带动扇叶101旋转。加热棒1包括内芯102和外轴103，外轴103套设在内芯102上，材质为合金钢，导热性强、抗扭矩强；内芯102与连接线4电性连接，相对底板2固定，用于发热，外轴103与电机连接，相对底板2旋转，用于驱动搅拌装置转动。搅拌装置有利于水壶本体701内的水均匀受热，因为单向阀706设置在水壶本体701靠底部，为了防止热量扩散不均导致水温存在差异，搅拌装置扇叶101为曲面，形成向上的稳定螺旋流动力，实现受热均匀。

夹持器6包括竖杆601、夹持杆602、固定旋钮603和夹板604，竖杆601一端通过螺钉螺母固定设置在底板2上，另一端通过固定旋钮603与夹持杆602一端活动连接，夹持杆602另一端设置夹板604，通过固定旋钮603固定夹板604和加热棒1的位置。竖杆601与夹持杆602的固定位置恒定，以保证加热棒1进入水壶本体701的深度恒定，但固定旋钮603可以依据不同位置确定夹持杆602的水平位置，以便安装容器和夹板604。夹板604上下贯穿设置螺纹孔605、2个容器孔606和2个入口，入口设置在夹板604侧面并与容器孔606一对一接通，入口为喇叭口，方便容器进入。连接器3下端设置螺母与螺纹孔605配合使用，实验容器从入口进入夹板604，于容器孔606处固定，螺纹孔605能够保证加热棒1在0-10mm位移范围内上下固定不动，以使夹板604盖住水壶本体701的开口。夹板604为竖直阶梯圆柱体，上宽下窄，上端背向入口位置与夹持杆602固定连接，下端呈圆饼形，与热水壶的开口相匹配。使用时，下端圆柱体进入热水壶开口，起到密封的作用，仅留安装容器用的容器孔606和开孔，容器孔606被容器填充，最大限度减少热量损失。

工作原理：

1、使用前向热水壶内添加适量水，水壶本体701和存水区704都具有水源，容器孔606正对水壶本体701开口，夹板604盖上水壶本体701的开口，容器从入口进入容器孔606并浸入水壶本体701内，同时夹子带动加热棒1在固定高度进入水壶本体701。用户按下开关按钮开启显示器5，设定最大温度值和加热时间。控制器控制加热棒1的加热功率变化，开始加热，计时器倒计时运行，保证相同时间升温温度相同，依据第一温度检测计和第一液位检测计传递的信号，调高加热棒1的加热功率升温或控制单向阀706引入存水区704的冷水降温。同时控制器控制连接器3的电机旋转，电机带动扇片旋转。水壶本体701内水量不足，控制器依据第一液位检测计信号引入存水区704的水量，并依据第二液位检测计和第二温度检测计计算加热棒1的加热功率升温补偿引入冷水损失的热量。

2、倒计时计数结束，控制器控制加热棒1停止加热，电机停止旋转，报警器发出持续缓慢的警报声。

一种稳定加热的线性升温水浴器的控制方法：

当水壶本体701内实际温度值T1大于控制器计算的预定温度值T0时，调控方法为，控制器控制单向阀706进水，进水的质量M2=M1*（T1-T0）/(T0-T2)，其中M1为水壶本体701内剩余水的质量，T2为存水区704的实际温度值。

当水壶本体701内实际温度值T1小于控制器计算的预定温度值T0时，调控方法为，控制器控制加热棒1增大加热功率为P1，加热时间为t1=c*M1(T0-T1)/（P1*L1），其中c为水的比热容，M1为水壶本体701内剩余水的质量，L1为加热棒1处于加热功率P1下的加热效率。

一种自动调节水壶本体701内水位的控制方法：控制器设定水壶本体701内默认最低水位值H，当第一液位检测计检测实际水位值H1小于默认最低水位值H时，控制器控制单向阀706从存水区704进水，至第一液位检测计检测实际水位值H1大于默认最低水位值H，同时依据进水量控制加热棒1增大加热功率至P0，加热时间t0=c*M0(T0-T1)/(P0*L0)，其中c为水的比热容，M0为进水后水壶本体701内的水的总质量，T0为预定温度值，T1为进水后水壶本体701内的实际温度值，L0为加热棒1的加热效率。

线性加热方法：控制器依据设定时间t0和设定温度T0，计算并控制加热棒1的加热功率P=c*M(T0-T)/t0，其中c为水的比热容，M为第一液位检测计反馈的水壶本体701内的水的质量。

由于线性加热法的计算为理论值，且没有计算容器及其溶液本身吸收的热量值，（因容器和其溶液为变量，无法纳入计算程序），水壶本体701上端开口敞开，所以一般情况下，实际温度值比预计温度值小，需要时刻控制加热棒1的加热功率大小，达到处于公差范围内的动态平衡即可。

需要说明的是，在本文中，诸如前、后和上、下等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还是包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。