电冰箱温度控制设计.pdf

电冰箱的温度控制原理

液体化为气体时要吸热。反之，气体化为液体时要放热。电冰箱是利用蒸发致冷或气

化吸热的作用而达到制冷的目的。电冰箱的喉管内，装有一种商业上称为氟利昂:freon，

俗称雪种的致冷剂。常用的一种为二氟二氯甲烷(CCL2F2)，是一种无色无臭无毒的气体，

沸点为29℃。氟利昂在气体状态时，被压缩器加压，如图下方所示。加压后，经喉管流

到电冰箱背部的冷凝器，借散热片散热(物质被压缩后，温度就会升高)后，冷凝而成液体。

液体的氟里昂进入蒸发器的活门之后，由于脱离了压缩器的压力，就立即化为蒸汽，同时

向电冰箱内的空气和食物等吸取汽化潜热(latentheatofvaporization)，引致冰箱内部冷

却。汽化后的氟里昂又被压缩器压回箱外的冷凝器散热，再变为液体，如此循环不息，

把冰箱内的热能泵到箱外。此次设计通过电机与传感器之间通过控制系统对电冰箱进行

自动控制。其工作原理图如下所示。

图1.1

1

系统的部件选择

2.1温控器的数学模型

热力系统的数学模型。图2.4是一个电加热热水器的示意图。我们现在来建立热水器出口

水温受加热器加热量影响的微分方程，为了使问题简化，假设没有热量向周围环境散失，

加热器容器中的温度是均匀的，都具有和出口温度相同的温度。设加热器出口水温相对于

稳定状态下的增量为，为热水器中水的质量，为水的比热容

，为电加热器传输给水的热流量的增量，为水的流量，

根据热量平衡关系

整理后为

(2.8)

若要考虑水入口温度的影响，设入口水温的变化量为，则有

(2.9)

若要考虑更多的因素，微分方程将变得更加复杂。

图2.1冷却器

2

热电偶的传递函数计算

热电偶温度计的传递函数。图3是用热电偶测量流体温度的示意图。设被测介质温度

为，热电偶输出电势为E，热电偶温度为,R为被测介质与热电偶间的放热热阻,C为热

电偶的热容量，为热电偶的比例系数。

热电偶的热电势为

被测介质流向热电偶的热流量

热电偶接点温度

可以得到微分方程

按传递函数的定义

写成规范形式

式中，T=RC，称为热电偶的时间常数，为热电偶的放大系数。

图2.2热电偶

3

控制系统的传递函数及方框图

通过对数据的分析及计算得出系统的传递函数为

4

时域分析

3.1系统稳定性分析

已知系统的特征方程为

用劳斯判据分析系统的稳定性如下

112

10

615

2

2

显然，劳斯表第一列系数符号相同，故系统是稳定的。

3.2