本發(fā)明涉及低溫控制，尤其涉及一種閉循環(huán)低溫控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的閉循環(huán)液化裝置中，在開機后需要很長時間才能液化得到制冷介質(zhì)，無法直接將新生成的制冷液體用于外部設(shè)備的降溫，而是需要轉(zhuǎn)運至額外的儲存裝置，在該轉(zhuǎn)運過程中存在冷量損耗；另外一些閉循環(huán)低溫裝置通過溫控裝置直接將制冷介質(zhì)進(jìn)行降溫形成制冷氣體，之后直接傳輸?shù)竭B續(xù)流恒溫器中，實現(xiàn)閉循環(huán)低溫控制，降溫較快，也不需要外部儲存，但溫控裝置中制冷模塊產(chǎn)生的冷量不可控，整個調(diào)節(jié)過程需要對很多控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)控以維持設(shè)備的低溫環(huán)境，而多個控制參數(shù)之間相互高度依賴。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種閉循環(huán)低溫控制方法及系統(tǒng)，能夠動態(tài)維持溫控裝置輸送出的制冷氣體的溫度準(zhǔn)確性與溫度穩(wěn)定性，自動化程度高，調(diào)控準(zhǔn)確可靠。所述技術(shù)方案如下：

2、一方面，本發(fā)明提供了一種閉循環(huán)低溫控制方法，應(yīng)用于閉循環(huán)低溫控制系統(tǒng)，所述閉循環(huán)低溫控制系統(tǒng)包括溫控裝置、輸送管路和回流管路，所述溫控裝置的氣體出口、所述輸送管路、樣品冷腔、所述回流管路和所述溫控裝置的氣體入口依次連通，所述溫控裝置包括制冷模塊和第一加熱模塊，所述制冷模塊用于對經(jīng)過所述溫控裝置的目標(biāo)氣體進(jìn)行降溫以形成輸送至所述輸送管路的制冷氣體，所述第一加熱模塊用于對所述制冷氣體進(jìn)行加熱以使得所述制冷氣體達(dá)到第一預(yù)設(shè)溫度；所述回流管路用于將所述樣品冷腔中升溫后的目標(biāo)氣體輸送回所述溫控裝置；所述方法包括：

3、在樣品冷腔處于制冷模式的情況下，獲取所述溫控裝置當(dāng)前輸送至輸送管路中的制冷氣體的當(dāng)前溫度和當(dāng)前的目標(biāo)流量，所述第一預(yù)設(shè)溫度是指所述溫控裝置輸入至所述輸送管路中的制冷氣體的溫度目標(biāo)值，所述當(dāng)前的目標(biāo)流量是指所述回流管路中目標(biāo)氣體當(dāng)前的流量設(shè)定值；

4、根據(jù)所述輸送管路中的制冷氣體的當(dāng)前溫度、所述第一預(yù)設(shè)溫度和所述當(dāng)前的目標(biāo)流量調(diào)節(jié)所述第一加熱模塊的輸出功率，至所述輸送管路中制冷氣體的溫度達(dá)到所述第一預(yù)設(shè)溫度；

5、在控制所述輸送管路中制冷氣體的溫度為第一預(yù)設(shè)溫度的過程中，監(jiān)測所述第一加熱模塊的輸出功率；

6、在監(jiān)測到所述第一加熱模塊的輸出功率高于或等于功率上限值的情況下，以預(yù)設(shè)增量更新所述當(dāng)前的目標(biāo)流量，得到更新的目標(biāo)流量；

7、基于所述更新的目標(biāo)流量重復(fù)上述第一加熱模塊的輸出功率調(diào)節(jié)步驟，以控制所述輸送管路中制冷氣體的溫度為所述第一預(yù)設(shè)溫度。

8、進(jìn)一步地，所述在控制所述輸送管路中制冷氣體的溫度為第一預(yù)設(shè)溫度的過程中，監(jiān)測所述第一加熱模塊的輸出功率之后，所述方法還包括：

9、在監(jiān)測到所述第一加熱模塊的輸出功率低于所述功率上限值的情況下，以所述當(dāng)前的目標(biāo)流量作為期望流量，并控制所述回流管路基于所述當(dāng)前的目標(biāo)流量回流且控制所述第一加熱模塊以所述第一加熱模塊的當(dāng)前輸出功率運行，并重復(fù)所述監(jiān)測所述第一加熱模塊的輸出功率的步驟。

10、進(jìn)一步地，所述閉循環(huán)低溫控制系統(tǒng)還包括第二加熱模塊，所述第二加熱模塊用于對輸入至所述樣品冷腔的制冷氣體進(jìn)行加熱以使得所述制冷氣體達(dá)到第二預(yù)設(shè)溫度；在所述在監(jiān)測到所述第一加熱模塊的輸出功率低于所述功率上限值的情況下，以所述當(dāng)前的目標(biāo)流量作為期望流量，并控制所述回流管路基于所述當(dāng)前的目標(biāo)流量回流且控制所述第一加熱模塊以所述第一加熱模塊的當(dāng)前輸出功率運行之后，所述方法還包括：

11、獲取輸入至所述樣品冷腔中的制冷氣體的當(dāng)前溫度；

12、以所述第二預(yù)設(shè)溫度為輸入至所述樣品冷腔中的制冷氣體的目標(biāo)溫度，根據(jù)所述期望流量和所述輸入至所述樣品冷腔中的制冷氣體的當(dāng)前溫度調(diào)節(jié)所述第二加熱模塊的輸出功率，至所述輸入至所述樣品冷腔中的制冷氣體的溫度達(dá)到所述第二預(yù)設(shè)溫度，所述第二預(yù)設(shè)溫度是指所述樣品冷腔中的制冷氣體所需達(dá)到的樣品制冷溫度的目標(biāo)值。

13、進(jìn)一步地，所述在樣品冷腔處于制冷模式的情況下，獲取所述溫控裝置當(dāng)前輸送至輸送管路中的制冷氣體的當(dāng)前溫度、所述第一預(yù)設(shè)溫度和當(dāng)前的目標(biāo)流量之前，所述方法包括：

14、響應(yīng)于所述樣品冷腔的制冷模式觸發(fā)事件，控制所述制冷模塊啟動，控制所述回流管路中目標(biāo)氣體的流量設(shè)定值為預(yù)設(shè)預(yù)冷流量；

15、在基于所述預(yù)設(shè)預(yù)冷流量回流所述目標(biāo)氣體的狀態(tài)下，以所述第一預(yù)設(shè)溫度為目標(biāo)溫度，根據(jù)所述輸送管路中的制冷氣體的溫度和所述預(yù)設(shè)預(yù)冷流量調(diào)節(jié)所述第一加熱模塊的輸出功率，至所述第一加熱模塊的輸出功率達(dá)到功率輸出穩(wěn)態(tài)條件；

16、將滿足所述輸出穩(wěn)態(tài)條件的輸出功率確定為目標(biāo)預(yù)冷功率，并控制所述第一加熱模塊以所述目標(biāo)預(yù)冷功率運行；

17、將所述回流管路中的流量設(shè)定值由所述預(yù)設(shè)預(yù)冷流量增量更新為目標(biāo)流量。

18、進(jìn)一步地，所述閉循環(huán)低溫控制系統(tǒng)包括流量控制模塊，所述流量控制模塊包括第一連通閥、第二連通閥、放氣閥和循環(huán)泵，所述第一連通閥設(shè)于所述溫控裝置的氣體入口管路中；所述樣品冷腔的氣體出口、所述循環(huán)泵、所述第二連通閥與所述溫控裝置的氣體入口依次管路連通形成所述回流管路，所述放氣閥設(shè)于所述第二連通閥和所述循環(huán)泵之間，一端與所述回流管路連通，另一端與外界連通；在所述控制所述制冷模塊啟動之前，所述方法還包括：

19、響應(yīng)于所述樣品冷腔的制冷模式觸發(fā)事件，控制所述第一連通閥開啟，以向所述溫控裝置輸送所述目標(biāo)氣體；

20、在檢測到所述回流管路中流動有所述目標(biāo)氣體的狀態(tài)下，控制所述循環(huán)泵和所述放氣閥開啟，并控制所述第二連通閥關(guān)閉，以進(jìn)行管路清洗；

21、在檢測到清洗時長達(dá)到預(yù)設(shè)清洗時長的情況下，控制所述放氣閥關(guān)閉和所述第二連通閥開啟，并控制所述回流管路中目標(biāo)氣體的流量設(shè)定值為預(yù)設(shè)清洗流量，以觸發(fā)所述制冷模塊啟動。

22、進(jìn)一步地，所述流量控制模塊還包括減壓閥，所述減壓閥設(shè)置于所述氣體入口管路中；所述在檢測到所述回流管路中流動有所述目標(biāo)氣體的狀態(tài)下，控制所述循環(huán)泵和所述放氣閥開啟，并控制所述第二連通閥關(guān)閉，以進(jìn)行管路清洗之前，所述方法還包括：

23、控制所述減壓閥開啟；

24、監(jiān)測所述氣體入口管路內(nèi)的當(dāng)前壓力；

25、根據(jù)所述氣體入口管路內(nèi)的當(dāng)前壓力和預(yù)設(shè)壓力間的差異調(diào)節(jié)所述減壓閥的開度，至所述氣體入口管路內(nèi)的壓力達(dá)到所述預(yù)設(shè)壓力。

26、進(jìn)一步地，所述溫控裝置設(shè)有用于容納所述目標(biāo)氣體的制冷內(nèi)腔和包覆在所述制冷內(nèi)腔外的制冷外腔，所述樣品冷腔設(shè)有用于放置樣品的樣品內(nèi)腔和包覆在所述樣品內(nèi)腔外的樣品外腔，所述閉循環(huán)低溫控制系統(tǒng)包括真空控制模塊，所述真空控制模塊包括第一真空閥、第二真空閥和真空泵，所述真空泵通過所述第一真空閥與所述制冷外腔可通斷連通，所述真空泵通過所述二真空閥與所述樣品外腔可通斷連通；在所述控制所述制冷模塊啟動之前，所述方法還包括：

27、響應(yīng)于所述樣品冷腔的制冷模式觸發(fā)事件，控制所述第一真空閥、所述第二真空閥和所述真空泵開啟，以分別對所述制冷外腔和所述樣品外腔抽真空，至所述制冷外腔和所述樣品外腔滿足真空條件。

28、進(jìn)一步地，所述方法還包括：

29、響應(yīng)于所述樣品冷腔的升溫模式觸發(fā)事件，若所述第一真空閥、所述第二真空閥和所述真空泵處于開啟狀態(tài)，控制所述第一真空閥、所述第二真空閥和所述真空泵關(guān)閉；

30、響應(yīng)于由升溫模式至制冷模式的切換事件，若所述第一真空閥處于關(guān)閉狀態(tài)且所述制冷外腔處于真空狀態(tài)，控制所述第二真空閥和所述真空泵開啟。

31、進(jìn)一步地，在所述控制所述回流管路基于所述當(dāng)前的目標(biāo)流量回流且控制所述第一加熱模塊以所述第一加熱模塊的當(dāng)前輸出功率運行，并重復(fù)所述監(jiān)測所述第一加熱模塊的輸出功率的步驟之后，所述方法還包括：

32、響應(yīng)于升溫模式觸發(fā)事件，調(diào)節(jié)所述回流管路中目標(biāo)氣體的流量設(shè)定值至預(yù)設(shè)升溫流量，并控制所述制冷模塊關(guān)閉；

33、以第三預(yù)設(shè)溫度為所述輸送管路中制冷氣體的目標(biāo)溫度，根據(jù)所述預(yù)設(shè)升溫流量和所述輸送管路中的制冷氣體的當(dāng)前溫度調(diào)節(jié)所述第一加熱模塊的加熱功率，至所述輸送管路中的制冷氣體的溫度達(dá)到所述第三預(yù)設(shè)溫度；

34、以第四預(yù)設(shè)溫度為輸入至所述樣品冷腔的制冷氣體的目標(biāo)溫度，根據(jù)所述預(yù)設(shè)升溫流量和輸入至所述樣品冷腔中的制冷氣體的當(dāng)前溫度調(diào)節(jié)所述第二加熱模塊的加熱功率，至所述樣品冷腔中的制冷氣體的溫度達(dá)到所述第四預(yù)設(shè)溫度；

35、控制所述第一加熱模塊、所述第二加熱模塊和所述真空控制模塊關(guān)閉。

36、另一方面，本發(fā)明提供了一種閉循環(huán)低溫控制系統(tǒng)，所述閉循環(huán)低溫控制系統(tǒng)包括溫控裝置、輸送管路、回流管路和控制裝置，所述溫控裝置的氣體出口、所述輸送管路、樣品冷腔、所述回流管路和所述溫控裝置的氣體入口依次連通，所述溫控裝置包括制冷模塊和第一加熱模塊，所述制冷模塊用于對經(jīng)過所述溫控裝置的目標(biāo)氣體進(jìn)行降溫以形成輸送至所述輸送管路的制冷氣體，所述第一加熱模塊用于對所述制冷氣體進(jìn)行加熱以使得所述制冷氣體達(dá)到第一預(yù)設(shè)溫度；所述回流管路用于將所述樣品冷腔中升溫后的目標(biāo)氣體輸送回所述溫控裝置；所述控制裝置包括：

37、獲取模塊，用于在樣品冷腔處于制冷模式的情況下，獲取所述溫控裝置當(dāng)前輸送至輸送管路中的制冷氣體的當(dāng)前溫度和當(dāng)前的目標(biāo)流量，所述第一預(yù)設(shè)溫度是指所述溫控裝置輸入至所述輸送管路中的制冷氣體的溫度目標(biāo)值，所述當(dāng)前的目標(biāo)流量是指所述回流管路中目標(biāo)氣體當(dāng)前的流量設(shè)定值；

38、功率調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)所述輸送管路中的制冷氣體的當(dāng)前溫度、所述第一預(yù)設(shè)溫度和所述當(dāng)前的目標(biāo)流量調(diào)節(jié)所述第一加熱模塊的輸出功率，至所述輸送管路中制冷氣體的溫度達(dá)到所述第一預(yù)設(shè)溫度；

39、監(jiān)測模塊，用于在控制所述輸送管路中制冷氣體的溫度為第一預(yù)設(shè)溫度的過程中，監(jiān)測所述第一加熱模塊的輸出功率；

40、更新模塊，用于在監(jiān)測到所述第一加熱模塊的輸出功率高于或等于功率上限值的情況下，以預(yù)設(shè)增量更新所述當(dāng)前的目標(biāo)流量，得到更新的目標(biāo)流量；

41、循環(huán)模塊，用于基于所述更新的目標(biāo)流量重復(fù)上述第一加熱模塊的輸出功率調(diào)節(jié)步驟，以控制所述輸送管路中制冷氣體的溫度為所述第一預(yù)設(shè)溫度。

42、另一方面，本發(fā)明提供了一種存儲介質(zhì)，所述存儲介質(zhì)中存儲有至少一條指令或至少一段程序，所述至少一條指令或所述至少一段程序由處理器加載并執(zhí)行以實現(xiàn)如以上所述的閉循環(huán)低溫控制方法。

43、實施本發(fā)明，具有如下有益效果：

44、本發(fā)明采用制冷模塊產(chǎn)生冷量，并通過調(diào)控回流到溫控裝置的目標(biāo)氣體的目標(biāo)流量以及第一加熱模塊的輸出功率以對溫控裝置的溫度進(jìn)行調(diào)控，將第一加熱模塊的加熱功率產(chǎn)生的熱量與輸送至溫控裝置的目標(biāo)氣體的目標(biāo)流量所攜帶的熱量一起與制冷模塊產(chǎn)生的冷量進(jìn)行中和，動態(tài)維持溫控裝置輸送至輸送管路的制冷氣體達(dá)到第一預(yù)設(shè)溫度，將制冷氣體輸送到樣品冷腔并對樣品冷腔中的樣品進(jìn)行有效降溫，溫度準(zhǔn)確性和溫度穩(wěn)定性好；在閉循環(huán)低溫控制系統(tǒng)中存在多變量不可控的情況下，該閉循環(huán)低溫控制方法使得溫控裝置能夠達(dá)到一個可控且穩(wěn)定的輸出冷量，自動化程度高，目標(biāo)流量和第一加熱模塊的輸出功率調(diào)控快速，及時性好，準(zhǔn)確性高，有利于維持整個閉循環(huán)低溫控制系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性和運行穩(wěn)定性。