用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉及升降温方法

摘要

本发明提供一种用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉，包括上盖和炉体，上盖包括上盖腔体，下端面设有密封盖，密封盖与上盖腔体的连接面上设有第一通孔、第二通孔和第三通孔，分别设有测温装置、加热装置和降温冷却装置；炉体顶部设有第四通孔和第五通孔，密封盖的位置对应于第四通孔，第五通孔内设有测温装置，炉体的底部设有底盖；炉体的内腔包括内层腔体和外层腔体，内层腔体设有通向炉体外的排气口，外层腔体的侧边设有上水口和排水口。本发明的另一目的在于提供一种可调控循环的升降温方法。本发明的炉体降温速率接近甚至大于自然降温速率，降温速率可调控，温度范围广，可循环多次，满足绝大多数的材料生产或是实验样品制备温度。

权利要求

1.一种使用用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉的升降温方法，其特征在于，所述可调控循环升降温多用途炉包括：上盖，包括上盖腔体，所述上盖腔体的下端面设有密封盖，所述密封盖与上盖腔体的连接面上设有第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第一通孔、第二通孔和第三通孔内分别可拆卸的设有测温装置、加热装置和降温冷却装置；炉体，其顶部设有第四通孔和第五通孔，密封盖背向上腔盖体的一侧与炉体的顶部连接，且密封盖的位置对应于所述第四通孔，所述第五通孔内可拆卸的设有测温装置，炉体的底部设有可拆卸的底盖；所述炉体的内腔包括内层腔体和外层腔体，所述第一通孔、第二通孔和第三通孔通向内层腔体内，所述第五通孔通向外层腔体内，所述内层腔体设有通向炉体外的排气口，所述外层腔体的侧边设有上水口和排水口，通过所述上水口接入循环水；其中，所述排水口为两个，接入冷却循环水或分别接入热水箱和冷水箱；

所述升降温方法包括：

(1)使用水浴方式进行加热冷却循环：

冷水箱设定恒定温度4℃，热水箱设定恒定温度90℃，之后冷水箱和热水箱分别接入两个排水口，热水箱与排水口的连接通路上设有热水回流阀，冷水箱与排水口的连接通路上设有冷水回流阀，热水箱内的水经由第一管路进入冷水箱，热水箱和第一管路的连接处设有热水泵，冷水箱和第一管路的连接处设有冷水泵，所述第一管路与炉体上设有的循环水进口通过第二管路形成连通；

通过上水口向外层腔体注水，且设定水浴温度下限温度T下限，以及上限温度T上限，温度范围为4‑90℃；完成后，将待测样品装入炉体的内层腔体内，固定好测温装置，开启炉体升温降温循环模式；

在升温过程中，冷水泵处于关闭状态，冷水回流阀处于开启状态，热水泵处于开启状态，热水回流阀处于关闭状态，此时总体的水流向是由热水箱向冷水箱注水，当水温达到(T上限‑T下限)/2时，关闭冷水回流阀门，开启热水回流阀，此时的水流在热水箱内循环；

当内层腔体处于保温状态时，对外层腔体的水温进行监控，当外层腔体的水温低于T上限时，开启热水泵及热水回流阀，向外层腔体增补热水至预设上限温度，该过程直至保温结束；

当内层腔体处于降温状态时，开启冷却水泵，开启热水回流阀，此时水流的流向由冷水箱流入至热水箱，当外层腔体水温达到(T上限‑T下限)/2时，关闭热水回流阀，开启冷水回流阀，此时水流在冷水箱内循环；

(2)使用等离子或电子枪进行加热与启动制冷循环：

排水口接入冷却水，第二通孔接入等离子或电子枪，第三通孔接入高压气体，连接完成后，将待测样品装入炉体的内层腔体内，固定好测温装置，设置好加热的最高温度，升温速率，最低温度，降温速率以及循环次数五个参数后，开启循环冷却水，加热待测样品；

当温度到达设定值后，根据所测温度对炉体内层进行适当的补温，此时进入保温环节；

当进行降温时，关闭等离子或电子枪，开启高压气体阀门，利用风冷对样品进行快速降温，当内层炉体中的压力达到一定的阈值后，减压阀门开始排气，其温度的下降率通过调整高压管中气体压力值来控制样品的降温速率；

当温度达到设置的最低温度后，进入低温保温环节，如无此环节，设备再次循环至加热环节；

当循环次数达到预计的设定值时，循环停止。

2.根据权利要求1所述的使用用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉的升降温方法，其特征在于：所述上盖腔体内设有电缆排线孔和温控装置电路板。

3.根据权利要求1所述的使用用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉的升降温方法，其特征在于：所述上盖腔体的上端面设有顶盖，所述顶盖与上盖腔体通过螺丝紧固连接。

4.根据权利要求1所述的使用用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉的升降温方法，其特征在于：所述上盖腔体与所述密封盖焊接连接。

5.根据权利要求1所述的使用用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉的升降温方法，其特征在于：所述密封盖背向上腔盖体的一侧设有限位盘，第一通孔、第二通孔和第三通孔穿过所述限位盘通向内层腔体内。

6.根据权利要求1所述的使用用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉的升降温方法，其特征在于：所述密封盖背向上腔盖体的一侧与炉体的连接处设有密封圈，炉体与密封盖通过螺丝连接紧固。

7.根据权利要求1所述的使用用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉的升降温方法，其特征在于：所述内层腔体内设有加热平台或底座。

8.根据权利要求1所述的使用用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉的升降温方法，其特征在于：所述内层腔体的排气口处设有减压阀。

9.根据权利要求1所述的使用用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉的升降温方法，其特征在于：所述底盖与炉体之间采用螺纹口加密封圈的形式进行密封。

10.根据权利要求1所述的使用用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉的升降温方法，其特征在于：所述底盖与炉体之间采用螺纹口加密封胶的形式进行密封。

11.根据权利要求1所述的使用用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉的升降温方法，其特征在于：所述炉体的底部还设有多个脚座。

说明书

用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉及升降温方法

技术领域

[0001] 本发明涉及宽温区升降温炉技术领域，具体而言涉及一种用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉及升降温方法。

背景技术

[0002] 在增材制造技术中，常用的方法有铺粉法和送粉法，送粉法因其制造效率较高、成本较低而被广泛使用，但送粉法在加工过程中，材料体面临着激光头的反复加热过程，这种反复加热过程势必对材料的结构与最终的性能带来一定的影响，因此有必要对这种快速升降温的热处理方法度材料带来的影响进行研究。

[0003] 同样，在研发保温相变材料时，相变保温材料在低温与高温时分别存在两种相结构，在升温过程时，材料发生吸热反应，由低温形态转向高温形态；在降温过程时，材料又会发生放热反应从而达到保温的过程，因此，在研究相变保温材料使用寿命的问题时，就需要对此相变材料进行反复的快速升降温，以达到研究目的。

[0004] 再则，针对一些特殊材料的生产，特别是两种组元熔点差异大且极易偏析的功能材料，如Nb3Al，需要使用一种叫RHQT(快速加热与冷却转换加工过程)的生产工艺进行制备，这种工艺不仅要考虑升温，同样要考虑对其进行降温，并且升温与降温的过程均循环且可控的，因此在生产之前的实验中，就需要模拟该工艺的过程对材料进行小样的试验。

[0005] 对上述所述快速升降温的热处理方法进行研究，均要求其在降温过程中，降温速率接近甚至大于自然冷却的速率，而目前存在炉体的降温均存在不断补热的过程，其降温速率均小于自然降温速率，如图1所示，即降温斜率均大于自然降温速率，而非自然降温区域这一范围的炉体，以期其降温速率能接近甚至大于自然降温的速率，且其降温速率可调控，过程可循环，则缺少相关的产品，从而导致无法研究快速升降温对材料带来的影响。

发明内容

[0006] 本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉，其降温速率接近甚至大于自然降温的速率，且降温速率可调控，使用温度的范围广，可循环多次，满足绝大多数的材料生产或是实验样品制备温度。

[0007] 本发明的另一目的在于提供一种采用用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉进行可调控循环的升降温方法。

[0008] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

[0009] 一种用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉，包括：

[0010] 上盖，包括上盖腔体，所述上盖腔体的下端面设有密封盖，所述密封盖与上盖腔体的连接面上设有第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第一通孔、第二通孔和第三通孔内分别可拆卸的设有测温装置、加热装置和降温冷却装置；

[0011] 炉体，其顶部设有第四通孔和第五通孔，密封盖背向上腔盖体的一侧与炉体的顶部连接，且密封盖的位置对应于所述第四通孔，所述第五通孔内可拆卸的设有测温装置，炉体的底部设有可拆卸的底盖；

[0012] 所述炉体的内腔包括内层腔体和外层腔体，所述第一通孔、第二通孔和第三通孔通向内层腔体内，所述第五通孔通向外层腔体内，所述内层腔体设有通向炉体外的排气口，所述外层腔体的侧边设有上水口和排水口，通过所述上水口接入循环水。

[0013] 进一步地，所述上盖腔体内设有电缆排线孔和温控装置电路板。

[0014] 进一步地，所述上盖腔体的上端面设有顶盖，所述顶盖与上盖腔体通过螺丝紧固连接。

[0015] 进一步地，所述上盖腔体与所述密封盖焊接连接。

[0016] 进一步地，所述密封盖背向上腔盖体的一侧设有限位盘，第一通孔、第二通孔和第三通孔穿过所述限位盘通向内层腔体内。

[0017] 进一步地，所述密封盖背向上腔盖体的一侧与炉体的连接处设有密封圈，炉体与密封盖通过螺丝连接紧固。

[0018] 进一步地，所述内层腔体内设有加热平台或底座。

[0019] 进一步地，所述内层腔体的排气口处设有减压阀。

[0020] 进一步地，所述排水口为两个，接入冷却循环水或分别接入热水箱和冷水箱。

[0021] 进一步地，所述底盖与炉体之间采用螺纹口加密封圈的形式进行密封。

[0022] 进一步地，所述底盖与炉体之间采用螺纹口加密封胶的形式进行密封。

[0023] 进一步地，所述炉体的底部还设有多个脚座。

[0024] 一种可调控循环的升降温方法，采用用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉，所述的升降温方法包括：

[0025] (1)使用水浴方式进行加热冷却循环：

[0026] 冷水箱设定恒定温度4℃，热水箱设定恒定温度90℃，之后冷水箱和热水箱分别接入两个排水口，热水箱与排水口的连接通路上设有热水回流阀，冷水箱与排水口的连接通路上设有冷水回流阀，热水箱内的水经由第一管路进入冷水箱，热水箱和第一管路的连接处设有热水泵，冷水箱和第一管路的连接处设有冷水泵，所述第一管路与炉体上设有的循环水进口通过第二管路形成连通；

[0027] 通过上水口向外层腔体内注水，且设定水浴温度下限温度T下限，以及上限温度T上限，温度范围为4‑90℃；完成后，将待测样品装入炉体的内层腔体内，固定好测温装置，开启炉体升温降温循环模式；

[0028] 在升温过程中，冷水泵处于关闭状态，冷水回流阀处于开启状态，热水泵处于开启状态，热水回流阀处于关闭状态，此时总体的水流向是由热水箱向冷水箱注水，当水温达到(T上限‑T下限)/2时，关闭冷水回流阀门，开启热水回流阀，此时的水流在热水箱内循环；

[0029] 当内层腔体处于保温状态时，对外层腔体的水温进行监控，当外层腔体的水温低于T上限时，开启热水泵及热水回流阀，向外层腔体增补热水至预设上限温度，该过程直至保温结束。

[0030] 当内层腔体处于降温状态时，开启冷却水泵，开启热水回流阀，此时水流的流向由冷水箱流入至热水箱，当外层腔体水温达到(T上限‑T下限)/2时，关闭热水回流阀，开启冷水回流阀，此时水流在冷水箱内循环；

[0031] (2)使用等离子或电子枪进行加热与启动制冷循环：

[0032] 排水口接入冷却水，第二通孔接入等离子或电子枪，第三通孔接入高压气体，连接完成后，将待测样品装入炉体的内层腔体内，固定好测温装置，设置好加热的最高温度，升温速率，最低温度，降温速率以及循环次数五个参数后，开启循环冷却水，加热待测样品；

[0033] 当温度到达设定值后，根据所测温度对炉体内层进行适当的补温，此时进入保温环节；

[0034] 当进行降温时，关闭等离子或电子枪，开启高压气体阀门，利用风冷对样品进行快速降温，当内层炉体中的压力达到一定的阈值后，减压阀门开始排气，其温度的下降率通过调整高压管中气体压力值来控制样品的降温速率；

[0035] 当温度达到设置的最低温度后，进入低温保温环节，如无此环节，设备再次循环至加热环节；

[0036] 当循环次数达到预计的设定值时，循环停止。

[0037] 本发明的有益效果在于：

[0038] 1、本发明的用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉，设有不同的升降温模式，可根据研究的材料以及所需升降温的温度范围，选择相应的模式进行升降温处理；炉体具有水浴、等离子或电子枪两种方式的加热冷却循环，使用温度的范围可在‑150℃～1100℃之间，具有宽泛的温度使用区间；同时，该炉体可根据实际需要调控升温和降温的速率，通过设置好参数，并在升降温过程中将实际温度与设置温度进行比较，以控制升降温的速率，通过这种加热冷却模式以及控温模式，可以实现炉体在降温过程中，其降温速率接近甚至大于自然降温的速率，从而满足需要快速升降温材料的研究；且本发明的炉体可以进行多次循环操作，其循环的最大次数可达5000次，可满足大多数材料的使用需求。

[0039] 2、本发明的炉体成本低，简单易操作，易于维护，便于大规模生产使用，可直接用于一些特殊材料的生产，降低生产成本，弥补了需快速升降温材料生产工艺上的缺失，应用前景广阔。

附图说明

[0040] 图1是现有技术中的炉体降温速率与自然降温速率的曲线示意图。

[0041] 图2是本发明的用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉的结构示意图。

[0042] 图3是本发明的炉上盖的结构示意图。

[0043] 图4是本发明的炉上盖的结构示意图。

[0044] 图5是本发明的炉体的结构示意图。

[0045] 图6是本发明的炉体的剖视图。

[0046] 图7是本发明的炉底盖的结构示意图。

[0047] 图8是本发明的多用途炉使用水浴方式进行加热冷却循环的示意图。

[0048] 图9是本发明的多用途炉使用等离子或电子枪进行加热与启动制冷循环的示意图。

[0049] 图10是本发明等离子或电子枪进行加热升温调节的监测流程图。

[0050] 附图标记说明：100、上盖；110、上盖腔体；120、密封盖；121、第一通孔；122、第二通孔；123、第三通孔；130、限位盘；140、顶盖；200、炉体；210、第四通孔；220、第五通孔；230、底盖；240、内层腔体；241、排气口；250、外层腔体；251、上水口；252、排水口；300、热水箱；400、冷水箱；500、冷却循环水；600、等离子或电子枪；700、高压气体。

具体实施方式

[0051] 为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

[0052] 在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。

[0053] 结合图2，本发明提供了一种用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉，该多用途炉可以在‑150℃～1100℃之间进行冷热循环，且其降温速率接近甚至大于自然降温的速率，从而满足需要快速升降温材料的研究和生产，其包括上盖100和炉体200。

[0054] 如图3、4所示，上盖包括上盖腔体110，在上盖腔体内预留了控制与测温装置的电路板安装空间，除此之外，还留有一个电缆排线孔，方便接入一些可操控的扩展装置，如，电磁水阀，泵体，降温设备，加热设备，电动气阀等相关装置。

[0055] 上盖腔体的下端面焊接连接有密封盖120，密封盖120与上盖腔体110的连接面上设有第一通孔121、第二通孔122和第三通孔123，密封盖背向上腔盖体的一侧设有限位盘130，第一通孔121、第二通孔122和第三通孔123穿过限位盘130通向内层腔体内，第一通孔
121、第二通孔122和第三通孔123的位置呈“一”字形排列，其内分别可拆卸的设有测温装置、加热装置和降温冷却装置；上盖腔体的上端面设有顶盖140，顶盖与上盖腔体通过螺丝紧固连接，顶盖上设有拉环，方便使用过程中的拆卸。

[0056] 如图5、6所示，炉体200的顶部设有第四通孔210和第五通孔220，限位盘130嵌合在第四通孔210内，且连接处设有密封圈，用于提高炉体的密封度，密封盖与炉体的顶部通过螺丝组进行紧固连接；第五通孔220通向外层腔体内，其内可拆卸的设有测温装置；如图7所示，炉体的底部设有底盖230，底盖230与炉体底部之间采用螺纹口加密封圈的形式进行密封，采用该结构的目的在于加工简单，如加工精度无法满足较高的要求，也可以通过打入密封胶的形式对整个炉体底部实施良好的密封，另外该结构也便于对外层炉体进行清洁，方便炉体的保养；炉体的底部还设有多个脚座260，用于支撑炉体。

[0057] 炉体的内腔包括内层腔体240和外层腔体250，内层腔体240为实际的使用区域，且使用时应保持干燥，可以根据不同的需求进行定制化设计，如内置高温加热平台，底座等，内层腔体240设有通向炉体外的排气口241；外层腔体250为湿润区，其侧边设有上水口251和排水口252，通过上水口251将外层腔体250内充满水，排水口252在使用炉体作为水浴加热降温循环时，分别接入热水箱300以及冷水箱400，如使用高温加热时，接入冷却循环水500；外层腔体250又可以作为降温区对内层炉体进行冷却，防止内层炉体温度过高而产生形变。

[0058] 本实施例中与炉体配套的两组水箱，上盖分别带有可以制冷或者加热的换热器，制冷换热器可以采用二极管制冷或可以连接外部制冷设备，加热换热器内部为电阻式加热，其加热与制冷功率可以通过由单片机控制功率放大管的方法进行调节。

[0059] 本实施例还提供了一种可调控循环的升降温方法，其采用用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉进行升降温，以对内层腔体内的材料进行处理，其升降温方法包括：

[0060] (1)初次使用

[0061] 冷热水管线接法如图8所示，热水箱与排水口的连接通路上设有热水回流阀，冷水箱与排水口的连接通路上设有冷水回流阀，热水箱内的水经由第一管路进入冷水箱，热水箱和第一管路的连接处设有热水泵，冷水箱和第一管路的连接处设有冷水泵，所述第一管路与炉体上设有的循环水进口通过第二管路形成连通。

[0062] 首先将冷水与热水水箱注入3/4容量的水，同时将外层炉体注满水。首先打开冷水水冷与冷水回流阀，关闭热水水泵以及热水回流阀，检查冷水循环状态是否良好，待检查合格后，关闭冷水水泵以及冷水回流阀，开启热水水泵以及热水回流阀，同样检查热水水泵以及热水回流阀是否正常。

[0063] (2)使用水浴方式进行加热冷却循环：

[0064] 对内层炉体排气孔安装减压阀门，并对上盖的第一通孔、第二通孔和第三通孔做密封处理，冷水箱和热水箱分别接入两个排水口，并按照上述初次使用的处理步骤对两组水箱进行水路检测；开启制冷机，以及加热器，冷水箱内的温度恒定为4℃，热水箱内的温度为90℃，该外接设备在使用前可以分别进行上电测试，以保证工作的稳定性；完成后，将待测样品装入炉体的内层腔体内，固定好测温装置，以保证测温的准确性；设定水浴温度下限温度T下限，以及上限温度T上限，温度范围为4℃‑90℃，循环次数为1‑5000次，其后开启炉体升温降温循环模式；其中，槽内水温分别由槽内制冷或加热装置进行温度调整，其输出功率由单片机或树莓派等自控装置检测槽内水温，并驱动功率放大电路进行自动调整。

[0065] 在升温过程中，冷水泵处于关闭状态，冷水回流阀处于开启状态，热水泵处于开启状态，热水回流阀处于关闭状态，此时总体的水流向是由热水箱向冷水箱注水，当水温达到(T上限‑T下限)/2时，关闭冷水回流阀门，开启热水回流阀，此时的水流在热水箱内循环；

[0066] 当外层炉体内的水温达到上限时，使水泵的功率降低至额定功率的1/3，以防止内层炉体温度超过设置温度的上限值，当内层炉体温度达到上限值时，关闭热水泵与热水阀。

[0067] 当内层腔体处于保温状态时，对外层腔体的水温进行监控，当外层腔体的水温低于T上限温度3℃时，开启热水泵及热水回流阀，仍以1/3额定功率向外层腔体增补热水至预设上限温度，该过程直至保温结束。

[0068] 当内层腔体处于降温状态时，开启冷却水泵，开启热水回流阀，此时水流的流向由冷水箱流入至热水箱，当外层腔体水温达到(T上限‑T下限)/2时，关闭热水回流阀，开启冷水回流阀，此时水流在冷水箱内循环。

[0069] (3)使用等离子或电子枪进行加热与启动制冷循环：

[0070] 如图9所示，排水口接入冷却水，第二通孔接入等离子或电子枪600，第一通孔接入高压气体700，连接完成后，将待测样品装入炉体的内层腔体内，固定好测温装置，此时选用高温温度计，如铜镍热电偶，铂铑热电偶，将加热枪与气体冷却管对准样品，将温度计设置在合适的位置后，盖紧密封盖，如果向内层炉体通有保护气氛可在排气口处安装一只压力阀门，设置好加热的最高温度，升温速率，最低温度，降温速率以及循环次数五个参数后，开启循环冷却水，加热待测样品；

[0071] 当加热时，加热器开始工作，由温度计实时返回测量出的温度，待温度与目标温度具有20～30℃温差时，降低加热器的输出功率，防止过度升温；当温度到达设定值后，根据所测温度对炉体内层进行适当的补温，此时进入保温环节；

[0072] 当进行降温时，关闭等离子或电子枪，开启高压气体阀门，此时高压气体经过高压管进入内层炉体中，利用风冷对样品进行快速降温，当内层炉体中的压力达到一定的阈值后，减压阀门开始排气，带走热量，其温度的下降率可以通过调整高压管中气体压力值来控制样品的降温速率；当温度达到设置的最低温度后，进入低温保温环节，如无此环节，设备再次循环至加热环节；当循环次数达到预计的设定值时，循环停止。

[0073] 水浴方式进行加热冷却循环，其升降温速率控制的原理如下：

[0074] 根据比热公式：

[0075] Q＝cmDT (1)

[0076] 式中Q为温度升高或者降低时所需要的能量，c为水的比热，m为水的质量，DT为温差，可以得知，如果炉体内部的存水量一定，每升高或者降低1℃时所需要的能量是一个确定的量，暂且用Qconst表示，则升温或者降温速率则可以认为在一定时间t内能量的改变速率，则水浴锅内的升降温速率P可以表示为：

[0077] P＝Qconst/t (2)

[0078] 假设T0为炉体内的水温，T1为冷却水的恒定水温，T2为加热水的恒定水温，则：

[0079] DT1＝T‑T1                    (3)

[0080] DT2＝T2‑T                    (4)

[0081] 其中DT1与DT2分别表示炉体内水温与冷水箱及热水箱的温度差，则冷水以及热水在一个确定的时间内能够给水浴炉体内能够带来的热量为：

[0082] Q1＝hcm1DT1＝hcDV1t1DT1            (5)

[0083] Q2＝hcm2DT2＝hcDV2 t2DT2            (6)

[0084] 其中水流速的误差可以忽略，在该设备中水的热量损耗是个定值h，该数值可以手动设置，以免升降温速率误差较大。此外，本设备的时间t可以简化处理，令t＝t1＝t2，同时比较式(1)(2)(5)(6)可以得知：冷水与热水对炉体内的升温速率控制实际上可以通过每秒的水流量与温度之差的乘积来确定，实际的升温速率与降温速率可以用P1以及P2来表示：

[0085] P1＝h DV1DT1                      (7)

[0086] P2＝h DV2DT2                      (8)

[0087] 控制升温速率的操作方法为设置好参数P，在升温与降温的过程中只需要比较P1以及P2与P的大小即可以实现控制。

[0088] 根据上述原理，以水浴方式进行升降温的过程控制如下：

[0089] 炉体内部设定好升温及降温速率以及损耗系数，即确定了P与h，其中t作为时间常数，在确定升温及降温速率时也同时确定。

[0090] 当温度升高时，假设T2温度不变，监测水浴锅内温度T以及热水流量DV2的变化量，当h DV2 DT2比设定速率P大时，应控制电磁阀降低热水流量DV2，以确保h DV2 DT2的乘积与设定的升温速率P趋近一致，当水浴内温度升高，DT2减小，此时应开大电磁阀，使得热水流量增加，加大DV2，仍能够保证功率系数P不变。

[0091] 当温度降低时，由于DT1较大，此时应缓慢开启冷水电磁阀，使得DV1较小，随着温度的降低，DT1减小，此时应加大流速DV1，使得降温速率保持一致。

[0092] 其中，升温与降温速率的极限由水温DT与流速DV的乘积的最大值决定。

[0093] 等离子或电子枪进行加热与启动制冷循环，其升降温速率控制的原理如下：

[0094] 升温调节

[0095] 通过控制等离子枪或电子枪的电压值并监测电流的方式实现升温速率调节，等离子枪或电子枪功率即控制升温速率的主要参数，可以认为一秒钟输入给炉体内部的热量Qgun即为等离子枪的功率P，炉体内部的热损耗主要由冷却水提供，一秒种可以带走热量为：

[0096] Qcool＝AvwaterΔT

[0097] 其中A＝cwaterd为常数，包含水的比热以及管道的直径。因此，升温速率可以认为是：

[0098] V＝Qgun‑Qcool

[0099] 即：加热时的升温速率若要恒定，只需要使等离子枪或电子枪的功率与水流速温差之间的差值为近似恒定即可控制加热速率，此时水流速可以认为是恒定值。由于温差变化范围较大，因此需要通过下列监测顺序(如图10所示)实现升温速率的控制，同时由于等离子枪或电子枪中的气体电流变化幅度较大，同时可以利用自动调压的功能实现输出功率控制，其中电压的步进数值可以设置，最小精度为5V。

[0100] 冷却

[0101] 采用水冷循环的方式对样品进行冷却，冷却时只考虑水流速与温差之间的关系，由于温差的变化范围是由大致小，若要使降温速率恒定，水流速只能由小至大，而降温速率越高，需要对应的水泵的功率就越大，因此至需要考虑最高降温速率(由水泵功率决定)，便可以使控制水流量与温差的乘积保持一个恒定的数值，从而实现降温速率的恒定。

[0102] 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。