[發(fā)明專利]快速可調(diào)的高低溫平面溫度場(chǎng)的獲取裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910048231.9
• 申請(qǐng)日: 2009-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN101510101A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭孝峰;夏再忠;吳靜怡;王如竹;郭俊杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D23/19
• 分類號(hào): G05D23/19;G05B15/02
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體地說，涉及的是一種快速可調(diào)的高低溫平面溫度場(chǎng)的獲取裝置。

背景技術(shù)

在科學(xué)實(shí)驗(yàn)、設(shè)備檢驗(yàn)等各種場(chǎng)合，都需要對(duì)溫度進(jìn)行高低溫調(diào)節(jié)和周期性控制，形成溫度場(chǎng)。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前獲得平面溫度場(chǎng)的方式大致分為兩種：

電熱板式(參見02115138.5：一種具有均勻溫度場(chǎng)的高溫電熱消毒柜)和半導(dǎo)體器件(參見：97206560.1：一種可調(diào)溫度場(chǎng)的加熱裝置)實(shí)現(xiàn)。電熱板式原理是采用金屬電阻絲與金屬板相配合，通過控制通過電阻絲的電流來控制其發(fā)熱量，繼而控制金屬板下的溫度分布。該裝置由于不含制冷設(shè)備，只能獲得高于環(huán)境溫度的變化溫度場(chǎng)，且降溫效果往往取決于電熱板的通風(fēng)冷卻，具有溫度變化延遲時(shí)間長，響應(yīng)慢的特點(diǎn)。利用半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)變化溫度場(chǎng)的方法，其原理則是半導(dǎo)體器件的帕爾貼效應(yīng)。根據(jù)帕爾貼效應(yīng)，半導(dǎo)體器件在通直流電時(shí)在致冷面產(chǎn)生制冷效應(yīng)，另一表面則產(chǎn)生加熱效應(yīng)；通過控制通過半導(dǎo)體器件的電流大小，可以控制其制冷量和加熱量；變化電流的方向，則可以變換致冷面和加熱面的位置。帕爾貼效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的溫度變化具有變化迅速的特點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是溫度不易精確控制，且制冷和發(fā)熱的熱流密度較小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種快速可調(diào)的高低溫平面溫度場(chǎng)的獲取裝置，快速、連續(xù)變化的獲取高低溫平面溫度場(chǎng)，取代原有的電熱板或半導(dǎo)體器件方案，具有易于實(shí)現(xiàn)、可靠性高、控制方法簡單等特點(diǎn)。本發(fā)明產(chǎn)生的平面溫度場(chǎng)分布均勻、變化快速，調(diào)溫范圍覆蓋低溫和高溫之間。本發(fā)明可應(yīng)用于儀器校正、科研實(shí)驗(yàn)、芯片制造等各種對(duì)溫度變化要求較高的場(chǎng)合。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括制冷機(jī)組、三個(gè)電加熱器、PID溫度控制器、儲(chǔ)液罐、液體泵、控溫板、三個(gè)閘閥、三通閥、球閥、三個(gè)可控硅調(diào)功器、工控計(jì)算機(jī)，制冷機(jī)組出口與第一電加熱器的進(jìn)口相連接，制冷機(jī)組的進(jìn)口與三通閥相連接，三通閥的一個(gè)進(jìn)口端通過第一閘閥與第一液體泵出口相連接，第一液體泵進(jìn)口與儲(chǔ)液罐底部相連接，三通閥的另一進(jìn)口端通過第二閘閥與第三電加熱器的出口相連接，第二液體泵與第二電加熱器的進(jìn)口相連接，第二電加熱器出口與控溫板進(jìn)口相連接，控溫板出口與第三電加熱器的進(jìn)口相連接，第一閘閥的進(jìn)口與第二液體泵的出口相連接，第一閘閥的出口與儲(chǔ)液罐相連接，球閥與儲(chǔ)液罐相連接，第一可控硅調(diào)功器連接PID溫度控制器，第二和第三可控硅調(diào)功器連接工控計(jì)算機(jī)，第一電加熱器的電源與第一可控硅調(diào)功器電氣連接，第二和第三電加熱器的電源分別與第二和第三可控硅調(diào)功器相電氣連接。

所述控溫板采用高導(dǎo)熱系數(shù)的紫銅材料，由薄壁管與薄板焊接加工而成。薄壁管被彎曲成一定的平面排列形狀，然后平鋪于薄板平面上，使用銀焊或其他高導(dǎo)熱性能的焊接材料將薄壁管與薄板焊接在一起。

所述第二電加熱器和第三電加熱器為即熱式電加熱器，其功率大于或者等于制冷機(jī)組的制冷功率值。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是制冷機(jī)組配合程序控制的的電加熱器結(jié)合，形成溫度快速變化的液體介質(zhì)；液體介質(zhì)迅速流經(jīng)高導(dǎo)熱金屬加工而成的控溫板后，可在控溫板下表面形成平面溫度場(chǎng)。

本發(fā)明裝置使用時(shí)，連續(xù)工作的制冷機(jī)組將液體介質(zhì)的溫度降低到低于環(huán)境溫度，配合PID溫度控制器調(diào)節(jié)的第一電加熱器，可將儲(chǔ)液罐內(nèi)液體的溫度穩(wěn)定在一定的低溫。由程序控制的第二電加熱器可以將儲(chǔ)液罐出來的液體加熱到一快速變化的溫度，該變溫液體經(jīng)過高導(dǎo)熱材料焊接而成的控溫板，可在控溫板下表面形成均勻的，相應(yīng)快速變化的平面溫度場(chǎng)。三個(gè)電加熱器加熱量的控制采用三個(gè)可控硅調(diào)功器配合工控計(jì)算機(jī)以及PID溫度控制器實(shí)現(xiàn)。平面溫度場(chǎng)獲得部分主要是利用變溫的液體產(chǎn)生溫度相應(yīng)迅速變化的平面溫度場(chǎng)。平面溫度場(chǎng)產(chǎn)生的主要部件為控溫板，溫度隨時(shí)間快速變化的液體介質(zhì)流經(jīng)控溫板上的薄壁管內(nèi)。控溫板采用高導(dǎo)熱系數(shù)的紫銅材料，由薄壁管與薄板焊接加工而成。薄壁管與薄板的壁厚應(yīng)盡量薄，必須能夠保證管內(nèi)液體溫度在瞬間傳遞到板的下表面，形成平面溫度場(chǎng)。

本發(fā)明采用一制冷機(jī)組產(chǎn)生恒溫的液體介質(zhì)，該液體介質(zhì)流經(jīng)計(jì)算機(jī)程序控制的大功率即熱式加熱器，能夠?qū)崿F(xiàn)液體溫度的快速變化；配合高導(dǎo)熱的紫銅材料焊接而成的控溫板，可在控溫板下表面形成快速、均勻變化的平面溫度場(chǎng)。該方法易于實(shí)現(xiàn)，具有可靠性高、控制方法簡單等特點(diǎn)。