[發明專利]基于半導體制冷的多級精密快速溫度反饋控制系統

在審

• 申請號: 202010026154.3
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111142594A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 魏巍;李加勝;黃小津;路傲軒;劉品寬
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院機械制造工藝研究所
• 主分類號: G05D23/24
• 分類號: G05D23/24;G05B11/42
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 熊曦

1.基于半導體制冷的多級精密快速溫度反饋控制系統，其特征在于，所述系統包括：

控制器、半導體致冷器及其驅動電路、風扇及其驅動電路、鉑電阻及其測溫電路和腔體；鉑電阻安裝在腔體內，鉑電阻測溫電路用于測量鉑電阻的溫度信號，并將溫度信號傳遞給控制器，控制器用于基于溫度信號控制半導體致冷器驅動電路和風扇及驅動電路，半導體致冷器驅動電路驅動半導體致冷器對腔體內部進行溫度控制，風扇及驅動電路驅動風扇對腔體內部進行溫度控制。

2.根據權利要求1所述的基于半導體制冷的多級精密快速溫度反饋控制系統，其特征在于，在鉑電阻測溫電路中上位機發送通斷指令信號至供電系統決定鉑電阻工作狀態；穩壓電路將直流供電電壓U_s轉化為鉑電阻電橋的直流電壓U_i；溫度變化將導致電橋不平衡，因此產生的壓差U₀進入同樣由直流電源供電的信號放大電路；輸出電壓U′₀傳輸至控制器，將輸出電壓U′₀換算為溫度值。

3.根據權利要求2所述的基于半導體制冷的多級精密快速溫度反饋控制系統，其特征在于，鉑電阻測溫電路通過輸出信號U′₀與控制器通過BNC接口進行信號傳輸，控制器將信號傳輸至上位機進行數據的處理及補償，最終得到給定采樣周期內的溫度平均值T_x。

4.根據權利要求1所述的基于半導體制冷的多級精密快速溫度反饋控制系統，其特征在于，半導體致冷器驅動電路用于將給出的輸入電壓V_input被轉化為通過半導體致冷器的電流i_D。

5.根據權利要求1所述的基于半導體制冷的多級精密快速溫度反饋控制系統，其特征在于，腔體包括：腔體外殼、腔體壁、腔體底、腔體蓋；腔體壁貼合在腔體外殼內壁上，腔體底和腔體蓋分別固定在腔體外殼的底部和頂部，腔體壁、腔體底和腔體蓋共同貼合組成腔體的隔熱層，腔體外殼上下面均為開口狀，腔體外殼側壁設有用于半導體制冷片和鉑電阻的導線穿過的圓孔，腔體外殼側壁設有方孔結構用于散熱片接入腔體壁中的半導體制冷片散熱面，腔體壁及腔體蓋中心處各有一個半導體制冷系統，對腔內進行不同角度的溫度進行控制，半導體制冷系統包括：半導體致冷器及其驅動電路，腔體蓋中預留有相應空間用于安裝風扇及其驅動電路。

6.根據權利要求5所述的基于半導體制冷的多級精密快速溫度反饋控制系統，其特征在于，腔體底為一層隔熱板，腔體底上制作有凹槽用于擺放相應的腔內物體，腔體底覆蓋于腔體外殼內的底部，每個腔體壁和腔體蓋上均留有承載半導體制冷片及圓柱形Pt電阻頭的槽結構。

7.根據權利要求5所述的基于半導體制冷的多級精密快速溫度反饋控制系統，其特征在于，腔體壁及腔體蓋均含有導線凹槽以供布線，布線完畢后采用隔熱材料對凹槽進行填充。

8.根據權利要求5所述的基于半導體制冷的多級精密快速溫度反饋控制系統，其特征在于，在腔體內選定3個核心控制點，其中第1個核心控制點用于反饋溫度，第2個和第3個核心控制點用于反饋等效溫度梯度，第1個核心控制點位于腔體的體中心，第1個至第三個核心控制點的Z軸坐標相同，第1個至第三個核心控制點位于同一直線上，且第2個和第3個核心控制點分別距離1個核心控制點的距離相等。

9.根據權利要求8所述的基于半導體制冷的多級精密快速溫度反饋控制系統，其特征在于，溫度反饋控制系統內設有兩級控溫系統，一級控溫系統用于對溫度場的溫度進行控制，二級控溫系統用于對溫度場溫度梯度進行控制；一級控溫系統的控溫由腔體蓋的半導體制冷片進行控制，結合內部風扇對第1個核心控制點實施溫控；二級控溫系統反饋量為第2個和第3個核心控制點與第1個核心控制點的溫度差，腔體壁的4個半導體制冷片用于二級控溫系統的梯度控制，其中左壁和后壁的2個半導體制冷片用于控制第2個核心控制點反饋量的控制，右壁和前壁的2個半導體制冷片用于控制第3個核心控制點反饋量的控制。

10.根據權利要求9所述的基于半導體制冷的多級精密快速溫度反饋控制系統，其特征在于，溫度反饋控制系統包括3個閉環反饋控制系統：第一個閉環反饋控制系統為負責腔體內溫度點溫度值反饋控制的一級閉環控溫系統，第二個和第三個閉環反饋控制系統為負責腔體內溫度梯度值反饋控制的二級閉環控溫系統。