專(zhuān)利名稱:大功率無(wú)液冷緊湊型恒溫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種恒溫裝置,特別是一種大功率無(wú)液冷緊湊型恒溫裝置,屬于半導(dǎo)體制冷或制熱技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
一般而言,許多光電器都需要在恒溫下或者較小的溫度范圍內(nèi)工作。例如二極管激光器,隨著工作溫度的變化,激光器輸出激光的波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生漂移,這種漂移對(duì)于此類(lèi)激光器的某些應(yīng)用是不允許的,如用做固體激光器的泵浦源。因此,為激光二極管配置一套恒溫裝置是非常必要的,以保證激光器無(wú)論處于什么溫度下都能使得二極管工作溫度相對(duì)穩(wěn)定,輸出激光波長(zhǎng)穩(wěn)定。
為解決上述問(wèn)題,傳統(tǒng)的技術(shù)方案如圖1所示將光電器件(如二極管激光器)1置于保溫盒2內(nèi),保溫盒2的盒壁環(huán)繞有盤(pán)管3,盤(pán)管3與制冷壓縮機(jī)4相連,盤(pán)管3內(nèi)通有制冷劑,為解決超低溫(如-40℃)下提高光電器件工作溫度的穩(wěn)定性,一般在保溫盒壁2內(nèi)裝有加熱用電阻絲5。該技術(shù)方案控溫效果較好、效率較高,但是,裝置體積較大,結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,制作成本較高,且有液漏隱患等缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷,彌補(bǔ)不足,提供一種降溫升溫速度快,能夠滿足光電器件工作溫度的要求、結(jié)構(gòu)緊湊、無(wú)液漏隱患、無(wú)污染、成本低、性能良好的大功率無(wú)液冷緊湊型恒溫裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型所涉及的大功率無(wú)液冷緊湊型恒溫裝置的技術(shù)方案是這樣完成的本裝置由保溫盒、散熱器、溫度傳感器,比例積分微分控制器和開(kāi)關(guān)電源等構(gòu)成。本恒溫裝置中裝有半導(dǎo)體熱電器件和熱容塊,且均設(shè)置在保溫盒內(nèi);半導(dǎo)體熱電器件由P型和N型半導(dǎo)體元件,上下陶瓷覆銅基板和電極引出導(dǎo)線組成。保溫盒下部安裝散熱器,半導(dǎo)體熱電器件的下表面與散熱器上部相連,半導(dǎo)體熱電器件的上表面與熱容塊的下表面相連,熱容塊的上表面直接與被控溫的光電器件接觸;溫度傳感器插入被控光電器件內(nèi),另一輸出端與比例積分微分控制器連接;比例積分微分控制器的輸出端通過(guò)導(dǎo)線與開(kāi)關(guān)電源連接,開(kāi)關(guān)電源的輸出與半導(dǎo)體熱電器件的電極引出導(dǎo)線連接。
本實(shí)用新型稱的大功率無(wú)液冷緊湊型恒溫裝置,其特征是,設(shè)置的半導(dǎo)體熱電器件可以是單片,也可以是由一片片的平鋪或疊加成多層的多片構(gòu)成。
本實(shí)用新型所稱的恒溫裝置,其半導(dǎo)體熱電器件借助直流電流中載流子的定向移動(dòng),將熱量從熱電器件的一側(cè)陶瓷基板移至另一側(cè)陶瓷基板,實(shí)現(xiàn)了熱電器件一面吸熱一面放熱的制冷效應(yīng)。若改變電極電源極性,其產(chǎn)生的吸熱,放熱效應(yīng)恰好相反。熱電器件的制冷量或制熱量與冷熱兩端的溫差,以及電壓電流大小有關(guān),其選擇應(yīng)綜合分析光電器件的發(fā)熱量,環(huán)境溫度等因素。
本實(shí)用新型所稱的恒溫裝置中的比例積分微分控制器,其功能是當(dāng)被控對(duì)象的實(shí)際工作溫度與設(shè)定工作溫度有差異時(shí),控制器儀表將針對(duì)這個(gè)偏差大小及正負(fù)特征自動(dòng)進(jìn)行比例調(diào)節(jié)(即輸出控制量與偏聽(tīng)偏差值大小成比例),積分調(diào)節(jié)(即輸出控制量與偏差值的時(shí)間積分成正比)和微分調(diào)節(jié)(即輸出控制量與偏差值隨時(shí)間的變化率成正比)實(shí)時(shí)輸出一個(gè)適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)控制開(kāi)關(guān)電源的輸出功率及輸出極性,最后實(shí)時(shí)對(duì)溫度無(wú)超調(diào),無(wú)波動(dòng)的控制。開(kāi)關(guān)電源是一種輸出功率可控的電源,根據(jù)控制器儀表的控制信號(hào)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓極性和大小,以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體熱電器件的制冷或制熱功能。
本實(shí)用新型所稱的恒溫裝置中的熱容塊起穩(wěn)定光電器件工作溫度的作用,熱容塊用紫銅板制作。
本實(shí)用新型所稱的恒溫裝置中的散熱器,其作用是將半導(dǎo)體熱電器件傳遞給光電器件的熱量散發(fā)到環(huán)境中?;驈沫h(huán)境中吸熱供給半導(dǎo)體熱電器件的另一端。為使熱電器能夠高效率制冷或制熱,必須盡量降低熱電器件冷熱陶基片的溫差。因此,應(yīng)盡量選擇熱阻較小的散熱器。
本實(shí)用新型所稱的大功率無(wú)液冷緊湊型恒溫裝置,具有構(gòu)思新穎,結(jié)構(gòu)緊湊,制冷制熱量大、體積小巧、安裝方便、無(wú)需液態(tài)制冷劑及壓縮機(jī)、無(wú)污染、制冷速度快、控制性能好易于工業(yè)化批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn);它可廣泛用于光電領(lǐng)域中需要恒溫工作的器件的控溫,特別適宜于需要有大的制冷、制熱量的場(chǎng)合。
圖1傳統(tǒng)壓縮機(jī)型恒溫裝置示意圖。
圖2大功率無(wú)液冷緊湊型恒溫裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3如圖2所示的大功率無(wú)液冷緊湊型恒溫裝置的半導(dǎo)體熱電器件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型涉及的大功率無(wú)液冷緊湊型恒溫裝置的具體實(shí)施方式
,結(jié)合附圖2至3詳細(xì)敘述如下當(dāng)二極管激光器即光電器件10的最大激光輸出功率為30W時(shí),會(huì)同時(shí)釋放約40W的熱量,如果此時(shí)環(huán)境溫度為55℃,欲在10分鐘將二極管激光器10的工作溫度降至25℃,則需要附加制冷量約20W,設(shè)保溫盒6散熱量約10W,那么需要總制冷量約70W。根據(jù)這個(gè)制冷量,選取三片平鋪的最大制冷量為120W的半導(dǎo)體熱電器件7,熱阻小于0.05K/W的散熱器9(當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到55℃,且散熱器熱阻小開(kāi)0.05K/W時(shí),每片熱電器件的實(shí)際制冷量為25W);選取保溫盒6壁厚12MM,內(nèi)外表面用鋁板或鋼板制作,其夾層充填絕熱發(fā)泡劑或保溫材料,對(duì)光電器件7起絕熱作用;熱容塊8的尺寸規(guī)格為80×90×15MM;選用為熱電器件7供電的可控開(kāi)關(guān)電源13最大電壓24VDC。本裝置的半導(dǎo)體熱電器件7和熱容塊8設(shè)置在保溫盒6內(nèi)。保溫盒6下部安裝散熱器9,半導(dǎo)體熱電器件7的下表面與散熱器9相連,熱電器件7的上表面與熱容塊8的下表面相連,熱容塊8的上表面直接與被控溫的光電器件10接觸。溫度傳感器11插入光電器件10內(nèi),輸出端與比例積分微分控制器連接,控制器12的輸出端通過(guò)導(dǎo)線與可控開(kāi)關(guān)電源13連接,開(kāi)關(guān)電源的另一輸出端通過(guò)導(dǎo)線與半導(dǎo)體熱電器7的電極引出導(dǎo)線16連接。
若環(huán)境溫度較低,需要升高光電器件10的工作溫度,則比例積分微分控制器儀表將使開(kāi)關(guān)電源13輸出的電壓極性反向,熱電器件7由制冷作用變?yōu)橹茻嶙饔?,為光電器?0加熱。
權(quán)利要求1.一種大功率無(wú)液冷緊湊型恒溫裝置,由保溫盒(6)、散熱器(9)、溫度傳感器(11)、比例積分微分控制器(12)和開(kāi)關(guān)電源(13)等構(gòu)成,其特征是本恒溫裝置中裝有半導(dǎo)體熱電器件(7)和熱容塊(8),并且設(shè)置在保溫盒(6)內(nèi),保溫盒(6)下部安裝散熱器(9),半導(dǎo)體熱電器件(7)的下表面與散熱器(9)相連,熱電器件(7)的上表面與熱容塊(8)的下表面相連,熱容塊(8)的上表面直接與被控溫的光是器件(10)接觸,溫度傳感器(11)插入光電器件(10)內(nèi),輸出端與比例積分微分控制器(12)連接,控制器(12)的輸出端通過(guò)導(dǎo)線與開(kāi)關(guān)電源(13)連接,開(kāi)關(guān)電源(13)的輸出端通過(guò)導(dǎo)線與半導(dǎo)體熱電器件(7)的電極引出導(dǎo)導(dǎo)線(16)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率無(wú)液冷恒溫裝置,其特征是半導(dǎo)體熱電器件(7)可以是單片,也可以是由一片片的平鋪或疊加成多層的多片構(gòu)成。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種大功率無(wú)液冷緊湊型恒溫裝置。屬于半導(dǎo)體制冷或制熱技術(shù)領(lǐng)域。本裝置由保溫盒、散熱器、溫度傳感器、比例積分微分控制器和開(kāi)關(guān)電源等構(gòu)成。其特征是,本裝置保溫盒內(nèi)設(shè)置有半導(dǎo)體熱電器件和熱容塊,熱電器件的上下表面分別與熱容塊和散熱器相連,熱容塊另一面與被控的光電器件接觸;溫度傳感器插入光電器件內(nèi),輸出端與控制器連接,控制器的輸出端通過(guò)導(dǎo)線與開(kāi)關(guān)電源連接,開(kāi)關(guān)電源的輸出端與半導(dǎo)體熱電器的電極引出端連接。本裝置具體結(jié)構(gòu)緊湊、無(wú)液體、體積小巧、加工簡(jiǎn)單、操作方便、無(wú)污染、制冷速度快、穩(wěn)定可靠、成本較低、易于形成工業(yè)化生產(chǎn);可廣泛應(yīng)用于光電領(lǐng)域中需要恒溫的器件的控溫,特別適和于需要有大的制冷、制熱量的場(chǎng)合。
文檔編號(hào)F25B21/02GK2612912SQ0324146
公開(kāi)日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2003年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月7日
發(fā)明者黃新, 王 鋒 申請(qǐng)人:武漢凌云光電科技有限責(zé)任公司