專(zhuān)利名稱(chēng)：溫度循環(huán)控制的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明溫度循環(huán)控制的方法及裝置，屬于溫度控制領(lǐng)域，涉及使用半導(dǎo)體熱電致冷器件進(jìn)行溫度控制的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在塑料微流控芯片的制作過(guò)程中，塑料芯片上微通道的熱壓成形以及基片和蓋片的鍵合除需要對(duì)壓力進(jìn)行控制外，還需要對(duì)溫度進(jìn)行循環(huán)控制。目前通常采用電加熱器進(jìn)行升溫控制、循環(huán)水冷進(jìn)行降溫控制，延遲時(shí)間長(zhǎng)，響應(yīng)慢，無(wú)法按所要求的升降溫曲線(xiàn)進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，影響所制作芯片的質(zhì)量及其穩(wěn)定性。
半導(dǎo)體熱電致冷器件是基于帕爾貼效應(yīng)的器件，由P型和N型半導(dǎo)體元件及上下陶瓷覆銅基板組成，致冷器件借助于直流電流中的載流子的定向移動(dòng)，分別將致冷器的熱量從一面移至另一面，實(shí)現(xiàn)了致冷器一面吸熱一面放熱的制冷(或加熱)效應(yīng)。若改變直流電源的極性，其產(chǎn)生的吸、放熱效應(yīng)恰好相反。半導(dǎo)體熱電致冷器件具有響應(yīng)快、效率高的優(yōu)點(diǎn)，即能夠進(jìn)行加熱控制，又能夠進(jìn)行制冷。專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?7115423.6的“溫度控制設(shè)備”采用半導(dǎo)體熱電致冷器件(帕爾貼裝置)進(jìn)行溫度控制。該發(fā)明涉及一種在居室或其它類(lèi)似建筑物中使用的溫度控制設(shè)備，它具有組合功能，諸如能對(duì)食品和其它類(lèi)似物進(jìn)行冷凍、冷藏(制冷)、解凍和暖藏等。由于半導(dǎo)體熱電致冷器件的制冷功率取決于其兩側(cè)的溫差，該發(fā)明僅采用風(fēng)扇進(jìn)行散熱和冷卻，對(duì)升降溫過(guò)程無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確和快速的控制?，F(xiàn)有的溫度循環(huán)控制方法和裝置，主要存在響應(yīng)慢，易產(chǎn)生過(guò)沖，無(wú)法對(duì)升降溫過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確和快速控制，同時(shí)加熱和冷卻過(guò)程中損失功率較大，效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種溫度循環(huán)控制的方法，給出實(shí)現(xiàn)該方法的溫度循環(huán)控制裝置，能夠用于塑料微流控芯片的熱壓成形和鍵合，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以克服上述缺陷，實(shí)現(xiàn)對(duì)升降溫進(jìn)行準(zhǔn)確和快速的控制，提高響應(yīng)速度和效率，降低能源消耗。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是溫度循環(huán)控制的方法及裝置，其方法采用電加熱器或循環(huán)水冷卻裝置對(duì)蓄熱油箱進(jìn)行溫度控制，利用熱電偶溫度傳感器檢測(cè)蓄熱油箱的溫度，其特征是1)、該方法還需要對(duì)控溫板1進(jìn)行溫度循環(huán)控制，改變通過(guò)半導(dǎo)體熱電致冷器件2電流的方向，可使半導(dǎo)體熱電致冷器件的加熱面改變?yōu)橹评涿妗⒅评涿娓淖優(yōu)榧訜崦?，?shí)現(xiàn)對(duì)控溫板的加熱或制冷；在對(duì)控溫板1進(jìn)行加熱的過(guò)程中，熱量部分來(lái)自于通過(guò)半導(dǎo)體熱電致冷器件2從蓄熱油箱9轉(zhuǎn)移來(lái)的熱量，部分來(lái)自于半導(dǎo)體熱電致冷器件2所消耗的電功率；在對(duì)控溫板1進(jìn)行制冷的過(guò)程中，蓄熱油箱9吸收從控溫板1轉(zhuǎn)移來(lái)的熱量和半導(dǎo)體致冷器件2所消耗的部分電功率；2)、利用鉑電阻溫度傳感器3檢測(cè)控溫板1的溫度，控溫板的溫度通過(guò)變送器11、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置12采集到控制計(jì)算機(jī)13中。控制計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的溫度控制曲線(xiàn)，將采集到的溫控板的溫度信息等通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置14和驅(qū)動(dòng)電源15，根據(jù)所需要的升降溫曲線(xiàn)控制通過(guò)半導(dǎo)體熱電致冷器件2電流的大小和方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)控溫板1的溫度循環(huán)控制；調(diào)節(jié)該電流的大小可以改變升溫或降溫速度；3)、要求蓄熱油箱9的熱容量是控溫板1熱容量的10倍左右，在對(duì)控溫板進(jìn)行溫度循環(huán)控制的過(guò)程中，部分熱量在控溫板和蓄熱裝置之間傳遞，通過(guò)電加熱器8補(bǔ)充系統(tǒng)熱量損失，或通過(guò)循環(huán)水冷卻裝置10排除系統(tǒng)多余熱量，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄熱裝置進(jìn)行溫度控制，。
其蓄熱裝置由電加熱器，蓄熱油箱，循環(huán)水冷卻裝置，熱電偶組成，其特征是電加熱器8和熱電偶7安裝在蓄熱油箱9內(nèi)，循環(huán)水冷卻裝置10安裝在蓄熱油箱9外部的兩側(cè)，裝置中還具有可導(dǎo)熱的控溫板1，半導(dǎo)體熱電致冷器件2，鉑電阻溫度傳感器3，導(dǎo)熱硅樹(shù)脂橡膠4，隔熱材料5；溫度循環(huán)控制的控溫板1通過(guò)半導(dǎo)體熱電致冷器件2與蓄熱油箱8相聯(lián)接，半導(dǎo)體熱電致冷器件2的兩個(gè)端面同控溫板1和可導(dǎo)熱的蓄熱油箱8的接觸表面之間墊有導(dǎo)熱硅樹(shù)脂橡膠4，控溫板1和蓄熱油箱8之間放置有隔熱材料5，鉑電阻溫度傳感器3安裝在控溫板內(nèi)，由引線(xiàn)6接出體外。
采用本發(fā)明的效果是可以對(duì)升降溫過(guò)程進(jìn)行精確和快速的控制，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單并且易于實(shí)現(xiàn)。由于采用本發(fā)明在對(duì)控溫板進(jìn)行溫度循環(huán)控制過(guò)程中，部分熱量在控溫板和蓄熱油箱之間進(jìn)行傳遞，因此本發(fā)明能夠降低功耗、有利于節(jié)約能源。


圖1溫度循環(huán)控制裝置的示意圖。其中1-控溫板；2-半導(dǎo)體熱電致冷器件；3-鉑電阻溫度傳感器；4-導(dǎo)熱硅樹(shù)脂橡膠；5-隔熱材料；6-導(dǎo)線(xiàn)；7-熱電偶溫度傳感器；8-電加熱器；9-蓄熱油箱；10-循環(huán)冷卻裝置。
圖2是控溫板和蓄熱油箱溫度變化示意圖。圖中A-控溫板的溫度變化曲線(xiàn)；B-蓄熱油箱的溫度變化曲線(xiàn)。
圖3是溫度循環(huán)控制裝置的控制系統(tǒng)框圖。其中2-半導(dǎo)體熱電致冷器件；3-為鉑電阻溫度傳感器；7-熱電偶溫度傳感器；8-電加熱器；10-循環(huán)冷卻裝置；11-變送器；12-模數(shù)轉(zhuǎn)換器；13-控制計(jì)算機(jī)；14-數(shù)模轉(zhuǎn)換器；15-半導(dǎo)體熱電致冷器件的驅(qū)動(dòng)電源；16-油箱溫控器。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明一個(gè)實(shí)施例的具體實(shí)施方式
。
一種塑料微流控芯片的鍵合過(guò)程需要在40℃～105℃之間進(jìn)行升降溫控制，升降溫速度為每分鐘30℃。在圖1所示的裝置圖中，與芯片直接接觸的控溫板1是銅板，半導(dǎo)體熱電致冷器件2選用4片，每片的最大制冷功率為80W。由導(dǎo)熱材料制成的蓄熱油箱為鋁制殼體，內(nèi)部充滿(mǎn)機(jī)油，其熱容量是控溫板熱容量的10倍左右。油箱底部和半導(dǎo)體熱電致冷器件之間，以及控溫板上部和半導(dǎo)體熱電致冷器件之間墊有導(dǎo)熱硅樹(shù)脂橡膠4，以保證可靠和均勻接觸。蓄熱油箱9和控溫板1通過(guò)隔熱材料5相聯(lián)接。在油箱內(nèi)裝有熱電偶溫度傳感器7，控溫板1內(nèi)有安裝有鉑電阻溫度傳感器3。油箱兩側(cè)可安裝用于個(gè)人計(jì)算機(jī)CPU散熱的液體循環(huán)冷卻裝置10，油箱內(nèi)部可安裝電加熱器8，由于每一個(gè)溫度循環(huán)控制過(guò)程中，系統(tǒng)需要補(bǔ)充熱量，還是需要散失多余的熱量，只有一種情況存在，因此可通過(guò)在具體的工作環(huán)境中所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，來(lái)確定需要冷卻裝置還是需要安裝電加熱器。
由于蓄熱油箱9的熱容量是控溫板1熱容量的10倍以上，因此在升降溫循環(huán)控制中，控溫板1的溫度變化幅度遠(yuǎn)大于蓄熱油箱9溫度變化幅度。
在不對(duì)蓄熱油箱進(jìn)行溫度控制的條件下，對(duì)控溫板進(jìn)行溫度循環(huán)控制，通過(guò)檢測(cè)油箱的溫度變化確定系統(tǒng)需要加熱還是需要散熱。控溫板和蓄熱油箱溫度變化示意圖，如圖2所示，曲線(xiàn)A表示在一個(gè)溫度循環(huán)控制過(guò)程中，控溫板的溫度變化，曲線(xiàn)B表示蓄熱油箱的溫度變化。在控制控溫板從溫度T1加熱到T2的過(guò)程中，通過(guò)半導(dǎo)體致冷器件的電流方向使得與蓄熱油箱相接觸的一面為致冷面，而另一面為加熱面。半導(dǎo)體致冷器件消耗的部分電功率所產(chǎn)生的熱量和從蓄熱油箱轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的熱量使得控溫板的溫度上升。由于蓄熱油箱的熱容量大于控溫板的熱容量，因而蓄熱油箱僅有小幅度的溫度下降，即從T3下降到T4。在控制控溫板的溫度從T2下降到T1的過(guò)程中，改變通過(guò)半導(dǎo)體熱電致冷器件的電流方向，使得與控溫板相接觸的一面為致冷面，而與蓄熱油箱相接觸的一面為加熱面。由于半導(dǎo)體熱電致冷器件消耗的部分電功率所產(chǎn)生的熱量被蓄熱油箱吸收，因而蓄熱油箱小幅上升的幅度可能大于此前下降的幅度，因此圖中所示系統(tǒng)需要散熱，即安裝冷卻裝置。本實(shí)施例中油箱工作在50℃～55℃之間，系統(tǒng)需要散熱。
下面結(jié)合圖3對(duì)本發(fā)明裝置的控制過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明?？販匕宓臏囟韧ㄟ^(guò)鉑電阻溫度傳感器3、變送器11、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置12采集到控制計(jì)算機(jī)13中。控制計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的溫度控制曲線(xiàn)、采集到的溫控板的溫度信息等通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置14和驅(qū)動(dòng)電源15控制通過(guò)半導(dǎo)體致冷器件2電流的方向和大小。油箱溫控器16通過(guò)熱電偶7采集油箱的溫度信息，并通過(guò)電加熱器8或循環(huán)致冷裝置10對(duì)油箱溫度進(jìn)行控制。控制計(jì)算機(jī)13可以通過(guò)串行通訊端口對(duì)油箱溫控器16進(jìn)行控制，如修改控制參數(shù)、讀取油箱溫度值等。
權(quán)利要求
1.一種溫度循環(huán)控制的方法及裝置，其方法采用電加熱器或循環(huán)水冷卻裝置對(duì)蓄熱油箱進(jìn)行溫度控制，利用熱電偶溫度傳感器檢測(cè)蓄熱油箱的溫度，其特征是1)、該方法還需要對(duì)控溫板[1]進(jìn)行溫度循環(huán)控制，改變通過(guò)半導(dǎo)體熱電致冷器件[2]電流的方向，可使半導(dǎo)體熱電致冷器件的加熱面改變?yōu)橹评涿?、制冷面改變?yōu)榧訜崦妫瑢?shí)現(xiàn)對(duì)控溫板的加熱或制冷；在對(duì)控溫板[1]進(jìn)行加熱的過(guò)程中，熱量部分來(lái)自于通過(guò)半導(dǎo)體熱電致冷器件[2]從蓄熱油箱[9]轉(zhuǎn)移來(lái)的熱量，部分來(lái)自于半導(dǎo)體熱電致冷器件[2]所消耗的電功率；在對(duì)控溫板[1]進(jìn)行制冷的過(guò)程中，蓄熱油箱[9]吸收從控溫板[1]轉(zhuǎn)移來(lái)的熱量和半導(dǎo)體致冷器件[2]所消耗的部分電功率；2)、利用鉑電阻溫度傳感器[3]檢測(cè)控溫板[1]的溫度，控溫板的溫度通過(guò)變送器[11]、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置[12]采集到控制計(jì)算機(jī)[13]中，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的溫度控制曲線(xiàn)，將采集到的溫控板的溫度信息等通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置[14]和驅(qū)動(dòng)電源[15]，根據(jù)所需要的升降溫曲線(xiàn)控制通過(guò)半導(dǎo)體熱電致冷器件[2]電流的大小和方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)控溫板[1]的溫度循環(huán)控制；調(diào)節(jié)該電流的大小可以改變升溫或降溫速度；3)、要求蓄熱油箱[9]的熱容量是控溫板[1]熱容量的10倍左右，在對(duì)控溫板進(jìn)行溫度循環(huán)控制的過(guò)程中，部分熱量在控溫板和蓄熱裝置之間傳遞，通過(guò)電加熱器[8]補(bǔ)充系統(tǒng)熱量損失，或通過(guò)循環(huán)水冷卻裝置[10]排除系統(tǒng)多余熱量，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄熱裝置進(jìn)行溫度控制。
2.如權(quán)利要求1所述的一種溫度循環(huán)控制的方法及裝置，其蓄熱裝置由電加熱器，蓄熱油箱，循環(huán)水冷卻裝置，熱電偶組成，其特征是電加熱器[8]和熱電偶[7]安裝在蓄熱油箱[9]內(nèi)，循環(huán)水冷卻裝置[10]安裝在蓄熱油箱[9]外部的兩側(cè)，裝置中還具有可導(dǎo)熱的控溫板[1]，半導(dǎo)體熱電致冷器件[2]，鉑電阻溫度傳感器[3]，導(dǎo)熱硅樹(shù)脂橡膠[4]，隔熱材料[5]；溫度循環(huán)控制的控溫板[1]通過(guò)半導(dǎo)體熱電致冷器件[2]與蓄熱油箱[8]相聯(lián)接，半導(dǎo)體熱電致冷器件[2]的兩個(gè)端面同控溫板[1]和可導(dǎo)熱的蓄熱油箱[8]的接觸表面之間墊有導(dǎo)熱硅樹(shù)脂橡膠[4]，控溫板[1]和蓄熱油箱[8]之間放置有隔熱材料[5]，鉑電阻溫度傳感器[3]安裝在控溫板內(nèi)，由引線(xiàn)[6]接出體外。
全文摘要
一種溫度循環(huán)控制的方法及裝置屬于溫度控制領(lǐng)域，其方法采用電加熱器或循環(huán)水冷卻裝置對(duì)蓄熱油箱進(jìn)行溫度控制，利用熱電偶溫度傳感器檢測(cè)蓄熱油箱的溫度，同時(shí)還需要對(duì)控溫板進(jìn)行溫度循環(huán)控制。改變通過(guò)半導(dǎo)體熱電致冷器件電流的方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)控溫板的加熱或制冷。其裝置由電加熱器，蓄熱油箱，循環(huán)水冷卻裝置，熱電偶組成，還具有可導(dǎo)熱的控溫板，半導(dǎo)體熱電致冷器件，鉑電阻溫度傳感器，導(dǎo)熱硅樹(shù)脂橡膠，隔熱材料。采用本發(fā)明能夠降低功耗，有利于節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)對(duì)升降溫進(jìn)行準(zhǔn)確和快速的控制，提高響應(yīng)速度和效率。
文檔編號(hào)G05D23/20GK1549074SQ03111670
公開(kāi)日2004年11月24日 申請(qǐng)日期2003年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月13日
發(fā)明者王曉東, 劉沖, 王立鼎, 馬驪群, 于同敏, 韓建超, 王鈞, 姚廣軍 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)