同時(shí)具有恒溫和隔音功能的箱體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密測量和現(xiàn)代控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種同時(shí)具有恒溫和隔音功能的箱體。
【背景技術(shù)】
[0002]
隨著生物制藥、納米測量和激光技術(shù)等需要進(jìn)行環(huán)境參數(shù)控制的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，它們對溫度控制精度和均勻度的要求越來越高。比如對于細(xì)菌培養(yǎng)等生物實(shí)驗(yàn)，技術(shù)成熟的控制精度為±0.1 °c的商用恒溫培養(yǎng)箱才能夠滿足其要求。在微納加工領(lǐng)域，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)通常具有各種微/納米結(jié)構(gòu)，比如微齒輪、微型孔、微型臺階等。這些微型器件的幾何尺寸幾乎都在微納米量級，若要對這些微器件尺寸進(jìn)行精密測量，則需要對其進(jìn)行嚴(yán)格的環(huán)境參數(shù)控制，降低環(huán)境中溫度、濕度和振動等因素對加工和尺寸測量的影響。由于環(huán)境溫度的變化會極大影響尺寸測量的精度，通常情況下微納米量級的測量需要在控溫精度達(dá)到±0.01 °C的恒溫環(huán)境下進(jìn)行。在激光干涉儀的高精度測量領(lǐng)域，對減小環(huán)境參量的擾動，如溫度、聲音和振動等，提出了更高要求，不僅需要對溫度進(jìn)行高精度的控制，而且需要隔音來降低聲壓引起的微振動，以此來提高腔穩(wěn)頻的激光的頻率穩(wěn)定度。因此設(shè)計(jì)具備更高控溫精度同時(shí)具備隔音功能的箱體結(jié)構(gòu)具有很廣泛的應(yīng)用需求。
[0003]為了提高箱體對低頻聲音的隔離性能，箱體外層支撐鋁板通常都設(shè)計(jì)得比較厚重。對這種厚重的支撐鋁板直接進(jìn)行控溫，存在以下困難:首先箱體達(dá)到設(shè)定溫度的響應(yīng)時(shí)間長，不易通過測量其階躍響應(yīng)的方法來優(yōu)化PID(比例積分微分)溫度控制器的積分和微分時(shí)間，從而優(yōu)化溫控系統(tǒng);其次由于鋁板較重，熱容較大，維持設(shè)定溫度所需要的功率較大。這些問題都會嚴(yán)重影響箱體的控溫精度和箱體閉合控溫溫度后箱內(nèi)溫度的長期穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種同時(shí)具有恒溫和隔音功能的箱體。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
在面板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上增加一層薄鋁板并對其進(jìn)行控溫，而不直接對外層厚重的支撐鋁板進(jìn)行控溫。這一新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得本發(fā)明在具備隔音功能的同時(shí)具備精密溫度控制功能，且具有控溫精度高、達(dá)到設(shè)定溫度的響應(yīng)時(shí)間短、維持設(shè)定溫度所需要的功效小等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明采用的被動隔音和溫度主動控制的方法可用于其他類似的恒溫隔音裝置。本發(fā)明機(jī)械結(jié)構(gòu)部分簡單，易于加工。
[0006]一、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是:
由箱體，直流電源和溫控電路以及數(shù)字萬用表構(gòu)成；
箱體由6塊面板組成一個封閉空間，其中左面板、前面板、右面板、后面板和頂面板具有相同的板面結(jié)構(gòu)，其內(nèi)分別設(shè)置有溫度傳感器和加熱膜；
直流電源、溫控電路、溫度傳感器、加熱膜依次連接組成溫度控制系統(tǒng)；
溫度傳感器和數(shù)字萬用表連接用于檢測箱體內(nèi)的溫度。
[0007]二、本發(fā)明的操作方法
①將六塊面板組裝成一個密閉的箱體，將各面板的熱敏電阻(溫度傳感器)和加熱膜(執(zhí)行器件)連接到箱外各自的溫控電路中，分別對各面板控溫，共六路溫控；
②依次閉合箱體各面板的溫度控制環(huán)路，分別對各面板進(jìn)行控溫；
③待各面板溫度穩(wěn)定后，逐步提高各面板溫控環(huán)路的增益，直到對環(huán)境溫度波動的壓制效果最好，同時(shí)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定長時(shí)間工作。
[0008]本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
①箱體對外界聲音的隔離度高，特別是對低頻聲壓有接近100倍的衰減；
②當(dāng)溫控系統(tǒng)工作后，箱內(nèi)溫度波動較小，長期溫度波動在0.005°C以下；
③整個溫控系統(tǒng)，除底板外，其余面板溫度達(dá)到平衡的時(shí)間短；
④各面板溫度穩(wěn)定后，維持設(shè)定溫度所需要的功耗小。
[0009]總之，本發(fā)明是一種結(jié)合主動溫度控制和被動隔音的箱體結(jié)構(gòu)，可廣泛應(yīng)用于激光技術(shù)、納米測量、儀器測試、精密加工、生物制藥和醫(yī)學(xué)檢測等需要進(jìn)行環(huán)境參數(shù)控制的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框圖；
圖2是本發(fā)明頂面板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明底面板的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中:
100一箱體，
110一頂面板，
111一頂隔熱泡沫，112—頂支撐鋁板，113—頂鋁箔氣泡膜，
114 一頂加熱膜，115 一頂內(nèi)層招板，116—頂吸首棉，
117—頂銅塊，118—頂溫度傳感器；
120—左面板，130—前面板，140—右面板，150—后面板，
160—底面板，
161—底支撐鋁板，162—底加熱膜，163—底鋁箔氣泡膜，
164—底不銹鋼板，165—底座，166—底溫度傳感器；
210—直流電源，220—溫控電路；
300—數(shù)字萬用表。
[0011]圖4是箱體閉合溫控穩(wěn)定后其內(nèi)溫度及所處實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)溫度的波動比較圖，
圖中:
a是箱體閉合溫控穩(wěn)定后其內(nèi)溫度， b是箱體所處實(shí)驗(yàn)室的室內(nèi)溫度；
圖5是本發(fā)明隔音效果的定量測量圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步說明:
一、總體
如圖1本發(fā)明由箱體100，直流電源210和溫控電路220以及數(shù)字萬用表300構(gòu)成；
箱體100由6塊面板組成一個封閉空間，其中左面板120、前面板130、右面板140、后面板150和頂面板110具有相同的板面結(jié)構(gòu)，其內(nèi)分別設(shè)置有溫度傳感器和加熱膜；
直流電源210、溫控電路220、溫度傳感器、加熱膜依次連接組成溫度控制系統(tǒng)；
溫度傳感器和數(shù)字萬用表300連接用于檢測箱體100內(nèi)的溫度。
[0013]二、功能部件 1、頂面板110
如圖2，頂面板110包括頂隔熱泡沫111、頂支撐鋁板112、頂鋁箔氣泡膜113、頂加熱膜
114、頂內(nèi)層鋁板115、頂吸音棉116、頂銅塊117和頂溫度傳感器118;
從上到下，頂隔熱泡沫111、頂支撐鋁板112、頂鋁箔氣泡膜113、頂加熱膜114、頂內(nèi)層鋁板115和頂吸音棉116依次疊加成一個板狀體；
在頂內(nèi)層鋁板115內(nèi)設(shè)置有頂銅塊117，在頂銅塊117的兩個圓孔內(nèi)分別設(shè)置有兩個頂溫度傳感器118，一個用于控溫，另一個用于測溫。
[0014]I)頂隔熱泡沫111
頂隔熱泡沫111是一種隔熱保溫材料。
[0015]用于減小頂面板110和箱體外空氣的傳熱。
[0016]2)頂支撐鋁板112
頂支撐鋁板112是一塊厚度為15毫米的鋁板。
[0017]聲波在固體中傳播，一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能;在材料完全氣密性的條件下，材料單位面積質(zhì)量越大，其對臨界頻率以下頻率段的聲音的隔離能力越強(qiáng);頂支撐鋁板112設(shè)計(jì)得比較厚重，以提高其對中低頻聲音的隔離性能;考慮到固定支撐鋁板112的螺絲的承重、密封組裝及對聲音的隔離效果等問題，對支撐鋁板112的厚度做了折中處理。
[0018]3)頂鋁箔氣泡膜113
頂鋁板氣泡膜113是一種上下面為高反射鍍鋁膜、里面為雙層聚乙烯氣泡層的隔熱材料；
其上下面能夠反射熱輻射，里面能夠減緩熱傳導(dǎo)和阻隔熱對流，用于減少箱體內(nèi)空氣與頂支撐鋁板112之間的熱量交換。
[0019]4)頂加熱膜114
加熱膜114是一種聚酰亞胺加熱膜，作為頂面板溫度控制系統(tǒng)的執(zhí)行器件。
[0020]5)頂內(nèi)層鋁板115
頂內(nèi)層鋁板115是一塊厚度為2毫米的薄鋁板，作為頂面板110溫度控制系統(tǒng)的被控溫對象。頂內(nèi)層鋁板115表面做了氧化處理，目的在于減小頂內(nèi)層鋁板115與箱體內(nèi)空氣之間的熱輻射。
[0021]6)頂吸音棉116
頂吸音棉116是一種多孔型的吸音材料，其內(nèi)部充滿貫通的微小間隙。
[0022]當(dāng)聲波入射到多孔材料表面時(shí)，可以進(jìn)入細(xì)孔中去，引起孔隙內(nèi)的空氣和材料本身振動，空氣的摩擦和粘滯作用使振動動能(聲能)不斷轉(zhuǎn)化為熱能，從而使聲波哀減，消耗部分聲能，即使有一部分聲能透過材料到達(dá)壁面，也會在反射時(shí)再次經(jīng)過吸聲材料，聲能又一次被吸收。多孔型的吸音材料具有吸聲特性，即低頻吸聲差，高頻吸聲好。
[0023]7)頂銅塊 117
頂銅塊117是一種方形的黃銅塊，長X寬X高=35 X 35 X 7毫米，其側(cè)面設(shè)置有兩個并排相距3.4毫米、直徑為2.2毫米、深度為15毫米的圓孔，用于安裝頂溫度傳感器118。
[0024]8)頂溫度傳感器118
頂溫度傳感器118是一種負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。