專利名稱：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，涉及使用半導體熱電致冷器件進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壓力進行控制外，還需要對溫度進行循環(huán)控制。目前通常采用電加熱器進行升溫控制、循環(huán)水冷進行降溫控制，延遲時間長，響應(yīng)慢，無法按所要求的升降溫曲線進行準確的控制，影響所制作芯片的質(zhì)量及其穩(wěn)定性。
半導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，分別將致冷器的熱量從一面移至另一面，實現(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。半導體熱電致冷器件具有響應(yīng)快、效率高的優(yōu)點，即能夠進行加熱控制，又能夠進行制冷。專利申請?zhí)枮?7115423.6的“溫度控制設(shè)備”采用半導體熱電致冷器件(帕爾貼裝置)進行溫度控制。該發(fā)明涉及一種在居室或其它類似建筑物中使用的溫度控制設(shè)備，它具有組合功能，諸如能對食品和其它類似物進行冷凍、冷藏(制冷)、解凍和暖藏等。由于半導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)明僅采用風扇進行散熱和冷卻，對升降溫過程無法進行準確和快速的控制。現(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)生過沖，無法對升降溫過程進行準確和快速控制，同時加熱和冷卻過程中損失功率較大，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)簡單，可以克服上述缺陷，實現(xiàn)對升降溫進行準確和快速的控制，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)水冷卻裝置對蓄熱油箱進行溫度控制，利用熱電偶溫度傳感器檢測蓄熱油箱的溫度，其特征是1)、該方法還需要對控溫板1進行溫度循環(huán)控制，改變通過半導體熱電致冷器件2電流的方向，可使半導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?，實現(xiàn)對控溫板的加熱或制冷；在對控溫板1進行加熱的過程中，熱量部分來自于通過半導體熱電致冷器件2從蓄熱油箱9轉(zhuǎn)移來的熱量，部分來自于半導體熱電致冷器件2所消耗的電功率；在對控溫板1進行制冷的過程中，蓄熱油箱9吸收從控溫板1轉(zhuǎn)移來的熱量和半導體致冷器件2所消耗的部分電功率；2)、利用鉑電阻溫度傳感器3檢測控溫板1的溫度，控溫板的溫度通過變送器11、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置12采集到控制計算機13中。控制計算機根據(jù)輸入的溫度控制曲線，將采集到的溫控板的溫度信息等通過數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置14和驅(qū)動電源15，根據(jù)所需要的升降溫曲線控制通過半導體熱電致冷器件2電流的大小和方向，實現(xiàn)對控溫板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，在對控溫板進行溫度循環(huán)控制的過程中，部分熱量在控溫板和蓄熱裝置之間傳遞，通過電加熱器8補充系統(tǒng)熱量損失，或通過循環(huán)水冷卻裝置10排除系統(tǒng)多余熱量，實現(xiàn)對蓄熱裝置進行溫度控制，。
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)，裝置中還具有可導熱的控溫板1，半導體熱電致冷器件2，鉑電阻溫度傳感器3，導熱硅樹脂橡膠4，隔熱材料5；溫度循環(huán)控制的控溫板1通過半導體熱電致冷器件2與蓄熱油箱8相聯(lián)接，半導體熱電致冷器件2的兩個端面同控溫板1和可導熱的蓄熱油箱8的接觸表面之間墊有導熱硅樹脂橡膠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6接出體外。
采用本發(fā)明的效果是可以對升降溫過程進行精確和快速的控制，控制系統(tǒng)簡單并且易于實現(xiàn)。由于采用本發(fā)明在對控溫板進行溫度循環(huán)控制過程中，部分熱量在控溫板和蓄熱油箱之間進行傳遞，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-半導體熱電致冷器件；3-鉑電阻溫度傳感器；4-導熱硅樹脂橡膠；5-隔熱材料；6-導線；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；B-蓄熱油箱的溫度變化曲線。
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-控制計算機；14-數(shù)模轉(zhuǎn)換器；15-半導體熱電致冷器件的驅(qū)動電源；16-油箱溫控器。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖詳細說明一個實施例的具體實施方式
。
一種塑料微流控芯片的鍵合過程需要在40℃～105℃之間進行升降溫控制，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。由導熱材料制成的蓄熱油箱為鋁制殼體，內(nèi)部充滿機油，其熱容量是控溫板熱容量的10倍左右。油箱底部和半導體熱電致冷器件之間，以及控溫板上部和半導體熱電致冷器件之間墊有導熱硅樹脂橡膠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)可安裝用于個人計算機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，由于每一個溫度循環(huán)控制過程中，系統(tǒng)需要補充熱量，還是需要散失多余的熱量，只有一種情況存在，因此可通過在具體的工作環(huán)境中所進行的實驗，來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的溫度變化幅度遠大于蓄熱油箱9溫度變化幅度。
在不對蓄熱油箱進行溫度控制的條件下，對控溫板進行溫度循環(huán)控制，通過檢測油箱的溫度變化確定系統(tǒng)需要加熱還是需要散熱?？販匕搴托顭嵊拖錅囟茸兓疽鈭D，如圖2所示，曲線A表示在一個溫度循環(huán)控制過程中，控溫板的溫度變化，曲線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的過程中，通過半導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)移過來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的過程中，改變通過半導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對本發(fā)明裝置的控制過程進行說明。控溫板的溫度通過鉑電阻溫度傳感器3、變送器11、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置12采集到控制計算機13中?？刂朴嬎銠C根據(jù)輸入的溫度控制曲線、采集到的溫控板的溫度信息等通過數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置14和驅(qū)動電源15控制通過半導體致冷器件2電流的方向和大小。油箱溫控器16通過熱電偶7采集油箱的溫度信息，并通過電加熱器8或循環(huán)致冷裝置10對油箱溫度進行控制。控制計算機13可以通過串行通訊端口對油箱溫控器16進行控制，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)水冷卻裝置對蓄熱油箱進行溫度控制，利用熱電偶溫度傳感器檢測蓄熱油箱的溫度，其特征是1)、該方法還需要對控溫板[1]進行溫度循環(huán)控制，改變通過半導體熱電致冷器件[2]電流的方向，可使半導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?，實現(xiàn)對控溫板的加熱或制冷；在對控溫板[1]進行加熱的過程中，熱量部分來自于通過半導體熱電致冷器件[2]從蓄熱油箱[9]轉(zhuǎn)移來的熱量，部分來自于半導體熱電致冷器件[2]所消耗的電功率；在對控溫板[1]進行制冷的過程中，蓄熱油箱[9]吸收從控溫板[1]轉(zhuǎn)移來的熱量和半導體致冷器件[2]所消耗的部分電功率；2)、利用鉑電阻溫度傳感器[3]檢測控溫板[1]的溫度，控溫板的溫度通過變送器[11]、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置[12]采集到控制計算機[13]中，控制計算機根據(jù)輸入的溫度控制曲線，將采集到的溫控板的溫度信息等通過數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置[14]和驅(qū)動電源[15]，根據(jù)所需要的升降溫曲線控制通過半導體熱電致冷器件[2]電流的大小和方向，實現(xiàn)對控溫板[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，在對控溫板進行溫度循環(huán)控制的過程中，部分熱量在控溫板和蓄熱裝置之間傳遞，通過電加熱器[8]補充系統(tǒng)熱量損失，或通過循環(huán)水冷卻裝置[10]排除系統(tǒng)多余熱量，實現(xiàn)對蓄熱裝置進行溫度控制。
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)，裝置中還具有可導熱的控溫板[1]，半導體熱電致冷器件[2]，鉑電阻溫度傳感器[3]，導熱硅樹脂橡膠[4]，隔熱材料[5]；溫度循環(huán)控制的控溫板[1]通過半導體熱電致冷器件[2]與蓄熱油箱[8]相聯(lián)接，半導體熱電致冷器件[2]的兩個端面同控溫板[1]和可導熱的蓄熱油箱[8]的接觸表面之間墊有導熱硅樹脂橡膠[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[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)水冷卻裝置對蓄熱油箱進行溫度控制，利用熱電偶溫度傳感器檢測蓄熱油箱的溫度，同時還需要對控溫板進行溫度循環(huán)控制。改變通過半導體熱電致冷器件電流的方向，實現(xiàn)對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，還具有可導熱的控溫板，半導體熱電致冷器件，鉑電阻溫度傳感器，導熱硅樹脂橡膠，隔熱材料。采用本發(fā)明能夠降低功耗，有利于節(jié)約能源，實現(xiàn)對升降溫進行準確和快速的控制，提高響應(yīng)速度和效率。
文檔編號G05D23/20GK1549074SQ03111670
公開日2004年11月24日 申請日期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 申請人:大連理工大學