本實用新型涉及電子測控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微小型溫度場閉環(huán)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

溫度控制技術(shù)始于工業(yè)生產(chǎn)，并在工業(yè)應(yīng)用中得到深入發(fā)展。但是，工業(yè)應(yīng)用中的溫度控制技術(shù)只適用于大空間的溫度場。如何控制一個毫米級溫度場的溫度，目前還沒有相關(guān)的研究和報道。

針對這一情況，設(shè)計了一套微小型溫度場閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠使毫米級的溫度場保持穩(wěn)定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微小型溫度場閉環(huán)控制系統(tǒng)，用于使毫米級溫度場的溫度保持穩(wěn)定，并能夠快速調(diào)節(jié)該溫度場的溫度。

考慮到現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，根據(jù)本實用新型公開的一個方面，本實用新型采用以下技術(shù)方案：

一種微小型溫度場閉環(huán)控制系統(tǒng)，它包括微小型溫度場、溫度場本體電路、溫度調(diào)節(jié)單元、溫度測量單元和微處理器，所述微小型溫度場包括硅基底、鉑電阻薄膜r、Al₂O₃絕緣層和Au微電極，所述鉑電阻薄膜r即是所述微小型溫度場的加熱元件也是測溫元件，所述溫度場本體電路只包含一個固定匹配電阻R，所述固定匹配電阻R與所述鉑電阻薄膜r構(gòu)成電阻分壓電路，所述固定匹配電阻R一 端與所述鉑電阻薄膜r一端連接，所述鉑電阻薄膜r的另一端與系統(tǒng)接地端連接，所述溫度調(diào)節(jié)單元能夠輸出一路可變的直流電壓，所述溫度調(diào)節(jié)單元的輸出端與所述固定匹配電阻R的另一端連接，所述溫度測量單元能夠?qū)⑺鲢K電阻薄膜r上端的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述溫度測量單元的輸入端與所述固定匹配電阻R一端和所述鉑電阻薄膜r一端連接，所述微處理器運行PID溫度控制算法程序，調(diào)節(jié)所述微小型溫度場的溫度，所述微處理器與所述溫度調(diào)節(jié)單元的輸入端和所述溫度測量單元的輸出端連接。

為了更好地實現(xiàn)本實用新型，進一步的技術(shù)方案是：

所述溫度調(diào)節(jié)單元主要包括線性直流電壓轉(zhuǎn)換器和數(shù)字式電位計，所述數(shù)字式電位計的輸入端與所述微處理器連接，所述數(shù)字式電位計的輸出端接入基于所述線性直流電壓轉(zhuǎn)換器的電壓調(diào)節(jié)電路中，所述微處理器可以自主改變所述數(shù)字式電位計的電阻，來改變溫度調(diào)節(jié)單元的輸出電壓。

所述溫度測量單元包括電壓跟隨器、電壓放大器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述電壓跟隨器的輸入端與所述固定匹配電阻R一端和所述鉑電阻薄膜r一端連接，所述電壓放大器位于所述電壓跟隨器和所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器之間，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述微處理器鏈接，所述微處理器能夠獲得所述鉑電阻薄膜r上端的電壓值，換算后可以得到所述微小型溫度場的溫度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果之一是：

本實用新型的一種微小型溫度場閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有：1)可控溫度場的尺寸范圍：1mm～10mm；2)溫度場的可控溫度范圍：80℃～350℃；3)控制溫度的精度：±0.5℃；4)溫度場溫度跟隨目標值所用時間短，在10ms內(nèi)溫度達到目標值，并長時間保持穩(wěn)定。

附圖說明

為了更清楚的說明本申請文件實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)的描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅是對本申請文件中一些實施例的參考，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，還可以根據(jù)這些附圖得到其它的附圖。

圖1示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的微小型溫度場的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)框架示意圖。

圖3示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的溫度調(diào)節(jié)單元電路示意圖。

圖4示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的溫度測量單元方案示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。

如圖1所示，圖1示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的微小型溫度場的結(jié)構(gòu)示意圖，一種微小型溫度場的結(jié)構(gòu)，其由4個部分組成，分別是：硅基底1、鉑電阻薄膜r 2、Al₂O₃絕緣層3和Au微電極4。硅基底1主要起支撐、絕緣和保溫作用；鉑電阻薄膜r 2即是加熱元件也是測溫元件；Al₂O₃絕緣層3主要起絕緣和保溫作用；Au微電極4是鉑電阻薄膜r 2的引出端，便于外接線。針對上述微小型溫度場，設(shè)計的溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)框架如圖2所示，一種微小型溫度場閉環(huán)控制系統(tǒng)，它包括溫度場本體電路5、溫度調(diào)節(jié)單元6、溫度測量單元7和微處理器8，所述溫度場本體電路5只包含一個固定匹配電阻R，所述固定匹配電阻R與所述鉑電阻薄膜r 2構(gòu)成電阻分壓電路，所述固定匹配電阻R一端與所述鉑電阻薄膜r 2一端連接，所述鉑電阻薄膜r 2的另一端與系統(tǒng)接地 端連接，所述溫度調(diào)節(jié)單元6能夠輸出一路可變的直流電壓，所述溫度調(diào)節(jié)單元6的輸出端與所述固定匹配電阻R的另一端連接，所述溫度測量單元7能夠?qū)⑺鲢K電阻薄膜r 2上端的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述溫度測量單元7的輸入端與所述固定匹配電阻R一端和所述鉑電阻薄膜r 2一端連接,所述微處理器8運行PID溫度控制算法程序，調(diào)節(jié)所述微小型溫度場的溫度，所述微處理器8與所述溫度調(diào)節(jié)單元6的輸入端和所述溫度測量單元7的輸出端連接。

所述溫度調(diào)節(jié)單元6的電路如圖3所示，所述溫度調(diào)節(jié)單元6主要包括線性直流電壓轉(zhuǎn)換器9和數(shù)字式電位計10，所述數(shù)字式電位計10的輸入端與所述微處理器8連接，所述數(shù)字式電位計10的輸出端接入基于所述線性直流電壓轉(zhuǎn)換器9的電壓調(diào)節(jié)電路中，所述微處理器8可以自主改變所述數(shù)字式電位計10的電阻，改變溫度調(diào)節(jié)單元6的輸出電壓，改變所述鉑電阻薄膜r 2的加熱功率，調(diào)節(jié)所述微小型溫度場的溫度。

所述溫度測量單元7的方案如圖4所示，所述溫度測量單元7包括電壓跟隨器11、電壓放大器12和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器13，所述電壓跟隨器11的輸入端與所述固定匹配電阻R一端和所述鉑電阻薄膜r 2一端連接，所述電壓放大器12位于所述電壓跟隨器11和所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器13之間，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器13的輸出端與所述微處理器8鏈接，所述微處理器8能夠獲得所述鉑電阻薄膜r 2上端的電壓值，換算后可以得到所述微小型溫度的溫度。

整個微小型溫度場閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作流程為：所述微處理器單元8從外部接口接收溫度場的目標溫度，通過所述溫度測量單元7獲得溫度場的當前溫度，運行PID溫度控制算法程序，再通過所述溫度調(diào)節(jié)單元6調(diào)節(jié)溫度場的溫度；如此反復(fù)使溫度場的當前溫度接近目標溫度，并保持穩(wěn)定。

本實用新型的特點：

1、使用鉑電阻薄膜作為微小型溫度場的加熱元件。在工業(yè)控溫系統(tǒng)中，鉑電阻經(jīng)常被作為測溫元件使用；但在本發(fā)明設(shè)計的微小型溫度場中，鉑電阻薄膜即是測溫元件也是加熱元件。這樣可以簡化溫度場的結(jié)構(gòu)，減小溫度場的尺寸。

2、使用電阻分壓電路作為溫度場本體電路。通過給鉑電阻薄膜匹配一固定電阻搭建電阻分壓電路，即可以調(diào)節(jié)鉑電阻薄膜的加熱功率又可以測量鉑電阻薄膜的電阻值，這樣可簡化溫度調(diào)節(jié)單元和溫度測量單元的電路設(shè)計。

3、使用線性直流電壓轉(zhuǎn)換器和數(shù)字式電位計設(shè)計溫度調(diào)節(jié)單元。該溫度調(diào)節(jié)單元不僅能夠快速地改變鉑電阻薄膜的加熱功率，調(diào)節(jié)溫度場的溫度，而且具有電路簡單、元器件少的優(yōu)點。4、使用微處理器等高集成化芯片設(shè)計系統(tǒng)電路。這樣不僅可以簡化電路設(shè)計，而且可以減小電路板尺寸和系統(tǒng)功耗。設(shè)計的溫度測量方案可以全部集成到微處理器內(nèi)部，也可以使用集成芯片一體化實現(xiàn)。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分相互參見即可。

在本說明書中所談到的“一個實施例”、“另一個實施例”、“實施例”、等，指的是結(jié)合該實施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現(xiàn)同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結(jié)合任一實施例描述一個具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點時，所要主張的是結(jié)合其他實施例來實現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或者特點也落在本實用新型的范圍內(nèi)。

盡管這里參照本實用新型的多個解釋性實施例對本實用新型進行了描述，但是，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計出很多其他的修改和實施方式，這 些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內(nèi)。更具體地說，在本申請公開和權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其他的用途也將是明顯的。