CN107943152A - 一种智能控制温度的微型检测室 - Google Patents

Abstract

一种智能控制温度的微型检测室，它包括加热槽，加热槽内设有比色皿，在加热槽上设有加热装置，加热装置包括金属加热体以及半导体制冷片，加热装置的受控端与控制器的控制端连接，控制器的输入端与温度传感器连接。本发明主要是为了解决现有实验室用恒温检测室加热速度慢、不能精确到达目标温度、恒温性能差，不能满足实验需求的技术问题。

Description

一种智能控制温度的微型检测室

技术领域

本发明属于电气设备领域，具体涉及一种智能控制温度的微型检测室。

背景技术

现在微型检测室在环境、材料、医药、生化等诸多领域有着广泛而重要的应用，通常用来分析测量样品成分和性质。此类型分析仪器对检测室环境稳定性要求很高，其中检测室恒温控制是测试处理和检测的重要条件之一。比如光谱类仪器实验，温度上升影响光强波动，对检测结果造成误差影响准确度。所以温度精确控制是保证样品检测重复性和准确度满足要求的关键。对比现在的水浴恒温检测室，结构复杂需要独立的进水排水系统，封闭性高，需要经常清洁处理，性能稳定性差，加热时间长，影响实验后续工作。

发明内容

本发明的目的提供一种智能控制温度的微型检测室，它主要是为了解决现有实验室用恒温检测室加热速度慢、不能精确到达目标温度、恒温性能差，不能满足实验需求的技术问题。

为了实现上述的技术特征，本发明采用的技术方案是：

一种智能控制温度的微型检测室，它包括加热槽，加热槽内设有比色皿，在加热槽上设有加热装置，加热装置包括金属加热体以及半导体制冷片，加热装置的受控端与控制器的控制端连接，控制器的输入端与温度传感器连接。

在控制器中设置目标温度，控制器将温度传感器的感应温度与目标温度对比，可控制金属加热体是否工作或半导体制冷片的加热、制冷。

上述加热槽为金属槽，半导体制冷片设置在金属槽外壁以及散热块之间。同时在散热块外设有散热风扇。

包括半导体制冷片的控制电路，控制电路包括第一控制信号驱动器、第二控制信号驱动器、第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管，第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管形成H桥电路，第一控制信号驱动器以及第二控制信号驱动器的受控端与控制器的控制端连接，用于对H桥电路的导通臂进行控制；半导体制冷片连接在H桥中部。

上述第一控制信号驱动器、第二控制信号驱动器、第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管均为MOS管。

上述第一控制信号驱动器导通、第二控制信号驱动器截止时，第一开关管以及第四开关管导通，电流由半导体制冷片负极流向正极；

第二控制信号驱动器导通、第一控制信号驱动器截止时，第二开关管以及第三开关管导通，电流由半导体制冷片正极流向负极。

上述半导体制冷片的两面分别紧贴金属槽外壁以及散热块设置。

本发明具有如下技术效果：

1.本发明通过帕尔贴和金属加热体特性有机结合形成互补的加热体系。使检测室能够在较短的时间内达到目标温度，而且在目标温度时稳定性好，相对现有微型检测室的温度控制精度高；

2.本发明能根据及时温度差做出判断选择，调整金属加热体和帕尔贴的工作状态；

3.本发明结构简单，操作方便，如有精确调光需要可在原有设备上加入数字调光装置，即可实现。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明金属加热体驱动电路图；

图3为本发明帕尔贴结构示意图；

图4为本发明帕尔贴的驱动电路图；

图5为本发明系统控制算法流程图；

图6为实施例的实验结果图。

具体实施方式

如图1所示，一种智能控制温度的微型检测室，它包括加热槽1，加热槽1内设有比色皿2，在加热槽1上设有加热装置，加热装置包括金属加热体3以及半导体制冷片4，加热装置的受控端与控制器5的控制端连接，控制器5的输入端与温度传感器6连接。需要在控制器5中设置目标温度，控制器5将温度传感器6的感应温度与目标温度对比，然后对检测室温度进行调节。

具体的，被控对象为待检测的样品比色皿，用铜制金属槽包围起固定和传热的功能，有利于样品比色皿受热均匀而且防止热量过分流失造成能源浪费。金属槽左侧嵌入一个热电偶传感器用来监测实际温度，然后将温度信号传输给控制器，控制器对信号进行解读，并比较用户设定温度，计算出温度差，根据内设的控制算法分别输出信号给金属加热体和帕尔贴，控制金属加热体的加热时间，迅速提升温度；调节帕尔贴的导通方向和时间，改变帕尔贴制热制或制冷的速率。

如图2所示，是本发明金属加热体驱动电路图，x为控制器的信号输入端，控制金属加热体驱动电路整体的运作，电阻R1为10KΩ，R2为1KΩ，R3为1KΩ，主要起限流作用防止电流过大损坏器件。PC817为线性光耦阻断金属加热体与控制器之间的电气通路防止大电流烧坏控制器。U1为3.3V驱动PC817运行，U2为5V驱动SRD-05VDC-SL-C继电器运行，NC、IN分别接220V电源，NO是直接接金属加热体。

如图3所示，加热槽1为金属槽，半导体制冷片4设置在金属槽外壁以及散热块7之间。当不同方向的电流通过帕尔贴时有两种状态，工作在加热状态时，半导体制冷片4的左侧为放热端，右侧为吸热端，紧贴金属槽使其温度升高。当工作在制冷状态时，半导体制冷片4的左侧为吸热端，吸收金属槽的热量传递给右端，由于大部分检测仪器为减少环境噪声会对其整体做封闭处理，所以单靠空气散热效果差，本发明在右侧加了散热块和风扇进一步加快制冷调节。在散热块7外设有散热风扇14。

如图4所示，还包括半导体制冷片4的控制电路，控制电路包括第一控制信号驱动器8、第二控制信号驱动器9、第一开关管10、第二开关管11、第三开关管12以及第四开关管13，第一开关管10、第二开关管11、第三开关管12以及第四开关管13形成H桥电路，第一控制信号驱动器8以及第二控制信号驱动器9的受控端与控制器5的控制端连接，用于对H桥电路的导通臂进行控制；半导体制冷片4连接在H桥中部。

所述第一控制信号驱动器8、第二控制信号驱动器9、第一开关管10、第二开关管11、第三开关管12以及第四开关管13均为MOS管。

所述第一控制信号驱动器8导通、第二控制信号驱动器9截止时，第一开关管10以及第四开关管13导通，电流由半导体制冷片4负极流向正极；

第二控制信号驱动器9导通、第一控制信号驱动器8截止时，第二开关管11以及第三开关管12导通，电流由半导体制冷片4正极流向负极。

半导体制冷片4即为帕尔贴(TEC)。

具体的，控制器产生PWM1和PWM2对H桥电路的导通臂控制，图中电阻R1～R6为限流电阻防止大电流损坏器件，图中的U1～U4为电容器，起稳定电压滤波的作用。M1～M4为组成H桥的MOS管，M5和M6为控制器控制信号驱动MOS管。当PWM1导通，PWM2截止时，M1和M4导通，电流由TEC+流向TEC-，按照帕尔贴的结构设计为工作在加热状态，当PWM2导通，PWM1截止时，M2和M3导通，电流由TEC-流向TEC+,按照帕尔贴的结构设计为工作在制冷状态。由于控制器传输的PWM波形不同，帕尔贴工作在两个状态的输出功率也不一样，保证系统的高精度恒温。

所述半导体制冷片4的两面分别紧贴金属槽外壁以及散热块7设置。

如图5所示，为本发明系统控制算法流程图，通过在控制器内部编程实现，开始控制器系统初始化，针对特定功能区、引脚进行高低电平的重置。然后命令读取热电偶传感器的温度数值，与用户设定的目标温度进行比较。如果符合温差要求直接返回实时测温阶段，否则判断温差的大小，温差较大时，启动金属加热体的制热模块，根据不同等级的温差控制加热时间并保留一定温度差，启动帕尔贴模糊PID控制。

模糊PID参数采用自整定控制方式，找出PID三个参数与控制偏差和偏差斜率的关系：

1.当系统的偏差较大时，为加速系统调节速度，比例参数P取较大值，为了避免超调响应，积分参数I设为0；这时的微分参数D可根据具体系统来调节大小。

2.当系统的偏差适中时，比例参数P取较小值来减小超调反应，积分参数I适当，这时微分参数D会对系统的响应速度产生极大影响，参考文献和根据经验来调节。

3.当系统的偏差很小时，把比例参数P和积分参数I取大值，设置微分参数D与偏差斜率成反比。

然后根据隶属函数制定模糊规则，系统按照反馈回来的数值应用隶属函数模糊化，对照模糊控制规则库判定修正值的模糊量，最后解模糊输出准确修正值对PID参数进行修改，达到快速调整的效果。

Claims (8)

1.一种智能控制温度的微型检测室，其特征在于，它包括加热槽(1)，加热槽(1)内设有比色皿(2)，在加热槽(1)上设有加热装置，加热装置包括金属加热体(3)以及半导体制冷片(4)，加热装置的受控端与控制器(5)的控制端连接，控制器(5)的输入端与温度传感器(6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能控制温度的微型检测室，其特征在于：在控制器(5)中设置目标温度，控制器(5)将温度传感器(6)的感应温度与目标温度对比，可控制加热、制冷的效果。

3.根据权利要求1或2所述的一种智能控制温度的微型检测室，其特征在于：所述加热槽(1)为金属槽，半导体制冷片(4)设置在金属槽外壁以及散热块(7)之间。

4.根据权利要求3所述的一种智能控制温度的微型检测室，其特征在于：在散热块(7)外设有散热风扇(14)。

5.根据权利要求3所述的一种智能控制温度的微型检测室，其特征在于：包括半导体制冷片(4)的控制电路，控制电路包括第一控制信号驱动器(8)、第二控制信号驱动器(9)、第一开关管(10)、第二开关管(11)、第三开关管(12)以及第四开关管(13)，第一开关管(10)、第二开关管(11)、第三开关管(12)以及第四开关管(13)形成H桥电路，第一控制信号驱动器(8)以及第二控制信号驱动器(9)的受控端与控制器(5)的控制端连接，用于对H桥电路的导通臂进行控制；半导体制冷片(4)连接在H桥中部。

6.根据权利要求5所述的一种智能控制温度的微型检测室，其特征在于：所述第一控制信号驱动器(8)、第二控制信号驱动器(9)、第一开关管(10)、第二开关管(11)、第三开关管(12)以及第四开关管(13)均为MOS管。

7.根据权利要求5或6所述的一种智能控制温度的微型检测室，其特征在于：所述第一控制信号驱动器(8)导通、第二控制信号驱动器(9)截止时，第一开关管(10)以及第四开关管(13)导通，电流由半导体制冷片(4)负极流向正极；

第二控制信号驱动器(9)导通、第一控制信号驱动器(8)截止时，第二开关管(11)以及第三开关管(12)导通，电流由半导体制冷片(4)正极流向负极。

8.根据权利要求7所述的一种智能控制温度的微型检测室，其特征在于：所述半导体制冷片(4)的两面分别紧贴金属槽外壁以及散热块(7)设置。