CN109343605A - 一种温度控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种温度控制装置及控制方法。包括外罩壳体、导热板、温度传感器、半导体制冷器和控制器；导热板与外罩壳体的开口连接构成密闭空间；温度传感器设置于外罩壳体内部，温度传感器用于获取密闭空间内的温度值；控制器分别与温度传感器和半导体制冷器连接，控制器用于获取温度值并根据温度值向半导体制冷器发送目标控制信号；半导体制冷器用于接收控制器的目标控制信号，并根据目标控制信号进行相应的工作。本发明实施例将被控器件放入密闭空间中能够有效防止外界温度的变化所带来的影响，通过温度传感器、半导体制冷器和控制器实现了从外界到自身的双重保护，提高了被控器件的安全性。

Description

一种温度控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体而言，涉及一种温度控制装置及控制方法。

背景技术

在某些特殊环境的工业领域，比如温变速率较高的场所，很多精密器件无法满足该环境下的要求，使其无法正常工作甚至损坏。

针对此特殊环境，现有技术通过恒温控制来解决该问题。但是，采用恒温控制无法根据外界实际温变速率来调节温控系统的开启或关闭，会大大增加系统功耗。一般工业产品对功耗的要求十分敏感，不必要的功耗会降低产品的竞争力。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种温度控制装置及控制方法，以解决上述技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种温度控制装置，包括：外罩壳体、导热板、温度传感器、半导体制冷器和控制器；其中，

所述外罩壳体设有一开口，所述导热板与所述外罩壳体的开口连接构成密闭空间，所述密闭空间用于容纳被控器件；

所述温度传感器设置于所述外罩壳体内部，所述温度传感器用于实时获取所述密闭空间内的温度值；

所述控制器分别与所述温度传感器和所述半导体制冷器连接，所述控制器用于获取所述温度值，并根据所述温度值向所述半导体制冷器发送目标控制信号；

所述半导体制冷器与所述导热板远离所述外罩壳体的一面接触，所述半导体制冷器用于接收所述控制器的目标控制信号，并根据所述目标控制信号进行相应的工作。

进一步地，所述装置，还包括热沉；

所述热沉与所述半导体制冷器的远离所述导热板的一面连接。

进一步地，所述外罩壳体为隔热材料；所述隔热材料为真空板、气凝胶毡、石棉或玻璃纤维。

进一步地，所述导热板的材料为金属导热材料。

进一步地，所述控制器包括连接的计算模块、比较模块和处理模块；

所述计算模块用于计算预设时间段内所述密闭空间的温度差值；

所述比较模块用于将所述温度差值与标准值进行比较，获得比较结果，并将所述比较结果发送至所述处理模块；

所述处理模块用于根据所述比较结果输出所述目标控制信号。

进一步地，所述控制器还包括无线模块，所述无线模块用于与终端进行通信。

进一步地，所述装置还包括与所述控制器连接的报警器；

若所述温度差值大于所述标准值，则所述控制器控制所述报警器进行报警。

进一步地，所述装置还包括与所述控制器连接的显示器；

所述显示器用于实时显示所述密闭空间内的所述温度值。

进一步地，所述目标控制信号为电流信号。

进一步地，所述控制器为PID控制器。

第二方面，本发明实施例提供了一种温度控制方法，包括：

温度传感器实时获取密闭空间内的温度值，并将所述温度值发送至控制器，所述密闭空间中放置有被控器件，且所述密闭空间由外罩壳体和导热板构成；

所述控制器根据所述温度值计算预设时间段内的温度差值，并根据所述温度差值向半导体制冷器发送目标控制信号；

所述半导体制冷器根据所述目标控制信号对所述被控器件进行温度控制。

进一步地，所述控制器根据所述温度值计算预设时间段内的温度差值，并根据所述温度差值向半导体制冷器发送目标控制信号，包括：

若所述温度差值的绝对值大于标准值，则所述控制器根据所述温度差值进行反馈控制，获得所述目标控制信号，并将所述目标控制信号发送至所述半导体制冷器；

若所述温度差值的绝对值小于或等于所述标准值，且所述控制器的当前控制信号大于0，则将所述当前控制信号降低预设值，获得目标控制信号，并将所述目标控制信号发送至所述半导体制冷器；

若所述温度差值的绝对值小于或等于所述标准值，且所述控制器的当前控制信号小于0，则将所述当前控制信号增加预设值，获得目标控制信号，并将所述目标控制信号发送至所述半导体制冷器。

进一步地，所述控制器根据所述温度差值进行反馈控制，获得所述目标控制信号，包括：

控制器根据所述温度差值进行PID控制、PI控制或PD控制，获得所述目标控制信号。

进一步地，所述控制器根据所述温度差值进行PID控制，获得所述目标控制信号，包括：

根据公式计算获得所述目标控制信号。

本发明实施例通过外罩壳体、导热板构成密闭空间，将被控器件放入密闭空间中能够有效防止外界温度的变化所带来的影响，另外通过温度传感器、半导体制冷器和控制器能够根据被控器件的实时温度进行调节，从而实现了从外界到自身的双重保护，提高了被控器件的安全性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种温度控制装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的控制器内部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的温度控制装置整体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种温度控制方法流程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种温度控制方法流程示意图。

图标：101-外罩壳体；102-导热板；103-温度传感器；104-半导体制冷器；105-控制器；106-被控器件；107-热沉；108-报警器；109-显示器；1051-计算模块；1052-比较模块；1053-处理模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1为本发明实施例提供的一种温度控制装置结构示意图，如图1所示，包括外罩壳体101、导热板102、温度传感器103、半导体制冷器104和控制器105；其中，

所述外罩壳体101设有一开口，通过开口可以将被控器件106罩在外罩壳体101的内部，所述导热板102与所述外罩壳体101的开口连接构成密闭空间，所述密闭空间用于容纳被控器件106，从而可以使得被控器件106在密闭空间内防止被外界的温度所干扰。应当说明的是，为了能够更好的隔绝外界温度，外罩壳体101可以隔热材料，具体为真空板、气凝胶毡、石棉或者玻璃纤维，可以理解的是，还可以为其他隔热材料，本发明实施例对此不作具体限定。导热板102的作用是能够更好的将半导体制冷器104的温度传递给被控器件106，因此，导热板102的材料可以是导热性较好的材料，如铁、铜、铝等金属材料，还可以是其他具有较好导热性的材料，本发明实施例对此不作具体限定。

所述温度传感器103设置于所述外罩壳体101内部，所述温度传感器103用于实时获取所述密闭空间内的温度值；温度传感器103的一端与控制器105连接，可以将获取到的温度值传送给控制器105。应当说明的是，温度传感器103还可以设置在被控器件上，从而能够直接获取被控器件的温度。

所述控制器105分别与所述温度传感器103和所述半导体制冷器104连接，所述控制器105用于获取所述温度值，并根据所述温度值向所述半导体制冷器104发送目标控制信号；控制器105通过接收到温度传感器103发送的实时的温度值，根据温度值可以判断当前密闭空间内的温度是否发生了异常，如果异常则可以向半导体制冷器104发送控制信息，使得半导体制冷器104进行制冷或制热操作。半导体制冷器104具有较强的灵活性。

所述半导体制冷器104与所述导热板102远离所述外罩壳体101的一面接触，所述半导体制冷器104用于接收所述控制器105的目标控制信号，并根据所述目标控制信号进行相应的工作。若密闭空间内的温度过低，则半导体制冷器104接收到目标控制信号后，使得半导体制冷器104与导热板接触的一面制热，若密闭空间内的温度过高，则半导体制冷器104接收到目标控制信号后，使得半导体制冷器104与导热板接触的一面制冷。

可以理解的是，半导体制冷器104利用半导体的热-电效应制取冷量的器件，又称热-电制冷器。用导体连接两块不同的金属，接通直流电，则一个接点处温度降低，另一个接点处温度升高。其中，目标控制信号可以为电流信号，通过改变电流信号的方向、大小，可以对被控器件进行定量的加热、制冷。

本发明实施例通过外罩壳体、导热板构成密闭空间，将被控器件放入密闭空间中能够有效防止外界温度的变化所带来的影响，另外通过温度传感器、半导体制冷器和控制器能够根据被控器件的实时温度进行调节，从而实现了从外界到自身的双重保护，提高了被控器件的安全性。

在上述实施例的基础上，所述装置，还包括热沉107；

所述热沉107与所述半导体制冷器104的远离所述导热板102的一面连接。所谓热沉，是指它的温度不随传递到它的热能的大小变化，它可以是大气、大地等物体。因此，通过在半导体制冷器104的另一侧设置热沉能够避免半导体制冷器104能量的损失。

在上述实施例的基础上，图2为本发明实施例提供的控制器内部结构示意图，如图2所示，所述控制器105包括连接的计算模块1051、比较模块1052和处理模块1053；

所述计算模块1051用于计算预设时间段内所述密闭空间的温度差值；为了防止被控器件在工作过程中温度骤变，可以监控预设时间段内的密闭空间的温度差值，通过温度差值可以判断温度是否发生的骤变。应当说明的是，预设时间段可以根据实际情况预先设定。

所述比较模块1052用于将所述温度差值与标准值进行比较，获得比较结果，并将所述比较结果发送至所述处理模块1053；在计算模块1051计算获得温度差值后，将温度差值发送至比较模块1052，比较模块1052将温度差值与标准值进行比较，如果温度差值的绝对值大于标准值，则说明温度发生了骤变，反之则说明温度没有发生骤变。应当说明的是，标准值为根据实际情况预先设定的。

所述处理模块1053用于根据所述比较结果输出所述目标控制信号。

应当说明的是，控制器可以为PID控制器，也可以是PI控制器或PD控制器。且控制器中还可以包括模数转换模块、TEC驱动模块等。

本发明实施例通过控制模块温度传感器、半导体制冷器和控制器能够根据被控器件的实时温度进行调节，从而实现了从外界到自身的双重保护，提高了被控器件的安全性。

在上述实施例的基础上，所述控制器还包括无线模块，所述无线模块用于与终端进行通信。控制器通过无线模块可以与终端通信，将接收到的实时的温度值，计算获得的温度差值等数据发送至终端，也可以接收终端的控制指令，以实现远程控制。

在上述实施例的基础上，图3为本发明实施例提供的温度控制装置整体结构示意图，如图3所示，所述装置还包括与所述控制器连接的报警器108；

若所述温度差值大于所述标准值，则所述控制器105控制所述报警器108进行报警。应当说明的是，报警器108可以为蜂鸣器，通过报警可以用来提示相关工作人员。

所述装置还包括与所述控制器105连接的显示器109；

所述显示器109用于实时显示所述密闭空间内的所述温度值。显示器109可以为LED显示、LCD显示等，将密闭空间的实时温度值显示出来，以供相关工作人员获知密闭空间内的温度。

图4为本发明实施例提供的一种温度控制方法流程示意图，如图4所示，该方法包括：

步骤401：温度传感器实时获取密闭空间内的温度值，并将所述温度值发送至控制器，所述密闭空间中放置有被控器件，且所述密闭空间由外罩壳体和导热板构成。

在具体的实施过程中，在密闭空间中放置有被控器件，通过设置在密闭空间内的温度传感器实时采集密闭空间内的温度值，并将温度值发送至控制器，使得控制器能够获知被控器件当前所处的环境温度。应当说明的是，温度传感器还可以设置在被控器件上，从而可以直接获知被控器件的温度。应当说明的是，密闭空间由外罩壳体和导热板构成。

步骤402：所述控制器根据所述温度值计算预设时间段内的温度差值，并根据所述温度差值向半导体制冷器发送目标控制信号。

在具体的实施过程中，当控制器接收到温度传感器发送的温度值后，计算预设时间段内的温度差值，例如，预设时间段可以为10分钟，温度传感器可以每1秒钟获取一次温度值，将10分钟内的最高温度值和最低温度值作差，获得温度差值，根据温度差值向半导体制冷器发送目标控制信号，该目标控制信号可以为电流值，用来控制半导体制冷器的工作状态，即制冷、制冷还是不工作。

步骤403：所述半导体制冷器根据所述目标控制信号对所述被控器件进行温度控制。

在具体的实施过程中，半导体制冷器在接收到控制器发送的目标控制信号后，根据目标控制信号进行相应的工作，目标控制信号包括输出的电流的方向和大小。

本发明实施例通过由外罩壳体和导热板构成密闭空间，将被控器件放置在密闭空间中，通过温度传感器实时监测密闭空间内的温度，并通过控制器控制半导体制冷器的工作状态，以实现对被控器件的温度调控，防止被控器件由于温度骤变损坏，提高了被控器件的安全性。

在上述实施例的基础上，图5为本发明实施例提供的一种温度控制方法流程示意图，如图5所示，包括：

步骤501：计算温度差值；计算预设时间段内的温度差值，在计算时，可以将该预设时间段内的最高温度值与最低温度值作差处理；

步骤502：判断温度差值是否小于标准值；判断温度差值的绝对值是否小于标准值，如果小于，则说明被控器件没有发生温度骤变，执行步骤504；如果大于或等于，则说明被控器件发生了温度骤变，执行步骤503；

步骤503：PID控制；在控制器内部预先存储有反馈控制逻辑，该反馈控制逻辑可以为PID控制、PI控制或PD控制，控制器计算获得温度差值后，判断温度差值的绝对值是否大于标准值，如果大于标准值，则根据温度差值通过反馈控制逻辑获得目标控制信息，并将目标控制信号发送至半导体制冷器。应当说明的是，标准值为预先根据实际情况进行设定，不同的被控器件能够承受的温度骤变的值不同，因此，可以设定不同的标准值，并执行步骤508；

步骤504：当前控制信号是否大于0；如果当前控制信号大于0，则说明控制器控制半导体制冷器制热，执行步骤505；否则执行步骤506；

步骤505：降低；如果被控器件的温度骤升，则说明半导体制冷器制热能力过强，此时，可以降低当前控制信号，获得目标控制信号，以降低半导体制冷器制热能力；

步骤506：当前控制信号是否小于0；如果当前控制信号小于0，则说明控制器控制半导体制冷器制冷，执行步骤507；否则执行步骤508；

步骤507：增加；如果被控器件的温度骤降，则说明半导体制冷器制冷能力过强，此时，可以增加当前控制信号，获得目标控制信号，以降低半导体制冷器制冷能力；

步骤508：输出目标控制信号；在获得了目标控制信号后，将目标控制信号输入到半导体制冷器中，使得半导体制冷器根据目标控制信号进行工作。

应当说明的是，为了保护被控器件的安全，其标准值可以设定的比被控器件实际能够承受的温度变化范围小，能够实现在温度变化值还没有达到其承受极限之间就进行温度的调控。

对于PID控制，其具体公式为：

其中，U(t)为t时刻所述目标控制信号，E(t)为所述温度差值，P为比例单元，I为积分单元，D为微分单元。

应当说明的是，P、I和D的具体取值可以预先设定，并且可以对其进行动态优化。

本发明实施例通过阻尼控制，实现了对被控器件的温度的实时控制，从而对被控器件起到了保护作用，而且也避免了恒温控制的高功耗。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种温度控制装置，其特征在于，包括：外罩壳体、导热板、温度传感器、半导体制冷器和控制器；其中，

所述外罩壳体设有一开口，所述导热板与所述外罩壳体的开口连接构成密闭空间，所述密闭空间用于容纳被控器件；

所述温度传感器设置于所述外罩壳体内部，所述温度传感器用于实时获取所述密闭空间内的温度值；

所述控制器分别与所述温度传感器和所述半导体制冷器连接，所述控制器用于获取所述温度值，并根据所述温度值向所述半导体制冷器发送目标控制信号；

所述半导体制冷器与所述导热板远离所述外罩壳体的一面接触，所述半导体制冷器用于接收所述控制器的目标控制信号，并根据所述目标控制信号进行相应的工作。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置，还包括热沉；

所述热沉与所述半导体制冷器的远离所述导热板的一面连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外罩壳体为隔热材料；所述隔热材料为真空板、气凝胶毡、石棉或玻璃纤维。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导热板的材料为金属导热材料。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器包括连接的计算模块、比较模块和处理模块；

所述计算模块用于计算预设时间段内所述密闭空间的温度差值；

所述比较模块用于将所述温度差值与标准值进行比较，获得比较结果，并将所述比较结果发送至所述处理模块；

所述处理模块用于根据所述比较结果输出所述目标控制信号。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括无线模块，所述无线模块用于与终端进行通信。

7.一种温度控制方法，其特征在于，包括：

温度传感器实时获取密闭空间内的温度值，并将所述温度值发送至控制器，所述密闭空间中放置有被控器件，且所述密闭空间由外罩壳体和导热板构成；

所述控制器根据所述温度值计算预设时间段内的温度差值，并根据所述温度差值向半导体制冷器发送目标控制信号；

所述半导体制冷器根据所述目标控制信号对所述被控器件进行温度控制。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制器根据所述温度值计算预设时间段内的温度差值，并根据所述温度差值向半导体制冷器发送目标控制信号，包括：

若所述温度差值的绝对值大于标准值，则所述控制器根据所述温度差值进行反馈控制，获得所述目标控制信号，并将所述目标控制信号发送至所述半导体制冷器；

若所述温度差值的绝对值小于或等于所述标准值，且所述控制器的当前控制信号大于0，则将所述当前控制信号降低预设值，获得目标控制信号，并将所述目标控制信号发送至所述半导体制冷器；

若所述温度差值的绝对值小于或等于所述标准值，且所述控制器的当前控制信号小于0，则将所述当前控制信号增加预设值，获得目标控制信号，并将所述目标控制信号发送至所述半导体制冷器。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制器根据所述温度差值进行反馈控制，获得所述目标控制信号，包括：

控制器根据所述温度差值进行PID控制、PI控制或PD控制，获得所述目标控制信号。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制器根据所述温度差值进行PID控制，获得所述目标控制信号，包括：

根据公式计算获得所述目标控制信号；

其中，U(t)为t时刻所述目标控制信号，E(t)为所述温度差值，P为比例单元，I为积分单元，D为微分单元。