CN208156522U - 一种基于半导体制冷的高低温试验箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及低压载波设备性能测试技术领域，具体涉及一种基于半导体制冷的高低温试验箱，具体包括箱体、温度调节系统，温度调节系统包括信号检测模块、中央处理器、加热装置、制冷装置；信号检测模块采集箱体内部的温度信号给中央处理器处理，中央处理器控制制冷装置、加热装置的工作状态；加热装置用于当箱体内部高度低于预设值时升高箱体内的温度；制冷装置用于当箱体内部温度高于预设值时降低箱体内的温度；本实用新型解决了一般高低温试验箱体积大、精度低等问题，本实用新型采用半导体制冷片与DS18B20温度传感器多点测温相结合，减少了测量误差和增加了测试过程中的稳定性，提高了电子工业产品环境可靠性和质量检验水平。

Description

一种基于半导体制冷的高低温试验箱

技术领域

本实用新型涉及低压载波设备性能测试技术领域，具体涉及一种基于半导体制冷的高低温试验箱。

背景技术

目前，针对电子工业产品环境可靠性和质量检验需求的不断增加，对被试设备高低温试验的温度控制精度的要求也不断提高。对于低压载波设备性能测试方面，许多生产厂家已生产出相应的高低温试验箱，在原理上多是通过压缩机作为制冷装置。这种设计方式存在的问题是：在压缩机启停时会引起很大的振动，这种振动会产生测量误差。基于此，目前常用的高低温试验箱很难满足实际控制精度的要求。然而随着我国半导体制冷技术的飞速发展，需要新型的高低温试验箱设计方案，将微控制器与半导体制冷技术、多点测温等相结合的高低温试验箱的设计将成为关注热点，以减少测量误差和保证测试过程中的稳定性，提高电子工业产品环境可靠性和质量检验水平。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于半导体制冷的高低温试验箱，具体技术方案如下：

一种基于半导体制冷的高低温试验箱包括箱体、温度调节系统，所述温度调节系统包括信号检测模块、中央处理器、加热装置、制冷装置；所述信号检测模块用于采集箱体内部的温度信号并将采集到的温度信号传输给中央处理器处理；所述中央处理器用于处理信号检测模块采集到的温度信号，并控制制冷装置、加热装置的工作状态；所述加热装置用于当箱体内部高度低于预设值时升高箱体内的温度；所述制冷装置用于当箱体内部温度高于预设值时降低箱体内的温度；所述中央处理器分别与信号检测模块、加热装置、制冷装置连接。

进一步，所述箱体包括外壳、外壳内侧的保温隔热层、与外壳上方开口处匹配的箱盖。

进一步，所述信号检测模块包括温度采集模块、A/D转换模块；所述温度采集模块与A/D转换模块连接；所述温度采集模块包括温度传感器，温度传感器的探头置于箱体内壁上。

进一步，所述中央处理器包括温度控制模块、人机交互模块；所述人机交互模块与温度控制模块连接。

进一步，加热装置包括加热驱动电路模块、硅胶发热片、加热装置支架板；所述加热驱动电路模块与硅胶发热片连接，加热驱动电路模块、硅胶发热片固定在加热装置支架板上，加热装置支架板安装在箱体的内壁上。

进一步，所述加热驱动电路模块包括第一电阻R1、第一NPN型三极管Q1、第一二极管D1、第一固态继电器K1；所述第一电阻R1与第一NPN型三极管的基极连接，第一NPN型三极管的放射极与5V电源的接地极连接，第一NPN型三极管的集电极分别与第一二极管的正极、第一固态继电器的一端连接，5V电源的正极分别与第一二极管的负极、第一固态继电器的另一端连接；第一固态继电器与分别与若干个硅胶发热片连接。

进一步，所述制冷装置包括制冷驱动电路模块、半导体制冷片；所述制冷驱动电路与半导体制冷片连接，所述半导体制冷片包括冷端面和热端面，所述半导体制冷片安装在箱体内壁上。

进一步，所述制冷驱动电路模块包括第二电阻R2、第二NPN型三极管Q2、第二二极管D2、第二固态继电器K2；所述第二电阻R1与第二NPN型三极管的基极连接，第二NPN型三极管的放射极与5V电源的接地极连接，第二NPN型三极管的集电极分别与第二二极管的正极、第二固态继电器的一端连接，5V电源的正极分别与第二二极管的负极、第二固态继电器的另一端连接；第二固态继电器与分别与若干个半导体制冷片连接。

进一步，所述制冷装置还包括散热装置，所述散热装置与制冷驱动电路模块连接，所述散热装置安装在半导体制冷片的热端面对面，用于为半导体制冷片的热端面散热。

进一步，所述散热装置为风扇。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型解决了一般高低温试验箱体积大、精度低等问题，选用DS18B20温度传感器对高低温试验箱进行多点测温，保证温度信息的精准性和稳定性，且成本低，性价比高。本实用新型采用半导体制冷片与DS18B20温度传感器多点测温相结合，减少了测量误差和增加了测试过程中的稳定性，提高了电子工业产品环境可靠性和质量检验水平。

附图说明

图1为本发明的温度调节系统的示意图；

图2是本实用新型的温度采集模块的电路示意图；

图3是本实用新型的加热驱动电路模块的电路示意图；

图4是本实用新型的制冷驱动电路模块的电路示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，一种基于半导体制冷的高低温试验箱包括箱体、温度调节系统，温度调节系统包括信号检测模块、中央处理器、加热装置、制冷装置。信号检测模块用于采集箱体内部的温度信号并将采集到的温度信号传输给中央处理器处理；中央处理器用于处理信号检测模块采集到的温度信号，并控制制冷装置、加热装置的工作状态；加热装置用于当箱体内部高度低于预设值时升高箱体内的温度；制冷装置用于当箱体内部温度高于预设值时降低箱体内的温度；中央处理器通过RS485通信线与信号检测模块连接，中央处理器通过信号控制线分别与加热装置、制冷装置连接。

箱体包括外壳、外壳内侧的保温隔热层、与外壳上方开口处匹配的箱盖。

信号检测模块包括温度采集模块、A/D转换模块；信号检测模块中的温度采集模块安装在箱体内壁的4个温度采集点上，温度采集模块与A/D转换模块通过信号线相连，A/D转换模块安装在中央处理器机壳内。温度采集模块用于采集箱体内部的温度信号，并将采集到的温度信号传输到A/D转换模块，A/D转换模块用于将采集到的温度信号转换为数字信号传输到中央处理器进行处理；温度采集模块与A/D转换模块连接；温度采集模块包括温度传感器，温度传感器的探头置于箱体内壁上。温度传感器为DS18B20温度传感器，DS18B20温度传感器体积小，价格便宜，且具有很强的抗干扰能力，精度高，测量温度范围为-55～+125℃。

如图2所示，本实用新型采用12位的温度读数方式，同时采用４个DS18B20温度传感器对箱体内部的温度进行检测。DS18B20温度传感器通过R3上拉电阻和5V VCC电源供电，由于DS18B20温度传感器有48位序列号，因此，每个DS18B20温度传感器都不一样，这样能使其在１根总线上挂载多个DS18B20温度传感器。每个DS18B20温度传感器均采用12位的温度显示时，其分辨率为0.0625℃，即实际的采集温度值是将寄存器中的二进制数值乘以0.0625。采用2位小数显示，可以精确到±0.05℃。因此，本实用新型采集得到的温度值具有很高的精度，足以满足本实用新型的精度要求。图2中，NPN型三极管为9013NPN型三极管，电阻R3=4.7K欧姆，VCC为5V电源。

中央处理器包括温度控制模块、人机交互模块；中央处理器安装在箱体外壁，中央处理器的机壳内固定安置有温度控制模块和人机交互模块，人机交互模块提供对外的液晶显示屏和操作键盘接口。温度控制模块用于控制加热装置、制冷装置的工作状态，人机交互模块用于显示箱体的温度和操作人员输入的数据或指令，以实现人机交互；人机交互模块与温度控制模块通过RS485通信线连接。温度控制模块的芯片选用MC9S12XS128为核心控制芯片，该芯片为16位处理器，112管脚LQFP封装。

加热装置包括加热驱动电路模块、硅胶发热片、加热装置支架板；加热驱动电路模块与硅胶发热片连接，加热驱动电路模块、硅胶发热片固定在加热装置支架板上，加热装置支架板安装在箱体的内壁上。

如图3所示，加热驱动电路模块包括第一电阻R1、第一NPN型三极管Q1、第一二极管D1、第一固态继电器K1；第一电阻R1与第一NPN型三极管Q1的基极连接，第一NPN型三极管Q1的放射极与5V电源VCC的接地极连接，第一NPN型三极管Q1的集电极分别与第一二极管D1的正极、第一固态继电器K1的一端连接，5V电源VCC的正极分别与第一二极管D1的负极、第一固态继电器K1的另一端连接；第一固态继电器K1分别与8个硅胶发热片连接。8个硅胶发热片并联且采用24V的电源VDD供电。

其中，第一电阻R1=1K欧姆，第一二极管采用IN4007二极管，第一NPN型三极管采用9013NPN型三极管，第一固态继电器为DC-SSR固态继电器。硅胶发热片的体积小、制热效率高，可有效地保障本实用新型的温度调节速率。由于第一固态继电器K1在工作时稳定可靠、无电火花、反应快、无噪声、耐冲击且抗干扰能力强等特性，且其工作电压为3~32VDC，可以控制5-220VDC的直流负载，内置LED指示灯。因此，利用此第一固态继电器K1可以控制硅胶发热片的工作。在此电路的设计中，温度调节模块通过第一NPN型三极管Q1控制第一固态继电器K1的开关，本实用新型需要升温时，第一NPN型三极管Q1的基极电流增大，第一NPN型三极管Q1导通，第一固态继电器K1闭合。反之，第一NPN型三极管Q1的基极电流为零，第一NPN型三极管Q1截止，第一固态继电器K1断开。

制冷装置包括制冷驱动电路模块、半导体制冷片；制冷驱动电路模块内嵌安装于箱体保温隔热层中，并通过信号线与半导体制冷片连接，半导体制冷片包括冷端面和热端面，半导体制冷片安装在箱体内壁上。

如图4所示，制冷驱动电路模块包括第二电阻R2、第二NPN型三极管Q2、第二二极管D2、第二固态继电器K2；第二电阻R2与第二NPN型三极管Q2的基极连接，第二NPN型三极管Q2的放射极与5V电源VCC的接地极连接，第二NPN型三极管Q2的集电极分别与第二二极管D2的正极、第二固态继电器K2的一端连接，5V电源VCC的正极分别与第二二极管D2的负极、第二固态继电器K2的另一端连接；第二固态继电器K2分别与2个半导体制冷片连接。2个半导体制冷片并联并采用12V电源VDD供电。

第二电阻R2=1K欧姆，第二二极管采用IN4007二极管，第二NPN型三极管采用9013NPN型三极管，第二固态继电器为DC-SSR固态继电器。在此电路的设计中，温度调节模块通过第二NPN型三极管Q2控制第二固态继电器K2的开关，本实用新型需要降温时，第二NPN型三极管Q2的基极电流增大，第二NPN型三极管Q2导通，第二固态继电器K2闭合。反之，第二NPN型三极管Q2的基极电流为零，第二NPN型三极管Q2截止，第二固态继电器K2断开，半导体制冷片不工作。

本实施例中采用TEC2-25408T125型的多级半导体制冷片，其具有12V的额定电压，最大电流是8A，制冷温度可达-50℃，其制冷速率快且制冷深度佳，满足本实用新型的工作要求。由于半导体制冷片分为冷端面和热端面，为了避免制冷片烧坏，以保证本实用新型的正常工作，需要在半导体制冷片的热端面的对面安装散热装置，本实施例中的散热装置选择为风扇。

本实用新型的工作原理为：

（1）开启中央处理器的工作电源后，对中央处理器进行初始化，中央处理器发出“工作开始”的指令后，信号检测模块通过温度采集模块开始对箱体内的温度进行多点实时检测和采集，将采集到的温度信号通过A/D转换模块转成数字信号传输到中央处理器的输入端；

（2）中央处理器显示当前工作状态及温度值并启动温度控制模块，当温度低于设定的温度值时，温度控制模块发出加热指令启动加热装置，人机交互模块的加热指示灯点亮，加热装置的加热驱动电路模块启动，驱动硅胶发热片进行发热，以提高箱体内的温度直至信号检测模块的温度采集模块采集到箱体内的温度在预设值范围。

（3）当温度高于设定的温度值时，温度控制模块发出制冷指令启动制冷装置，人机交互模块的制冷指示灯点亮，制冷装置的制冷驱动电路模块启动，驱动半导体制冷片进行制冷和驱动风扇给半导体制冷片进行散热，以降低箱体内的温度直至信号检测模块的温度采集模块采集到箱体内的温度在预设值范围。

本实用新型不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于半导体制冷的高低温试验箱，其特征在于：包括箱体、温度调节系统；所述温度调节系统包括信号检测模块、中央处理器、加热装置、制冷装置；所述信号检测模块用于采集箱体内部的温度信号并将采集到的温度信号传输给中央处理器处理；所述中央处理器用于处理信号检测模块采集到的温度信号，并控制制冷装置、加热装置的工作状态；所述加热装置用于当箱体内部高度低于预设值时升高箱体内的温度；所述制冷装置用于当箱体内部温度高于预设值时降低箱体内的温度；所述中央处理器分别与信号检测模块、加热装置、制冷装置连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于半导体制冷的高低温试验箱，其特征在于：所述箱体包括外壳、外壳内侧的保温隔热层、与外壳上方开口处匹配的箱盖。

3.根据权利要求1所述的一种基于半导体制冷的高低温试验箱，其特征在于：所述信号检测模块包括温度采集模块、A/D转换模块；所述温度采集模块与A/D转换模块连接；所述温度采集模块包括温度传感器，温度传感器的探头置于箱体内壁上。

4.根据权利要求1所述的一种基于半导体制冷的高低温试验箱，其特征在于：所述中央处理器包括温度控制模块、人机交互模块；所述人机交互模块与温度控制模块连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于半导体制冷的高低温试验箱，其特征在于：加热装置包括加热驱动电路模块、硅胶发热片、加热装置支架板；所述加热驱动电路模块与硅胶发热片连接，加热驱动电路模块、硅胶发热片固定在加热装置支架板上，加热装置支架板安装在箱体的内壁上。

6.根据权利要求5所述的一种基于半导体制冷的高低温试验箱，其特征在于：所述加热驱动电路模块包括第一电阻R1、第一NPN型三极管Q1、第一二极管D1、第一固态继电器K1；所述第一电阻R1与第一NPN型三极管的基极连接，第一NPN型三极管的放射极与5V电源的接地极连接，第一NPN型三极管的集电极分别与第一二极管的正极、第一固态继电器的一端连接，5V电源的正极分别与第一二极管的负极、第一固态继电器的另一端连接；第一固态继电器与分别与若干个硅胶发热片连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于半导体制冷的高低温试验箱，其特征在于：所述制冷装置包括制冷驱动电路模块、半导体制冷片；所述制冷驱动电路与半导体制冷片连接，所述半导体制冷片包括冷端面和热端面，所述半导体制冷片安装在箱体内壁上。

8.根据权利要求7所述的一种基于半导体制冷的高低温试验箱，其特征在于：所述制冷驱动电路模块包括第二电阻R2、第二NPN型三极管Q2、第二二极管D2、第二固态继电器K2；所述第二电阻R1与第二NPN型三极管的基极连接，第二NPN型三极管的放射极与5V电源的接地极连接，第二NPN型三极管的集电极分别与第二二极管的正极、第二固态继电器的一端连接，5V电源的正极分别与第二二极管的负极、第二固态继电器的另一端连接；第二固态继电器与分别与若干个半导体制冷片连接。

9.根据权利要求7所述的一种基于半导体制冷的高低温试验箱，其特征在于：所述制冷装置还包括散热装置，所述散热装置与制冷驱动电路模块连接，所述散热装置安装在半导体制冷片的热端面对面，用于为半导体制冷片的热端面散热。

10.根据权利要求9所述的一种基于半导体制冷的高低温试验箱，其特征在于：所述散热装置为风扇。