CN2237212Y - 一种用于在线测量仪表上的散热控温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种在线测量仪表上的散热控温装置，它是由热管，半导体致冷器，温度传感器以及温度控制电路组成。本实用新型能有效地将仪表内的热量传送出来，并能使仪表内某元件或仪表内环境保持一定温度，从而大为提高仪表的稳定性和可靠性。本实用新型适用于造纸，热轧钢，平板玻璃，塑料薄膜等工业过程在线测量仪表的散热与恒温。

Description

一种用于在线测量仪表上的 散热控温装置

本实用新型涉及一种散热控温装置，具体地说是一种用于在线测量仪表上的散热控温装置。

现有造纸过程定量，水份，灰分等在线测量仪表所使用的温度控制技术主要有通水冷却和加热恒温两种措施，其中水份仪表由于要求红外敏感元件硫化铅(PbS)的工作温度在0℃左右，用半导体致冷器对其冷却，致冷器的热端与通水冷却管道相联，仍使用水冷措施。水冷的最大弊端是辅助设备复杂，安装维护不好容易造成泄漏，对水温也有一定要求，且通水管道要易弯耐磨，因为上述在线测量仪表需放置到运动的扫描架探头上，测量仪表与通水管道要随扫描架运动。加热恒温有两个弊端：一是有些元件不能采取加热措施，如半导体致冷器，光电倍增管等；二是绝大多数元器件，尤其是电子元器件，在高温下工作，其性能和可靠性都将急剧下降。

正是由于这些问题，使很多引进的仪表不能很好地得到使用，如：造纸过程测量仪表处于瘫痪或勉强工作状态；国产仪表在环境温度较高情况下无法正常工作。

本实用新型目的是针对造纸过程在线测量仪表的散热控温存在的不足，提出一种新的散热控温装置，它有效地将仪表内的热量传送出来，并使仪表内元器件或仪表内环境保持一定温度，从而提高仪表的稳定性和可靠性。

本实用新型分为两部分：一部分是机械部分，由热管，半导体致冷器及被控元件组成；另一部分是温控电路部分，由半导体致冷器、温度传感器、单片机及辅助电路和固态继电器组成。

本实用新型用于造纸过程红外水份在线测量仪表上时的机械结构原理如图1所示，它由箱体9，硫化铅4，半导体致冷器2、3，热管1，温度传感器10组成。硫化铅4焊接在集光球8上，半导体致冷器3的冷端与硫化铅4粘连，半导体致冷器3的热端通过一良导体连接器7把两个半导体致冷器3连接起来，其目的是使两个致冷器工作对称，然后将热管1与连接器7紧密配合(可粘连或用螺钉拧紧)，使两个面接触热阻越小越好。热管1的散热端上部与另一半导体致冷器2粘接，最后，致冷器2用螺钉固定在箱体9上，温度传感器10粘连在连接器7上，箱体9是采用夹层结构，其中外层是铸铝，内层是铁板压制成形，中间是加泡沫填充，起到隔热作用。

本实用新型用于造纸过程纸页定量在线测量仪上时的机械结构原理如图2所示。它由箱体9，连接器7，热管1，半导体致冷器2，温度传感器10和被控元件5组成。被控元件5用螺钉固定在箱体9上，图中的7是一圆环连接器，它与被控元件5紧密的套连，热管1与连接器7是粘接在一起的，热管1的散热端上部与半导体致冷器2的冷端也是粘接在一起的，半导体致冷器2的热端用螺钉固定在箱体9的外壳上，温度传感器10粘接在连接器7上，图2的箱体结构与图1的箱体结构相同。

本实用新型所用半导体致冷器分两种：一种是元器件级半导体致冷器3，主要用于某些元器件的精密温控，一般要求致冷功率小，即在1.0～5.0W范围，体积较小，温差也较小(10°～30℃)的半导体致冷器；本结构中半导体致冷器3就属这一类。结构中的硫化铅是一个对温度十分敏感的元器件，它本身要求在0℃时才能正常工作，因此除了硫化铅本身有一级致冷外，本实用新型又特别在硫化铅外壳又加一级半导体致冷器3，这主要是为了保证元器件本身保持在0℃，使其能正常工作。本实用新型所选用的半导体致冷器3功率为1.0W，温差10°-20℃。第二种是仪表级半导体致冷器2，主要用于对仪表内环境，包括元器件在内进行温控。仪表级半导体致冷器2一般要求功率较大，即在10～50W范围，温差较大(20°～50℃)，所选用的半导体致冷器2功率为50W，温差20°～50℃，半导体致冷器的热端固定在机箱的外壳上，利用壳体散热。若一级半导体致冷器达不到要求，可采用多级串联方式加大温差，若靠仪表外壳9散热仍不能满足半导体致冷器热端散热要求，可采用增加散热面积及加风机强制风冷等措施。

元器件级温度控制，一般要求精度较高，其传感器常用微型热敏电阻6，并放于被控元件4上，我们所采用的是普通微型热敏电阻，将它贴在元器件4上。仪表级温度控制一般要求精度较低，只要工作在一个大致范围即可，其传感器采用热敏电阻或半导体温度传感器，本实用新型所采用的是半导体温度传感器，型号为AD590，把它放在连接器7上。

热管1这一高效传热器件，被用来将元件级的半导体致冷器3的热端热量或与元件紧密相连的良导体7的热量迅速传送仪表壳处的仪表级半导体致冷器2的冷端，再由仪表级半导体致冷器的热端通过壳体将热量散出。半导体致冷器3与连接器7，连接器7与热管1，热管1与半导体致冷器2，它们之间的接触应是良好的，否则将带来较大的热阻，影响散热和温控的快速性和准确性。在本实用新型中采用导热脂(硅油加氧化锌按1∶5)混合，将其涂抹在接触面上，这样导热效果与不加其混合物相比要提高十几倍。

这一半导体致冷器2、3与热管1的组合，使在线测量仪的散热、降温变得简捷、迅速、可靠。

温度控制电路由半导体致冷器，温度传感器，驱动器，射极跟随器，单片机处理器，显示板和固态继电器组成。用以完成在线测量仪的温度控制，以及在线测量仪表数据检测，处理，显示等任务。

其温控电路工作原理是，首先由温度传感器检测出温度信号，经驱动器，射极跟随器，使温度信号变成标准的0～5V电压，输入给80C552芯片A/D转换的ADC7口，同时有一设定值同时送给ADC6口，这样把两个信号值进行比较得出一差值ΔT，将ΔT经过比例、积分、微分算法：

Δu(t)＝k₁*e(t)＋k₂*e(t－1)＋k₃*e(t－2)处理后的Δu值送给80C552芯的脉冲调宽(PWM)输出，再经驱动器控制固态继电器去调节半导体致冷器的通断电时间，从而达到调节半导体致冷器功率目的。

图4中SAA1064的23、24管脚(SDA，SCL)直接与图5中CN1的5和7脚相连，其原理是利用80C552芯片中的I²C总线实现数据传送，从而达到显示温度的目的。

图6是将温度传感器AD590的电流信号经R₆变成电压信号，经V4：A射极跟随，V4：B比较，再经V6：A射极跟随得到一个0～5V之间的标准电压信号，将其V6：A的输出送给80C552的ADC7口，设定值接ADC6口。图7是将热敏电阻RT(2k)接在一桥式电路中，其输出A端给V5：A输入(射极跟随)，V5：A输出接V5：B的输入端R9，桥式电路输出的另一端B接V5：B输入端R₁₀，后边电路的接法与图6中一样。V6：B的输出接80C552芯片的ADC5口，它的工作原理与前边所述一样，其设定值接ADC4口。

图8电路由电阻R₁₄(2k)，R₁₅(360Ω)三极管T₈(3DG12)固态继电器(JGX)，半导体致冷器TRF1组成。R₁₄的输入端是由80C552的脉冲调宽输出的，即图5中CN2 16脚，R₁₄，R₁₅，T₈组成一个驱动电路，控制固态继电器的开关，固态继电器的输出直接给半导体致冷器的输入，利用脉冲调宽所调制的波形宽窄来控制半导体致冷器通电时间，从而实现了对半导体致冷器的功率控制。

图9中本实用新型所用电阻是金属模电阻(R₁₄，R₁₅)，高频小功率三极管(3DG12)直流输入-输出JGX-3FA固态继电器，半导体制冷器是TEC1-12706和TES1-1801。

本实用新型具有以下优点：

第①克服了由于往复运动通水冷却的不便和不可靠。②节省了通水冷却的水处理设备。③由于仪表内环境温度不超过室温的正常温度，因此对仪表内的元器件，尤其是电子元器件，其工作稳定性，可靠性，元件的使用寿命，都有很大提高，这就使得整个仪表的精度有很大提高。

图1是本实用新型红外水份在线测量时机械部分原理结构图。

图2是本实用新型纸页定量在线测量时机械部分原理结构图。

图3是本实用新型温控电路的原理分析图。

图4是本实用新型温控电路的显示电路图。

图5是本实用新型80C552芯片的管脚连线图。

图6是本实用新型温度传感器驱动射随电路图。

图7是本实用新型热敏电阻R_T的驱动射随电路图。

图8是本实用新型固态继电器的驱动电路图。

本实用新型具有结构简单，工作可靠，使用方便，散热量大，温控迅速准确的优点，适用于造纸，热轧钢，平板玻璃，塑料薄膜等较热环境工业过程在线测量仪表的散热与恒温。

实施例：

本实用新型箱体外壳是用铸铝材料，并采用夹层结构，中间用泡沫填充，起到隔离外辐射热的作用，热管的材料是采用铜管，内介质填充氟，其传热效果是很好的，半导体致冷器3是采用小功率，即1W，温差10°～20℃的器件，仪表级半导体致冷器选用功率50W，温差20°～50℃的器件半导体致冷器是从厂家购买的。热管是根据致冷器的形状由生产厂家加工形成的。硫化铝也是我们提出具体要求从厂家购买的。

Claims (2)

1.一种用于在线测量仪表上的散热控温装置，主要包括半导体致冷器、温度传感器、热管、单片机和固态继电器驱动电路，其特征在于：硫化铅[4]焊接在集光球8上，半导体致冷器[3]的冷端与硫化铅[4]粘连，半导体致冷器[3]的热端通过一良导体连接器[7]把两个半导体致冷器[3]连接起来，热管[1]与连接器[7]通过粘接或用螺钉拧紧使之连接起来，热管[1]的散热端上部与另一半导体致冷器[2]粘接，半导体致冷器[2]用螺钉固定在箱体[9]上。

2.根据权利要求1所述的散热控温装置，其特征在于：固态继电器驱动电路由电阻R₁₄、R₁₅、三极管T₈和固态继电器及半导体致冷器组成，其中R₁₄的输入端是由80C552芯片的脉冲调宽输出的，固态继电器的输出直接与半导体致冷器的输入连接。

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