[发明专利]快速可调的高低温平面温度场的获取装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动控制技术领域的装置，具体地说，涉及的是一种快速可调的高低温平面温度场的获取装置。

背景技术

在科学实验、设备检验等各种场合，都需要对温度进行高低温调节和周期性控制，形成温度场。

经对现有技术的文献检索发现，目前获得平面温度场的方式大致分为两种：

电热板式(参见02115138.5：一种具有均匀温度场的高温电热消毒柜)和半导体器件(参见：97206560.1：一种可调温度场的加热装置)实现。电热板式原理是采用金属电阻丝与金属板相配合，通过控制通过电阻丝的电流来控制其发热量，继而控制金属板下的温度分布。该装置由于不含制冷设备，只能获得高于环境温度的变化温度场，且降温效果往往取决于电热板的通风冷却，具有温度变化延迟时间长，响应慢的特点。利用半导体器件实现变化温度场的方法，其原理则是半导体器件的帕尔贴效应。根据帕尔贴效应，半导体器件在通直流电时在致冷面产生制冷效应，另一表面则产生加热效应；通过控制通过半导体器件的电流大小，可以控制其制冷量和加热量；变化电流的方向，则可以变换致冷面和加热面的位置。帕尔贴效应实现的温度变化具有变化迅速的特点，但其缺点是温度不易精确控制，且制冷和发热的热流密度较小。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种快速可调的高低温平面温度场的获取装置，快速、连续变化的获取高低温平面温度场，取代原有的电热板或半导体器件方案，具有易于实现、可靠性高、控制方法简单等特点。本发明产生的平面温度场分布均匀、变化快速，调温范围覆盖低温和高温之间。本发明可应用于仪器校正、科研实验、芯片制造等各种对温度变化要求较高的场合。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括制冷机组、三个电加热器、PID温度控制器、储液罐、液体泵、控温板、三个闸阀、三通阀、球阀、三个可控硅调功器、工控计算机，制冷机组出口与第一电加热器的进口相连接，制冷机组的进口与三通阀相连接，三通阀的一个进口端通过第一闸阀与第一液体泵出口相连接，第一液体泵进口与储液罐底部相连接，三通阀的另一进口端通过第二闸阀与第三电加热器的出口相连接，第二液体泵与第二电加热器的进口相连接，第二电加热器出口与控温板进口相连接，控温板出口与第三电加热器的进口相连接，第一闸阀的进口与第二液体泵的出口相连接，第一闸阀的出口与储液罐相连接，球阀与储液罐相连接，第一可控硅调功器连接PID温度控制器，第二和第三可控硅调功器连接工控计算机，第一电加热器的电源与第一可控硅调功器电气连接，第二和第三电加热器的电源分别与第二和第三可控硅调功器相电气连接。

所述控温板采用高导热系数的紫铜材料，由薄壁管与薄板焊接加工而成。薄壁管被弯曲成一定的平面排列形状，然后平铺于薄板平面上，使用银焊或其他高导热性能的焊接材料将薄壁管与薄板焊接在一起。

所述第二电加热器和第三电加热器为即热式电加热器，其功率大于或者等于制冷机组的制冷功率值。

本发明所采用的技术方案是制冷机组配合程序控制的的电加热器结合，形成温度快速变化的液体介质；液体介质迅速流经高导热金属加工而成的控温板后，可在控温板下表面形成平面温度场。

本发明装置使用时，连续工作的制冷机组将液体介质的温度降低到低于环境温度，配合PID温度控制器调节的第一电加热器，可将储液罐内液体的温度稳定在一定的低温。由程序控制的第二电加热器可以将储液罐出来的液体加热到一快速变化的温度，该变温液体经过高导热材料焊接而成的控温板，可在控温板下表面形成均匀的，相应快速变化的平面温度场。三个电加热器加热量的控制采用三个可控硅调功器配合工控计算机以及PID温度控制器实现。平面温度场获得部分主要是利用变温的液体产生温度相应迅速变化的平面温度场。平面温度场产生的主要部件为控温板，温度随时间快速变化的液体介质流经控温板上的薄壁管内。控温板采用高导热系数的紫铜材料，由薄壁管与薄板焊接加工而成。薄壁管与薄板的壁厚应尽量薄，必须能够保证管内液体温度在瞬间传递到板的下表面，形成平面温度场。

本发明采用一制冷机组产生恒温的液体介质，该液体介质流经计算机程序控制的大功率即热式加热器，能够实现液体温度的快速变化；配合高导热的紫铜材料焊接而成的控温板，可在控温板下表面形成快速、均匀变化的平面温度场。该方法易于实现，具有可靠性高、控制方法简单等特点。