[发明专利]小范围内高精度温度控制装置

说明书

技术领域

    本发明涉及一种用于对封闭的小范围空间内进行高精度温度控制的高精度温度控制装置，尤其涉及一种小范围内高精度温度控制装置。

背景技术

    鉴于当前很多电子学器件和光学器件的性能、参数都有随环境温度变化而不稳定的特性，如常见的电阻电容以及芯片和光学中的APD管，相位调制器等，这些易受温度变化而不稳定的元器件组成的电路模块或系统中，将会给整个系统或产品带来不稳定性，对这些易受温度影响的元器件能达到其所在局部范围内有较高精度的控温将是解决这一问题的很好的方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现小范围内的温度精确控制的小范围内高精度温度控制装置。

为实现上述技术目的问题，本发明采取的技术方案为：一种小范围内高精度温度控制装置，包括用于采集控温对象的温度采集模块、用于控制控温对象温度的温度制模块；其特征在于：所述温度采集模块为NTC热敏电阻，所述温度控制模块包括PID控制器、TEC驱动芯片和TEC制冷片；所述NTC热敏电阻采集控温对象进行温度采集后，将采集的温度信息输出给PID控制器，PID控制器对输入的温度信息和设定的温度信息进行数据处理后，输出控制信号给TEC驱动芯片，TEC驱动芯片输出温度控制信号给TEC制冷片，TEC制冷片对控温对象进行加热或者制冷。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述TEC驱动芯片为TEC驱动芯片maxim的max1968或max8520/8521。

本发明通过PID电路的调节，最终使小范围内的温度与设定的温度相同，并一直保持稳定，并且温度控制的速度快和精确。

 

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2本发明的PID控制器结构示意图。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

具体实施方式

实施例1

参见图1，本小范围内高精度温度控制装置，包括用于采集控温对象的温度采集模块、用于控制控温对象温度的温度制模块；其特征在于：所述温度采集模块为NTC热敏电阻，所述温度控制模块包括PID控制器、TEC驱动芯片和TEC制冷片；所述NTC热敏电阻采集控温对象进行温度采集后，将采集的温度信息输出给PID控制器，PID控制器对输入的温度信息和设定的温度信息进行数据处理后，输出控制信号给TEC驱动芯片，TEC驱动芯片输出温度控制信号给TEC制冷片，TEC制冷片对控温对象进行加热或者制冷。所述TEC驱动芯片为TEC驱动芯片maxim的max1968或max8520/8521。

本小范围内高精度温度控制装置开始工作时，在控温元件盒内的NTC热敏电阻将采集到的温度通过电路转换为电压输入PID控制器，设定的温度转换为对应的电压同时输入PID控制器，PID控制器输出控制信号进入TEC驱动芯片，TEC驱动芯片输出相应的控制电流及电流方向使位于盒内的TEC制冷片开始工作，加热或制冷，热敏电阻不断的采集温度，通过PID控制器的调节，最终使整个盒子内部的温度与设定的温度相同，并一直保持稳定。

TEC制冷片也称为半导体制冷片，同以前的温度控制器相比，半导体制冷片具有具体如下的优点：不需要任何致冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件，工作时无震动、噪音、寿命长，安装容易；既能制冷，又能加热；是电流换能型器件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统；半导体制冷器热惯性非常小，制冷制热时间很快；半导体制冷器的温差范围，从-90℃到+130℃都可以实现。

本小范围内高精度温度控制装置使用maxim系列芯片为TEC的驱动芯片，它采用直接电流控制，消除了TEC中的浪涌电流。Maxim TEC驱动芯片为单电源工作，在芯片内部的两个同步降压稳压器输出引脚OS1与OS2之间连接TEC，能够提供双极性输出。双极性工作能够实现无“死区”温度控制，以及避免了轻载电流时的非线性问题，同时控温精度能达到0.01℃，从而打到高精度的控温效果。

如图2所示，PID电路采用传统的PID控制电路：比例电路，积分电路和微分电路。当本小范围内高精度温度控制装置开始工作并经过一段时间稳定后，例如稳定在25度左右，用输出温度大约70度的电吹风对准电路中的PID控制器部分，TEMPOUT的电压变化不超过80uV，也即温度变化不超过0.01℃，140uV的变化对应0.01℃。也就是说环境温度变化50℃左右对这套温控装置的稳定性干扰性很小，当然选择温度系数更好的元器件会使系统的稳定性更好。本小范围内高精度温度控制装置控温精度能达到0.01℃，控温范围可达-90℃到+130℃，2至3分钟达到稳定，并且具有很好的稳定，适用于控制小范围的温度。