[发明专利]一种超低湿露点仪及其温度控制方法

权利要求书

1.一种超低湿露点仪的温度控制方法，所述超低湿露点仪包括主控模块、制冷模块、测温模块、光学模块，主控模块与其他各模块相连，完成各模块的总控；所述主控模块包括stm32微控制器、功率桥堆、通信电路，并通过编程实施对各模块的控制；所述制冷模块由四级半导体制冷片堆叠而成四级制冷堆，并由所述主控模块控制对光学模块(冷镜)降温到其所需的超低温度值，根据需要可施加反向电流加热以消除凝结的露滴或结霜；所述测温模块由高精度温度计构成，其微型温度敏感元件嵌入到光学模块的光洁镜面的内部；所述光学模块由激光器、光洁镜面、透镜、光电传感器组成，置于一个不透光的空间中，激光器发射激光到镜面，其后将反射光通过透镜聚焦后送光电传感器检测，结露后反射光增强；所述光学模块的光洁镜面放置于制冷模块的四级制冷堆上，四级制冷堆放置于散热装置上；其特征在于：通过控制光强达到控温的效果，将反射光强输入动态PID控制器中，根据PID输出量改变占空比来控制四级制冷模块的制冷；由所述光学模块的激光器发射激光，光电传感器检测一组反射光数据，并以平均光强值Sm及均方差σ的加权和St＝Sm+5σ作为设定值，控制四级制冷堆工作，当光强达到设定目标后测量出粗略露点Td，取得露点后确定下次控制的目标温度Ts，开机后首次取得粗略露点时，取Ts＝Td-1，后续取得精密露点后，目标温度调整为Ts＝Td-0.1；控制方法包括如下具体步骤：

(1)开机后检测一组反射光数据，求出光强设定值St，然后以最大驱动电压控制四级制冷堆的制冷，并设置一个极端低温如-100℃作为目标值，加速降温以缩短响应时间，当光强达到St时，首次测量出粗略露点值Td；

(2)取得露点温度后的后续过程中，采用动态PID参数以St为目标进行控制；根据反射光与设定值间的偏差、温度值与目标温度的偏差，计算出一组动态PID参数来调整镜面温度，并满足离目标温度及设定光强越近，温度波动越小；当温度差小于1或者反射光强误差小于0.1后采用一组固定的PID参数稳定反射光强，使镜面处于结露与未结露的临界状态，不断测量温度值；动态PID控制器算法为：

du＝et*[p*(e1-e2)+i*e1+d*(e1-e2*2+e3)]；

式中，e1为光强设定值St与实时光强值reallight的差值，e1＝St-reallight，e2、e3分别为前两次的反射光强误差值，du是输出增量，et为实时温度与温度目标值差值的绝对值，et＝temp-Ts，p、i、d为经整定符合调节要求的比例、积分、微分参数；

(3)对一定时段内所测温度值滑动平均后作为精密露点温度Td，并将目标温度调整为Ts＝Td-0.1，继续使用新的目标温度来循环测量精密露点，以提高露点的稳定性。

2.根据权利要求1所述的超低湿露点仪的温度控制方法，其特征在于：所述光洁镜面与四级制冷堆及散热装置之间均涂有导热硅脂。

3.根据权利要求1所述的超低湿露点仪的温度控制方法，其特征在于：当et小于1或误差e1小于0.1时，et取为1，以稳定光强的控制。