[发明专利]一种超低湿露点仪及其温度控制方法

说明书

本发明公开一种超低湿露点仪及其温度控制方法，属于气象检测技术领域。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，主控模块包括stm32微控制器、功率桥堆、通信电路，制冷模块由四级半导体制冷片堆叠而成四级制冷堆，测温模块由高精度温度计构成，光学模块由激光器、光洁镜面、透镜、光电传感器组成，光学模块的光洁镜面放置于冷模块的四级制冷堆上，四级制冷堆放置于散热装置上。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。具有可有效加快系统制冷速度、大大缩短露点温度测量时间、提高系统响应速度和测量精度、扩大露点仪测量范围等优点。

技术领域

本发明涉及一种超低湿露点仪及其温度控制方法，尤其涉及一种包括主控模块、制冷模块、测温模块、光学模块的超低湿露点仪以及控制反射光强来达到控温效果的控制方法，属于气象检测技术领域。

背景技术

冷镜式露点仪是使用最广泛的一种湿度测量仪器，具有精度高、稳定性好的优点，但冷镜式露点仪制冷过程缓慢，需要有较长的工作准备时间。本发明使用一种控制反射光强来达到控温效果的控制方法，可有效加快露点温度的测量速度；通过有效的控温方法，提高了露点温度的检测精度；通过四级半导体制冷堆的应用，可以检测到超低的露点温度。因此具有精度高、稳定性好、超低露点的特点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有冷镜式露点仪制冷过程缓慢，工作准备时间长的缺点，提出一种超低湿露点仪及其温度控制方法，对PID控制进行改进，在控制光强的基础上引入温度调节参数，有效加快系统制冷速度，使露点温度的测量时间大大缩短，并扩大露点仪的测量范围，实现一些超低露点的测量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种超低湿露点仪，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，并通过常规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(金属光洁镜面)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冷模块的四级制冷堆上，四级制冷堆放置于散热装置上。

所述光洁镜面与四级制冷堆及散热装置之间均涂有普通导热硅脂，如道康宁、HASUNCAST、信越等。

所述超低湿露点仪的温度控制方法，是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。

所述超低湿露点仪的温度控制方法的具体步骤如下：

(1)露点仪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；