專利名稱：一種可加熱與制冷雙向溫度可調的恒溫平臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明利用半導體冷堆作為散熱和生熱的裝置，屬于半導體測量技術領域，實現(xiàn)具有恒溫功能的裝置。適用于需要保持恒定溫度平臺的場合。
背景技術：
恒溫平臺(俗稱無限大散熱器)是一種提供具有散熱和補充熱量功能的恒溫平面裝置。它是很多場合必備的裝置條件之一。如測量半導體溫升和熱阻時，根據溫升和熱阻的測量標準，被測器件必需放置在一個恒定溫度的平臺上。目前的測試平臺有的無恒溫功能，或有的采用電阻絲加熱，只具有高于室溫的恒溫控制功能。即冷卻最大只能為切斷加熱功率的自然降溫。
發(fā)明內容
本發(fā)明中描述的恒溫平臺采用半導體冷堆作為散熱和生熱的驅動原件，具有很好的散熱能力。器件工作時產生的熱量傳到平臺后，能被該平臺及時散走，不影響平臺的恒定溫度。且恒溫平臺的溫度高溫可超過100C，低溫可控制在低于室溫，甚至到零下的雙向控溫功能。
本發(fā)明提供的一種可加熱與制冷雙向溫度可調的恒溫平臺，如圖1所示，其特征在于將半導體冷堆202上下兩面均涂上導熱脂，一面與導熱材料平臺201粘接，另一面則與水套平臺205粘接；水套平臺205中間流有換熱循環(huán)水，通過水套平臺205、水泵203和水箱204組成的回路及時將半導體冷堆202產生的熱量或冷量散掉；導熱材料平臺201中心連接溫度傳感器107，溫度傳感器107連接到溫度信號放大器105后，又輸出連接到A/D轉換器104后，輸入連到微處理器101；從微處理器101輸出驅動控制指令到D/A轉換器109，又輸出驅動信號到功率放大器106，輸出驅動電流給半導體冷堆202；鍵盤103連接到微處理器101，溫度設定是通過鍵盤輸入到微處理器內的；顯示器102也與微處理器連接，用于顯示輸入的溫度和實測到的恒溫平臺上的溫度，以及目前加載的驅動電流的狀況；半導體冷堆202的驅動是通過微處理器101控制的；所有控制軟件都存儲在與微處理器101相連的存儲器內；若測量溫度高于設定溫度，微處理器101輸出正向電流經功率放大器106驅動半導體冷堆，使其制冷工作，即從上面恒溫平臺吸取熱量到其下面水套，由流動的水將熱量帶走；當測量溫度低于設定溫度，微處理器101經D/A轉換器109到功率放大器106，輸出反向電流驅動半導體冷堆，使其加熱工作，即從下面吸取熱量傳到上面恒溫平臺，流動的水不斷給其提供熱量，以保持水套平臺205溫度不變。
本發(fā)明恒溫平臺上的溫度可以為高溫(高于室溫)，也可以為低溫(低于室溫)，甚至可以達到零下。由于采用的是電流直接驅動半導體冷堆，當恒溫平臺上溫度變化時，微處理器101可以迅速反應，調節(jié)電流，盡快保持平臺上的恒溫特性。
控溫裝置中設定了通信接口108用于與外部計算機通信，溫度的設定可以通過串口同時可實現(xiàn)由外部計算機設定溫度。
圖中顯示的一層半導體冷堆，若恒溫面上的熱量負載較大產生的熱量較多，或恒溫平臺上需要較低的溫度，可將兩層或多層冷堆通過導熱脂疊起來，實現(xiàn)更大的雙向熱量傳輸能力。
目前的恒溫裝置多數(shù)是采用電阻絲加熱，用于產生高于室溫的環(huán)境。而降溫的功能則是減小加熱功率，或最多為關斷電源，自然降溫。而往往熱平臺多采用金屬，熱容量較大。這樣使降溫，趨向恒溫的過程變得很長。本發(fā)明中利用半導體冷堆的雙向控溫功能，降溫過程中，加反向電流，從平臺上吸收熱量到下面的換熱水中。這樣大大加快了降溫過程，使恒溫過程變短。提高了恒溫平臺控溫和恒溫的能力。更為重要的是，一般低于室溫的恒溫多采用液氮冷卻的較多。操作起來復雜，不方便。本發(fā)明使得實現(xiàn)低于室溫的恒溫過程變得快捷、方便。
圖1本發(fā)明示意圖，圖中微處理器101，顯示器102，鍵盤103，A/D轉換器104，溫度信號放大器105，功率放大器106，溫度傳感器107，通信接口108，D/A轉換器109，導熱材料平臺201，半導體冷堆202，水泵203，水箱204，水套平臺20具體實施方式
本發(fā)明中描述的恒溫平臺具體實施方式
為恒溫平臺201為一個導熱性能好的材料，如紫銅、黃銅等。要有一定厚度，一般為2cm左右。溫度傳感器107可以使用熱電偶、熱敏電阻或PN結溫度傳感器等。若選用熱電偶，可以配有成熟的專用芯片，如AD595和相應的運算放大器OP07。A/D轉換器104可選用常規(guī)的器件，如LM331。半導體冷堆202可采用硅材料做成的冷堆。一般可采用四塊平鋪在銅制平臺的下面。四塊冷堆可以串聯(lián)起來使用，也可以并聯(lián)使用。使用四塊冷堆，每塊的溫差為75C的話，恒溫平臺空載情況下平臺上無熱源低溫可達到零下10C，高溫可達到100C。若要增大溫度范圍和散熱能力，可使用兩層或多層冷堆疊起來使用。冷堆下面的水套平臺205可采用軟管連接水入口和出口。換熱水箱204可采用金屬箱，如不銹鋼水箱，不易生銹且散熱性能好。換熱循環(huán)水泵203可采用如魚缸中的小型水泵。換熱水泵放置在水箱中，全部被水蓋住。
微處理器101為單片機。可選用MCS-51系列單片機中的80C32。可使用74LS373為地址鎖存器，128KByte的EEPROM-29EE010作為程序存儲器。顯示器102可采用點陣液晶顯示器或訂做的段碼液晶顯示器。顯示內容可為當前平臺測量溫度，設定溫度，驅動功率的加載顯示，以及恒溫狀態(tài)達到顯示。使用的電源根據平臺恒溫負載能力的要求，配置相應功率的電源。
鍵盤103可選用薄膜鍵盤，貼在面板上，也可使用獨立鍵盤。鍵盤設有0-9的數(shù)字鍵，輸入溫度值。還應有，負號鍵、刪除鍵、確認鍵、PID參數(shù)調節(jié)鍵。為方便計算機控制，設置與計算機通信的接口，可采用如串口通信，或使用USB接口通信。溫度的設定不通過鍵盤，也可通過計算機程序設定。
D/A轉換器109可采D/A芯片，如AD7521數(shù)/模轉換芯片和三塊運算放大器OP07組成。功率放大器106可采用常規(guī)的功率放大電路，如采用功率晶體管及濾波電路搭接而成。
控溫系統(tǒng)中的PID，即比例常數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)，可通過鍵盤輸入，也可使用其缺省值。
權利要求
1.一種可加熱與制冷雙向溫度可調的恒溫平臺，其特征在于將半導體冷堆(202)上下兩面均涂上導熱脂，一面與導熱材料平臺(201)粘接，另一面則與水套平臺(205)粘接；水套平臺(205)中間流有換熱循環(huán)水，通過水套平臺(205)、水泵(203)和水箱(204)組成的回路及時將半導體冷堆(202)產生的熱量或冷量散掉；導熱材料平臺(201)中心連接溫度傳感器(107)，溫度傳感器(107)連接到溫度信號放大器(105)后，又輸出連接到A/D轉換器(104)后，輸入連到微處理器(101)；從微處理器(101)輸出驅動控制指令到D/A轉換器(109)，又輸出驅動信號到功率放大器(106)，輸出驅動電流給半導體冷堆(202)；鍵盤(103)連接到微處理器(101)，溫度設定是通過鍵盤輸入到微處理器內的；顯示器(102)也與微處理器連接，用于顯示輸入的溫度和實測到的恒溫平臺上的溫度，以及目前加載的驅動電流的狀況；半導體冷堆(202)的驅動是通過微處理器(101)控制的；所有控制軟件都存儲在與微處理器(101)相連的存儲器內；若測量溫度高于設定溫度，微處理器(101)輸出正向電流經功率放大器(106)驅動半導體冷堆，使其制冷工作，即從上面恒溫平臺吸取熱量到其下面水套，由流動的水將熱量帶走；當測量溫度低于設定溫度，微處理器(101)經D/A轉換器(109)到功率放大器(106)，輸出反向電流驅動半導體冷堆，使其加熱工作，即從下面吸取熱量傳到上面恒溫平臺，流動的水不斷給其提供熱量，以保持水套平臺(205)溫度不變。
2.根據權利要求1所述的一種可加熱與制冷雙向溫度可調的恒溫平臺，其特征在于微處理器(101)設通信接口(108)用于與外部計算機通信，溫度的設定可以通過串口同時可實現(xiàn)由外部計算機設定溫度。
3.根據權利要求1所述的一種可加熱與制冷雙向溫度可調的恒溫平臺，其特征在于其中的半導體冷堆(202)，若恒溫平臺上的熱量負載較大，即產生的熱量較多，或恒溫平臺上需要較低的溫度，可將兩層或多層冷堆通過導熱脂疊起來，實現(xiàn)更大的雙向熱量傳輸能力。
全文摘要
本發(fā)明屬半導體測量領域。目前恒溫裝置恒溫過程長。特征在于將半導體冷堆(202)上下面涂上導熱脂，分別與導熱材料平臺(201)、水套平臺(205)粘接；水套平臺中流有換熱循環(huán)水，通過水泵(203)和水箱(204)將半導體冷堆(202)產生的熱量或冷量散掉；導熱材料平臺連接溫度傳感器(107)，溫度傳感器(107)連接到溫度信號放大器(105)，輸出連接到A/D轉換器(104)，輸入連到微處理器(101)；微處理器輸出驅動指令到D/A轉換器(109)，輸出驅動信號到功率放大器(106)，輸出驅動電流給半導體冷堆(202)；溫度控制設定通過鍵盤(103)輸入到微處理器內的；顯示器(102)用于顯示輸入的溫度指令和系統(tǒng)溫度；本發(fā)明使恒溫過程變短，提高了控溫和恒溫的能力。
文檔編號G12B15/02GK1734259SQ20051008522
公開日2006年2月15日 申請日期2005年7月22日 優(yōu)先權日2005年7月22日
發(fā)明者謝雪松, 馮士維, 呂長志, 謝云松, 張小玲, 張躍宗 申請人:北京工業(yè)大學