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基于半导体制冷片的高精度温度控制系统
2016-05-03
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成果简介

       半导体制冷片是利用特殊半导体材料构成的PN结产生Peltier效应制成,具有无噪声、体积小、结构简单、加热制冷切换方便、冷热转换具有可逆性等优点。化工安全组对基于半导体制冷片温控系统的影响因素进行了全面、系统分析和实验研究,设计完成了大功率、高可靠性的半导体制冷片驱动电路,并积累了半导体制冷片加热制冷切换双向温控算法的丰富经验,形成了半导体制冷片整套的研究方法和应用手段。目前,半导体制冷片的高精度温度控制系统已应用在产品中。


系统组成

图1 基于半导体制冷片的温度控制单元结构


图2 高精度温度控制系统硬件组成


技术指标

(1)温度范围:0~120℃;

(2)控温精度:±0.05℃;

(3)半导体制冷片驱动电路能够最大支持20V 15A输出。


图3 0℃和120℃温度控制曲线图



图4 37.8℃温度控制过程曲线图



图5 37.8℃稳态控制精度曲线图


技术特点

(1)高精度温度采集电路:创新性采用比率法和激励换向技术,系统温度分辨力达到0.001℃,检测精度达到±0.01℃。

(2)大功率高可靠性的半导体制冷驱动:采用H桥电路形式实现半导体制冷片加热制冷方式的切换,解决了该类驱动电路无死区防护、功率小等问题;设计引入滤波和保护电路,大大增强了半导体制冷片的寿命及驱动电路的可靠性。

(3)双向多模式温控:温控策略充分考虑半导体制冷片加热制冷输出功率差异、功率随温度变化以及系统加热制冷方式切换的随机性等因素,综合采用了单点与扫描结合、高低温分段处理、随环境温度变化动态调节等多重温控调节方式。


获得资助情况

       浙江省公益项目


前期应用示范情况

       已用于微量蒸气压测定仪产品中的温度控制,温度范围为0~120℃,控温精度为±0.05℃,驱动电路输出12V/10A。相关产品已通过批量试产,温控系统运行稳定可靠,可复制性强,实现成本低,适合于批量生产。


转化应用前景

       半导体制冷片因加热制冷切换方便、结构简单、系统噪音小、控温精确度高以及成本低等优点,有望在科学仪器温度控制、温度发生和电气设备散热等领域获得广泛应用。特别是随着仪器仪表尤其是生命科学仪器、化学分析仪器等逐渐向高精度、小型化方向快速发展,高精度的小型温度控制系统需求越来越旺盛,因此半导体制冷片具有良好的应用前景。


合作方式

(1)技术转让;(2)委托开发;(3)双方联合开发。


应用领域

      分析仪器、医疗仪器、生命科学测试仪器、家用电器等领域中高精度的恒温、匀速升降温等多模式的温度控制,以及电气装置散热等。


联系人:杨遂军;

联系电话:0571-86872415、0571-87676266;

Email: yangsuijun1@sina.com。



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