專利名稱：一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于實(shí)驗(yàn)用自動(dòng)化控制技術(shù)，特別是涉及一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器，它是一種半導(dǎo)體制冷儀器，可適用于多種大學(xué)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)。
背景技術(shù)：
在目前物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)溫度的跨度大約在0-80℃之間，目前通常的做法是對(duì)于高于室溫5℃以上的恒溫環(huán)境，采用電熱式恒溫槽基本能滿足實(shí)驗(yàn)的要求，但對(duì)室溫以下溫度的控制很難實(shí)現(xiàn)，能否提供物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)所需精確溫度場(chǎng)直接對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生重要的影響，為達(dá)到精確控溫的目的，除進(jìn)行精確控制電加熱外，還需采用相應(yīng)冷源進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，得到低于室溫的溫度場(chǎng)。目前許多物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中用到的低溫環(huán)境，一般方法是通過(guò)向水浴中加入冰塊的做法來(lái)降低溫度，這樣的方法一是不方便使用，需要制冰機(jī)，而且實(shí)驗(yàn)體系的溫度也很難精確控制，特別是需要有不同溫度梯度變化的時(shí)候，就更難實(shí)現(xiàn)了。而目前市場(chǎng)上應(yīng)用的冷卻裝置是使用氟利昂制冷劑做制冷介質(zhì)，此方法首先不環(huán)保，泄露氟利昂會(huì)破壞大氣的臭氧層，破壞人類生存的環(huán)境，另外，這樣方式制冷是采用所采用的是恒定的制冷功率，也不利于控溫，通常采用熱功率補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)抵消多余的制冷能量，也不利于節(jié)省能源。而半導(dǎo)體制冷是一種新型的制冷方式，其基本單元是半導(dǎo)體電偶。組成電偶的材料一個(gè)是P型半導(dǎo)體(空穴型)，一個(gè)是N型半導(dǎo)體(電子型)。取它們作熱電制冷的材料是由于其帕爾貼效應(yīng)比普通的金屬電偶強(qiáng)得多，能夠在冷結(jié)點(diǎn)處表現(xiàn)出明顯的制冷作用。隨著該技術(shù)的不斷進(jìn)步，制冷效率較以前已經(jīng)有了較大的提高，而半導(dǎo)體制冷的特點(diǎn)之一就是制冷功率正比于對(duì)其所施加的工作電壓，隨著電壓的提高而制冷功率也隨之增加，很容易實(shí)現(xiàn)PID等制冷控制，非常適合為實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)提供穩(wěn)定的冷源，達(dá)到精確控溫的目的。另外，半導(dǎo)體制冷只消耗電能，對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何污染，是綠色環(huán)保的制冷技術(shù)，在加上完全沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所以工作做穩(wěn)定，沒(méi)有噪音污染，工作的可靠性很高。前者有著不能精確控制反應(yīng)器溫度條件的缺點(diǎn)，操作上很不方便；后者雖然在操作上和控溫方面有所改善，但在環(huán)境保護(hù)方面存在著氟制冷劑污染環(huán)境的問(wèn)題和制冷速度慢的缺點(diǎn)。半導(dǎo)體制冷技術(shù)是近年來(lái)隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展和完善而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型的制冷技術(shù)，具有制冷迅速快，無(wú)噪音、無(wú)污染，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的制冷是一項(xiàng)綠色制冷技術(shù)，由于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的本身的特點(diǎn)，所以很容易實(shí)現(xiàn)PID控制得到精確的溫度控制效果，是今后制冷技術(shù)發(fā)展的方向。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器，它利用半導(dǎo)體制冷技術(shù)于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)溫度控制器中，為其提供所需要的恒溫環(huán)境。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器，其特征在于由智能儀表、電源開(kāi)關(guān)、循環(huán)泵開(kāi)關(guān)、加熱開(kāi)關(guān)、制冷開(kāi)關(guān)、功能指示燈、攪拌電機(jī)、電路控制部分和制冷制熱部分組成，制冷制熱部分是由銅制恒溫槽、冷卻水套、半導(dǎo)體制冷片、冷卻水套進(jìn)出水口、電加熱棒、循環(huán)泵、內(nèi)循環(huán)閥門、外循環(huán)出水閥門、外循環(huán)進(jìn)水閥門、冷卻水進(jìn)、出水閥門所構(gòu)成，銅制恒溫槽的兩側(cè)外有半導(dǎo)體制冷片，銅制恒溫槽的內(nèi)底部裝有電加熱棒，銅制恒溫槽的底部出水口依管路與循環(huán)泵的進(jìn)水口連接，銅制恒溫槽的上部出水口依并聯(lián)管路一方面通過(guò)內(nèi)循環(huán)閥門與循環(huán)泵的出水口連接，另一方面與外循環(huán)進(jìn)水閥門連接，循環(huán)泵的出水口與外循環(huán)出水閥門連接，銅制恒溫槽外的半導(dǎo)體制冷片外部還有供散熱用的冷卻水套，冷卻水套上有冷卻水套進(jìn)出水口，冷卻水套進(jìn)出水口分別安裝冷卻水進(jìn)出水閥門。
上述所說(shuō)的溫度控制器中的半導(dǎo)體制冷片采用雙層疊加結(jié)構(gòu)形式。
上述所說(shuō)的銅制恒溫槽的上部留有溢流口。
上述所說(shuō)的供散熱用的冷卻水套外部裝有具有限溫作用的溫度繼電器，溫度繼電器與半導(dǎo)體制冷片供電電源的控制端相連接。
上述所說(shuō)的溫度控制器通過(guò)485連接線與計(jì)算機(jī)及軟件控制系統(tǒng)相連接。
上述所說(shuō)的溫度控制器通過(guò)四芯連接線可與外部模擬控制裝置相連接。
上述所說(shuō)的循環(huán)泵開(kāi)關(guān)與循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)電路控制端相連接。
上述所說(shuō)的加熱開(kāi)關(guān)與電加熱棒電源控制端相連接。
上述所說(shuō)的制冷開(kāi)關(guān)與驅(qū)動(dòng)制冷部分開(kāi)關(guān)電源控制端相連接。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程與工作原理為作為物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，能否提供測(cè)量所需精確溫度場(chǎng)直接對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生重要的影響，為達(dá)到精確控溫的目的，除進(jìn)行精確控制電加熱外，還需采用相應(yīng)冷源進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，得到低于室溫的溫度場(chǎng)。目前許多科學(xué)研實(shí)驗(yàn)中用到的低溫化學(xué)反應(yīng)器一般是多采用冰鹽浴和氟制冷劑來(lái)達(dá)到制冷目的，前者有著不能精確控制反應(yīng)器溫度條件的缺點(diǎn)，操作上很不方便；后者雖然在操作上和控溫方面有所改善，但在環(huán)境保護(hù)方面存在著氟制冷劑污染環(huán)境的問(wèn)題和制冷速度慢的缺點(diǎn)，溫度控制很難實(shí)現(xiàn)PID等先進(jìn)控制手段。半導(dǎo)體制冷技術(shù)是近年來(lái)隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展和完善而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型的制冷技術(shù)，具有制冷迅速快，無(wú)噪音、無(wú)污染，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的制冷，是一項(xiàng)綠色制冷技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的溫度控制裝置。所說(shuō)的溫度控制裝置恒溫槽中使用的熱面散熱方式可以是熱面水冷的方式。恒溫槽中的傳熱流體通過(guò)開(kāi)于其底部的以及側(cè)壁孔，通過(guò)管路、恒溫槽循環(huán)泵形成循環(huán)回路，起到充分混合恒溫槽內(nèi)流體的作用，使恒溫槽內(nèi)流體的溫差減小。半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)，由溫度控制器內(nèi)的開(kāi)關(guān)直流電源供電，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)所需溫度條件，由智能儀表或計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，控制制冷工作電壓為直流0～14V可調(diào)。同時(shí)當(dāng)半導(dǎo)體制冷組件的熱面溫度高于設(shè)定保護(hù)溫度上限70℃時(shí)，熱保護(hù)繼電器打開(kāi)，數(shù)字直流電源停止工作，保護(hù)制冷組件。由于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的本身的特點(diǎn)，所以很容易實(shí)現(xiàn)PID控制得到精確的溫度控制效果，是今后制冷技術(shù)發(fā)展的方向。本溫度控制裝置可以與多項(xiàng)大學(xué)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)相配套，提供物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)所需要的溫度環(huán)境。
本實(shí)用新型的優(yōu)越性在于1、采用雙層制冷片疊加的方法，有效地增加了冷熱面的實(shí)際溫差，降低了對(duì)熱面冷卻水的溫度的要求，使得制冷的能力得到提高；2、由于有制冷系統(tǒng)的存在，可以完成許多低溫的物性數(shù)據(jù)的測(cè)量，拓寬了物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試范圍，使得平時(shí)的低溫測(cè)量變得非常方便，特別是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)配合各種智能控制算法可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)溫度控制精度小于0.05攝氏度靜態(tài)恒溫控制小于0.02攝氏度，使得動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量精度得到有效提高；3、制冷器散熱水套外部裝有具有限溫作用的溫度繼電器，有效的保護(hù)了半導(dǎo)體制冷片，使其正常工作；4、可以通過(guò)四芯連接線方便的進(jìn)行外部控制；5、該工作系統(tǒng)還具有提供低溫反應(yīng)(-30℃)的條件。


附圖1為本實(shí)用新型所涉一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器中制冷及加熱系統(tǒng)示意圖。
其中1-1.銅制恒溫槽 1-2冷卻水套進(jìn)出水口 1-3.半導(dǎo)體制冷片1-4.冷卻水套 1-5.電加熱棒 1-6.循環(huán)泵 1-7.內(nèi)循環(huán)閥門 1-8.外循環(huán)出水閥門 1-9.外循環(huán)進(jìn)水閥門 1-10、1-11.冷卻水進(jìn)出水閥門 1-12為銅制恒溫槽1-1的上部的溢流口。
附圖2為本實(shí)用新型所涉一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器的使用狀態(tài)示意圖。
其中1.溫度控制器 2.智能儀表 3.4芯連接電纜 4.攪拌電機(jī)5.232連接電纜 6.功能指示燈 7電源開(kāi)關(guān)、8蠕動(dòng)泵開(kāi)關(guān) 9加熱開(kāi)關(guān)、10制冷開(kāi)關(guān) 11計(jì)算機(jī)及軟件控制系統(tǒng)具體實(shí)施方式
實(shí)施例一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器(見(jiàn)圖1、2)，其特征在于由智能儀表2、電源開(kāi)關(guān)7、循環(huán)泵開(kāi)關(guān)8、加熱開(kāi)關(guān)9、制冷開(kāi)關(guān)10、功能指示燈6、攪拌電機(jī)4、電路控制部分和制冷制熱部分組成，制冷制熱部分是由銅制恒溫槽1-1、冷卻水套1-4、半導(dǎo)體制冷片1-3、冷卻水套進(jìn)出水口1-2、電加熱棒1-5、循環(huán)泵1-6、內(nèi)循環(huán)閥門1-7、外循環(huán)出水閥門1-8、外循環(huán)進(jìn)水閥門1-9、冷卻水進(jìn)出水閥門1-10及1-11所構(gòu)成，銅制恒溫槽1-1的兩側(cè)外有半導(dǎo)體制冷片1-3，銅制恒溫槽1-1的內(nèi)底部裝有電加熱棒1-5，銅制恒溫槽1-1的底部出水口依管路與循環(huán)泵1-6的進(jìn)水口連接，銅制恒溫槽1-1的上部出水口依并聯(lián)管路一方面通過(guò)內(nèi)循環(huán)閥門1-7與循環(huán)泵1-6的出水口連接，另一方面與外循環(huán)進(jìn)水閥門1-9連接，循環(huán)泵1-6的出水口與外循環(huán)出水閥門1-8連接，銅制恒溫槽1-1外的半導(dǎo)體制冷片1-3外部還有供散熱用的冷卻水套1-4，冷卻水套1-4上有冷卻水套進(jìn)出水口1-2，冷卻水套進(jìn)出水口1-2分別安裝冷卻水進(jìn)出水閥門1-10及1-11。
上述所說(shuō)的溫度控制器1中的半導(dǎo)體制冷片1-3采用雙層疊加結(jié)構(gòu)形式。
上述所說(shuō)的銅制恒溫槽1-1的上部留有溢流口1-12。
上述所說(shuō)的供散熱用的冷卻水套1-4外部裝有具有限溫作用的溫度繼電器，溫度繼電器與半導(dǎo)體制冷片1-3供電電源的控制端相連接。
上述所說(shuō)的溫度控制器1通過(guò)485連接線5與計(jì)算機(jī)及軟件控制系統(tǒng)11相連接。
上述所說(shuō)的溫度控制器1通過(guò)四芯連接線3可與外部模擬控制裝置相連接。
上述所說(shuō)的循環(huán)泵開(kāi)關(guān)8與循環(huán)泵1-6驅(qū)動(dòng)電路控制端相連接。
上述所說(shuō)的加熱開(kāi)關(guān)9與電加熱棒1-5電源控制端相連接。
上述所說(shuō)的制冷開(kāi)關(guān)10與驅(qū)動(dòng)制冷部分開(kāi)關(guān)電源控制端相連接。
權(quán)利要求1.一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器，其特征在于由智能儀表、電源開(kāi)關(guān)、循環(huán)泵開(kāi)關(guān)、加熱開(kāi)關(guān)、制冷開(kāi)關(guān)、功能指示燈、攪拌電機(jī)、電路控制部分和制冷制熱部分組成，制冷制熱部分是由銅制恒溫槽、冷卻水套、半導(dǎo)體制冷片、冷卻水套進(jìn)出水口、電加熱棒、循環(huán)泵、內(nèi)循環(huán)閥門、外循環(huán)出水閥門、外循環(huán)進(jìn)水閥門、冷卻水進(jìn)、出水閥門所構(gòu)成，銅制恒溫槽的兩側(cè)外有半導(dǎo)體制冷片，銅制恒溫槽的內(nèi)底部裝有電加熱棒，銅制恒溫槽的底部出水口依管路與循環(huán)泵的進(jìn)水口連接，銅制恒溫槽的上部出水口依并聯(lián)管路一方面通過(guò)內(nèi)循環(huán)閥門與循環(huán)泵的出水口連接，另一方面與外循環(huán)進(jìn)水閥門連接，循環(huán)泵的出水口與外循環(huán)出水閥門連接，銅制恒溫槽外的半導(dǎo)體制冷片外部還有供散熱用的冷卻水套，冷卻水套上有冷卻水套進(jìn)出水口，冷卻水套進(jìn)出水口分別安裝冷卻水進(jìn)出水閥門。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器，其特征在于所說(shuō)的溫度控制器中的半導(dǎo)體制冷片采用雙層疊加結(jié)構(gòu)形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器，其特征在于所說(shuō)的銅制恒溫槽的上部留有溢流口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器，其特征在于所說(shuō)的供散熱用的冷卻水套外部裝有具有限溫作用的溫度繼電器，溫度繼電器與半導(dǎo)體制冷片供電電源的控制端相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器，其特征在于所說(shuō)的溫度控制器通過(guò)485連接線與計(jì)算機(jī)及軟件控制系統(tǒng)相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器，其特征在于所說(shuō)的溫度控制器通過(guò)四芯連接線可與外部模擬控制裝置相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器，其特征在于所說(shuō)的循環(huán)泵開(kāi)關(guān)與循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)電路控制端相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器，其特征在于所說(shuō)的加熱開(kāi)關(guān)與電加熱棒電源控制端相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器，其特征在于所說(shuō)的制冷開(kāi)關(guān)與驅(qū)動(dòng)制冷部分開(kāi)關(guān)電源控制端相連接。
專利摘要一種用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制器，由智能儀表、電源開(kāi)關(guān)、循環(huán)泵開(kāi)關(guān)、加熱開(kāi)關(guān)、制冷開(kāi)關(guān)、功能指示燈、攪拌電機(jī)、電路控制部分和制冷制熱部分組成，制冷制熱部分是由銅制恒溫槽、冷卻水套、半導(dǎo)體制冷片、冷卻水套進(jìn)出水口、電加熱棒、循環(huán)泵、內(nèi)循環(huán)閥門、外循環(huán)出水閥門、外循環(huán)進(jìn)水閥門、冷卻水進(jìn)、出水閥門所構(gòu)成。本實(shí)用新型的優(yōu)越性1.采用雙層制冷片疊加的方法，增加了冷熱面的實(shí)際溫差，降低了對(duì)熱面冷卻水的溫度的要求，制冷能力得到提高；2.拓寬了物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試范圍；3.裝有具有限溫作用的溫度繼電器，有效的保護(hù)了半導(dǎo)體制冷片；4.通過(guò)四芯連接線進(jìn)行外部控制；5.具有提供低溫反應(yīng)(－30℃)的條件。
文檔編號(hào)F25B49/00GK2898901SQ20052012336
公開(kāi)日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者張嘉琪, 黃積濤, 鄭嗣華, 董迎, 謝秀榮, 盧剛, 馬承先, 梁博文, 張靈宇 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)