一种动态可调的实验用制冷加热装置及半导体制冷板制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种动态可调的实验用制冷加热装置和一种半导体制冷板，制冷加热模块采用半导体制冷板包括制冷工作模式和制热工作模式，包括上层用于带走多余能量，下层用于向外输出能量，中层包括多个半导体制冷片用于产生能量；冷热切换模块用于通过控制模块的调节指令来改变通向制冷加热模块的电流方向，从而控制制冷加热模块的工作模式；传感模块用于获取热流密度值和温度值；数据采集模块用于各个时刻的热流密度值和温度值；控制模块用于向冷热切换模块和电源模块发送调节指令；电源模块用于向装置供电。本装置结构紧凑，升降温速度快、温控精度高，为制冷制热载物面提供‑65～120摄氏度的任意温度环境，并具有很强的负载能力。

【技术实现步骤摘要】
一种动态可调的实验用制冷加热装置及半导体制冷板
本专利技术属于温度控制
，具体涉及一种动态可调的实验用制冷加热装置及半导体制冷板。
技术介绍
传统的温控器的电热元件一般以电热棒、发热圈为主，两者里面都用电阻丝制成。进行温度控制期间，当环境温度低于温度传感器设定的温度下限时，电路接通，电阻丝开始加热，当温度超过温度传感器设定的温度上限时，电路断开，电阻丝停止加热。这种温控器只能在一段范围内实现温度控制，而且属于有触点控制，所以，传统的定点开关控制温度有正负误差几度的惯性温度误差现象，同时还存在能耗大、电热组件消耗太大导致的使用成本高等缺点。传统的电制冷就是电能转换为冷能的简称，按制冷方式分类可分为电子制冷型和压缩机制冷型两类。压缩机制冷原理与冰箱相同，具有整机可靠性高、制冷效率高、制冷速度快、冷水供应量大等特点，其制冷性能明显优于电子制冷饮水机，但售价十分昂贵,适合冷量需求大的场合使用。电子制冷型采用半导体元件制冷，具有功耗小、运行噪声低、无污染、自动控制和售价低等特点。不足之处是制冷速度慢，供应冷量较少，适合冷量需求小的场合使用。实验用环境包括：冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验等，对于实验用环境需要提供规律且连续的温变循环，创造实验温度的准静态过程，目前缺乏一种同时克服传统两种制冷方式存在的问题适用于实验环境的制冷加热装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种动态可调的实验用制冷加热装置，用以解决现有技术中电子制冷方式制冷速度慢，供应冷量较少而压缩机制冷方式成本高且售价十分昂贵的不适用于实验室环境的问题。为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：一种半导体制冷板，其特征在于，包括由上至下设置的上层板、中层制冷加热板和下层板，所述上层板上设置有S型水道，用于通过热交换带走多余能量，所述下层板用于向外输出能量，所述中层制冷加热板用于产生能量；所述中层制冷加热板包括相互并联的多个半导体制冷片组，所述半导体制冷片组包括多个相互串联的半导体制冷片，所述中层制冷加热板工作在制热模式时产生热量，工作在制冷模式时产生冷量。进一步的，中层制冷加热板包括10个半导体制冷片组，每个半导体制冷片组包括4个半导体制冷片。进一步的，所述上层板的一侧设置有水道进出水口和水道出水口；进一步的，所述中层制冷加热板的外围设置有密封圈。进一步的，，所述下层板为铜板。一种动态可调的实验用制冷加热装置，包括制冷加热模块、冷热切换模块、传感模块、数据采集模块、控制模块和电源模块；所述制冷加热模块采用上述的任一种半导体制冷板；冷热切换模块用于通过控制模块的调节指令来改变通向制冷加热模块的电流方向，从而控制制冷加热模块的工作模式；所述传感模块用于获取制冷加热模块上层表面的热流密度值和温度值；所述数据采集模块用于存储传感模块各个时刻的热流密度值和温度值，绘制热流密度值和温度值的采集曲线；所述控制模块用于接收数据采集模块、电源模块和冷热切换模块的当前信息，对数据采集模块获得热流密度值和温度值采集曲线进行采样，然后将采样值分别与设定目标值进行对比，然后根据对比结果向冷热切换模块和电源模块发送调节指令；所述电源模块用于向装置供电，并且与控制模块通信并通过LED显示功能显示当前状态。进一步的，所述冷热切换模块包括PLC和继电器，PLC内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算的多种操作指令，PLC通过控制模块的调节指令将操作指令传递给继电器，继电器切换电流方向改变通向制冷加热模块的电流方向，从而控制制冷加热模块的工作模式。进一步的，所述传感模块包括热流传感器，所述热流传感器用于产生与制冷加热模块上层表面的热流密度值和温度值成比例的直流电压值，根据所述直流电压值和传感器的灵敏度值，传感模块获得实际热流密度值和温度值并传输给数据采集模块。进一步的，其特征在于，所述控制模块对数据采集模块获得热流密度值和温度值采集曲线进行采样，然后将采样值分别与设定目标值进行对比，然后根据对比结果向冷热切换模块和电源模块发送调节指令包括如下步骤：步骤1、设定热流密度目标值、温度目标值、热流密度精度值、温度精度值；步骤2、对数据采集模块获得热流密度值和温度值采集曲线进行采样，获得热流密度采样值和温度采样值；步骤3、将热流密度采样值与设定的热流密度目标值进行对比，然后将温度采样值温度目标值进行对比，每次对比均根据以下三种情况向冷热切换模块和电源模块发送调节指令：(1)当采样值和目标值差的绝对值小于精度值时，电源模块LED绿色指示灯亮，向电源发送维持当前电压指令，表示制冷加热板表面热流密度或者温度基本处于目标状态，误差在精度范围内，符合控制要求；(2)当采样值和目标值差的绝对值不小于精度值且采样值和目标值差大于0时，电源模块LED黄色指示灯亮，向电源发送调低电压ΔU指令，表示误差在精度范围内制冷加热板表面热流密度或者温度高于目标值；(3)当采样值和目标值差的绝对值不小于精度值且采样值和目标值差小于0时，电源模块LED红色指示灯亮，向电源发送调高电压ΔU指令，表示误差在精度范围内制冷加热板表面热流密度或者温度低于目标值。进一步的，其特征在于，还包括配电箱，用于在正常运行时借助手动或自动开关接通或分断电路，在故障或不正常运行时借助保护电器切断电路或报警，对偏离正常工作状态进行提示或发出信号。本专利技术与现有技术相比具有以下技术特点:(1)本专利技术的装置结构紧凑，无振动、无噪声、易控制调节、重量轻、方便移动、升降温速度快、温控精度高以及制造成本低等优点，还可以为制冷制热载物面提供-65～120摄氏度的任意温度环境，并具有很强的负载能力。(2)适用范围广泛，尤其适用于冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验等实验过程中，提供规律且连续的温变循环，创造实验温度的准静态过程。(3)本专利技术的半导体制冷板，制冷和制热过程更加灵活，节能环保性能优越，智能化水平高，实用性强，具有较强的推广与应用价值。附图说明图1为本专利技术的装置各模块连接图；图2为本专利技术的结构框图；图3为本专利技术的控制模块调节逻辑框图；图4为半导体制冷板的结构示意图；图5为半导体制冷板的上层板结构示意图；图6为半导体制冷板的中层板结构示意图；图7为半导体制冷板的下层板结构示意图；图8为半导体制冷板的电路示意图；图9为半导体制冷板的安装位置示意图；图10为半导体制冷板盐水水槽实验放置环境示意图。图中各标号含义为：1-上层板、2-中层制冷加热板、3-下层板、4-水道、5-半导体制冷片组、6-半导体制冷片、7-密封圈、8-紧固螺钉；11-水道进水口、12-水道出水口；A-档条、B-斜坡、C-半导体制冷板、D-铜制电加热板、E-盐水、F-玻璃水箱。具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体制冷板，其特征在于，包括由上至下设置的上层板(1)、中层制冷加热板(2)和下层板(3)，所述上层板(1)上设置有S型水道，用于通过热交换带走多余能量，所述下层板(3)用于向外输出能量，所述中层制冷加热板(2)用于产生能量；/n所述中层制冷加热板(2)包括相互并联的多个半导体制冷片组(5)，所述半导体制冷片组(5)包括多个相互串联的半导体制冷片(6)，所述中层制冷加热板(2)工作在制热模式时产生热量，工作在制冷模式时产生冷量。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体制冷板，其特征在于，包括由上至下设置的上层板(1)、中层制冷加热板(2)和下层板(3)，所述上层板(1)上设置有S型水道，用于通过热交换带走多余能量，所述下层板(3)用于向外输出能量，所述中层制冷加热板(2)用于产生能量；
所述中层制冷加热板(2)包括相互并联的多个半导体制冷片组(5)，所述半导体制冷片组(5)包括多个相互串联的半导体制冷片(6)，所述中层制冷加热板(2)工作在制热模式时产生热量，工作在制冷模式时产生冷量。


2.如权利要求1所述的半导体制冷板，其特征在于，中层制冷加热板(2)包括10个半导体制冷片组(5)，每个半导体制冷片组(5)包括4个半导体制冷片(6)。


3.如权利要求1所述的半导体制冷板，其特征在于，所述上层板(1)的一侧设置有水道进出水口(11)和水道出水口(12)。


4.如权利要求1所述的半导体制冷板，其特征在于，所述中层制冷加热板(2)的外围设置有密封圈(7)。


5.如权利要求1所述的半导体制冷板，其特征在于，所述下层板(3)为铜板。


6.一种动态可调的实验用制冷加热装置，其特征在于，包括制冷加热模块、冷热切换模块、传感模块、数据采集模块、控制模块和电源模块；
所述制冷加热模块采用如权利要求1-5所述的任一种半导体制冷板；
冷热切换模块用于通过控制模块的调节指令来改变通向制冷加热模块的电流方向，从而控制制冷加热模块的工作模式；
所述传感模块用于获取制冷加热模块上层表面的热流密度值和温度值；
所述数据采集模块用于存储传感模块各个时刻的热流密度值和温度值，绘制热流密度值和温度值的采集曲线；
所述控制模块用于接收数据采集模块、电源模块和冷热切换模块的当前信息，对数据采集模块获得热流密度值和温度值采集曲线进行采样，然后将采样值分别与设定目标值进行对比，然后根据对比结果向冷热切换模块和电源模块发送调节指令；
所述电源模块用于向装置供电，并且与控制模块通信并通过LED显示功能显示当前状态。


7.如权利要求6所述的动态可调的实验用制冷加热装置，其特征在于，所述冷热切换模块包括PLC和继电器，PL...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴松恒，王怡，王超杰，曹嘉璇，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61