半导体制冷温控系统的设计及误差分析

简要叙述了半导体制冷原理,介绍一种半导体制冷器温度控制系统的设计,给出了设计原理和电路图。系统设计完成后对其进行了温度试验测试,测试结果证实温度控制误差小于±0.8℃,测试结果表明,该控制系统完全可实现对半导体制冷器的双向精确恒温控制。最后对整个控制系统进行了误差分析,提出了解决措施。     

半导体制冷器设计

根据系统需求以及半导体制冷器的原理,对TCU半导体制冷器模块进行了分析设计计算。TCU半导体制冷器一般精度系列的温控精度在±0.05～±0.2℃之间,主要用来对电机循环水进行温度控制;高精度系列的温控精度为±0.01℃,主要用来对物镜循环水进行温度控制。     

TEC的半导体激光器恒温控制系统设计

温度控制对半导体激光器的应用质量有着重要作用。设计并实现了基于温度传感器和单片机的温度测量和控制系统。系统采用MSP430F149单片机进行控制,用PT1000进行温度数据采集,使用TEC制冷片调整温度,达到对半导体激光器环境温度实时监控的目的。分析了系统中各电路模块的工作原理和设计依据,给出了电路结构。实验结果表明,该恒温控制系统性能稳定可靠,测量控制误差不大于0.01℃。     

半导体制冷器温度模糊控制技术研究

根据珀耳贴效应并针对半导体制冷器的特性，提出了一种温度模糊控制方法。通过对半导体制冷器的建模以及模糊控制器的设计，建立了整个模糊控制系统的仿真模型。实验结果表明，模糊控制器动态输出的超调量和静态误差均比传统PID小，并且控制系统具有良好的稳定性。     

半导体制冷温控系统的设计

叙述半导体制冷原理,介绍一种半导体制冷器温度控制系统的设计;通过开关电源提供可调电压,温度传感器获得感应电压,半导体制冷来调节温度。试验结果表明：设计的温度控制系统完全符合对温度稳定性的要求。     

半导体温控系统性能的等效电路分析

半导体制冷片因其无运动部件、可靠性高、易于控制等优点,被广泛应用于各种场合的温度控制设备。系统加热制冷时的功耗、加热和冷却速率、温度控制精度等指标影响了温度控制系统的综合性能,使用合适的热分析方法对指导温控系统设计非常重要。现基于热电相似性理论建立了一个典型半导体温控系统的热电等效电路,通过电路仿真设计软件对该温控系统的静态和动态性能进行了分析,结果表明使用等效电路模型对半导体控温系统性能进行分析是可行的。     

基于参数辨识的半导体激光器温度自动控制

以保证半导体激光器的安全稳定运行为目标,提出基于参数辨识的半导体激光器温度自动控制方法。通过分析温度对半导体激光器的影响及温度控制原理,设计半导体激光器温度控制系统,在该系统支持下利用半导体激光器温度控制数学模型描述其一阶纯滞后性,根据半导体激光器的热传递性获取半导体激光器的离散运行数据,建立半导体激光器参数辨识模型,确定其最佳预估量,并将其输入到 PID 中,利用遗传算法对 PID 参数进行实时调节,以满足半导体激光器温度变化量对 PID 参数的自整定需求,实现半导体激光器温度自动控制的目标。实验结果表明,该方法可实现半导体激光器温度的快速控制,能够快速达到预期温度,温度波动范围在 0.02 ℃ 以内,温度控制后的半导体激光器发光光谱波形平稳,能够保证半导体激光器的安全稳定运行。     

基于DSP的高精度半导体激光器温度测控系统

半导体激光器的激光输出波长对温度变化极其敏感,其工作温度必须具有很高的稳定度.介绍了基于DSP TMS320LF2407控制核心的半导体激光器恒温控制系统.采用四线制测量电路、高分辨率(24位)ADC和软件非线性校正等方法提高测量精度.利用DRV592驱动芯片对半导体制冷器进行线性驱动,采用模糊自整定PID控制算法来提高控温精度.结果表明:该系统不仅结构简单、稳定性强,且温度调节速度快.在6～50 ℃范围内,系统测量精度达±0.004 ℃,控温精度达±0.02 ℃.     

一种提升半导体制冷性能的模糊控制系统

依据半导体制冷芯片工作特性曲线可知,其最大制冷量和最高制冷效率所对应的工作电流不一致,而目前半导体制冷芯片均以一个恒定电流而工作,所以不可能使其一直处于最佳工作状态。为了提升半导体制冷性能,设计出一种模糊控制系统,该系统根据半导体制冷片冷热端面的温度情况,自动调节制冷芯片的电流,使其始终处于最佳工作状态。实践证明:该系统不仅能提升半导体制冷性能,还能对半导体热功耗进行有效管理,提高半导体制冷器的使用寿命。     

-86℃低温冰箱用斯特林制冷机的试验研究

为了满足生物样本储存用大容量-86℃低温冰箱冷量要求,研制了一台大冷量自由活塞式斯特林制冷机。介绍了斯特林制冷机的结构特点,探究了不同频率、冷端温度下斯特林制冷机的工作特性;系统分析了运行频率及冷端温度的改变对其性能的影响规律。试验结果表明,斯特林制冷机在输入功率300 W工况下,制冷机最低温度可达到-152.1℃,当输入功率提升至486 W,在-86℃时可获得120 W制冷量。研制的斯特林制冷机适用于-86℃低温冰箱的制冷需要,其研究结果对国内复叠式低温技术的替代具有一定的参考价值。     

半导体制冷器制冷性能的综合影响因素探讨及其优化设计分析

对于半导体制冷器优化研究的目的在于使其制冷性能最优化.本文通过对半导体制冷器的结构尺寸及热电材料相关物性参数进行了较系统的研究,推荐出了最佳理论设计值.同时,采用数值分析与解析求解相结合的方法,综合讨论了在稳态条件下,优值系数、最优结构尺寸、冷热媒温度、电流、介质端面对流换热强度等参数变化对热电制冷器制冷性能的改善影响,以及各性能参数之间的相互制约关系.结论对于实际热电制冷系统的优化设计以及系统性能的提高提供了理论依据.     

基于ADRC的半导体激光器温度控制的仿真研究

半导体激光器是热敏感器件,长时间的工作会造成热量积累和温度升高,进而影响其输出光的功率和波长。因此有必要控制半导体激光器温度。该文分析了半导体激光器的温度控制原理并建立半导体制冷器(TEC)的数学模型,再在MATLAB/Simulink中设计自抗扰控制器(AD-RC)并实现半导体激光器温度控制系统的建模。仿真结果表明,ADRC控制器能较好地控制半导体激光器温度。     

高精度大范围的光学晶体温度控制系统

为解决固体激光器工作时光学晶体产生的热沉积问题,保证其工作性能稳定,提出了一种基于半导体制冷器(TEC)的高控温精度、大控温范围光学晶体温度控制方案。分析了TEC的工作特性和光学晶体的热效应与传热机理,将TEC工作过程中自身温度变化引起的电气特性改变与光学晶体温度的变化同时纳入控制环节,建立了温度-电流双闭环温度控制模型,设计并完成了一套高控温精度、大控温范围的光学晶体温度控制系统。实验结果表明:本系统在-15~120℃的温度控制范围内,可以迅速稳定在任一设定的温度点,其控温精度优于±0.002℃;当设定温度和实际温度之间的偏差在20℃以内时,其收敛稳定时间小于60s,可以满足固体激光器中光学晶体对控温范围与精度的要求。     

应用热电制冷器的微型航天器主动温度控制及仿真

为了改善微型航天器的温度控制效果,介绍了一种应用热电制冷器的主动温度控制系统,建立了这种温度控制系统受控对象及辐射器温度变化的动态特性模型,并对受控对象内部热源功率发生变化时的温度控制效果进行了仿真分析。仿真结果表明：热电制冷器和PI控制器相结合可以简便有效地完成微型航天器内部电子设备的温度控制任务,动态特性模型为这种温度控制系统的优化设计提供了简便的数学模型。     

基于Cortex-M0的半导体制冷温度控制系统设计

冷凝露点法是一种高精度的食品水分活度检测方法,温度控制是其关键技术之一。采用最新型Cortex-M0内核芯片LPC1114作为控制单元,选用半导体制冷器(TEC1-12706)和加热器作为温度控制元件,运用数字PID智能算法进行温度控制。该温度控制系统用于水分活度测量辅助实验,精度高、响应快,取得了良好的控制效果。     

基于Cortex-MO的半导体制冷温度控制系统设计

冷凝露点法是一种高精度的食品水分活度检测方法,温度控制是其关键技术之一.采用最新型Cortex-M0内核芯片LPC1114作为控制单元,选用半导体制冷器(TEC1-12706)和加热器作为温度控制元件,运用数字PID智能算法进行温度控制.该温度控制系统用于水分活度测量辅助实验,精度高,响应快,取得了良好的控制效果.     

半导体激光器温度控制系统设计与算法仿真

针对半导体激光器冷却系统体积大、温控精度不高的缺点,采用ARM微处理器配合集成数字温度传感器、半导体制冷器和液晶显示器等设计一个半导体激光器的温度控制系统,建立系统的数学模型,并对其控制算法进行深入研究.同时使用MATIab进行仿真,并进行定性定量的分析比较,提出在ARM芯片中使用模糊PID-Smith算法的温控方案,以提高所设计的温度控制系统的控制精度和稳定性.     

恒温恒湿箱的创新设计

介绍了新型恒温恒湿箱的制冷和控制系统的设计方法。现有的恒温恒湿箱为取得低温恒温效果,在制冷系统全速全功率运行下,依靠调整加热量来平衡温度的稳定,这样能耗多又不便于控制,针对这一缺点,本设备中采用半导体制冷器来实现空气的制冷、加热、除湿,通过改变输入半导体制冷器的电量,来实现对制冷量的精确控制;通过对湿球温度的通断调节实现对湿度的控制。     

基于新型模糊PID控制单元的LD精密温控研究

为改善温度波动对光通信用半导体激光器性能的影响,设计了基于三维语言变量的高精度跟踪误差温度控制系统。为减小系统成本,利用运算放大器AD620和OP07等器件设计了温度采集系统,并采用最小二乘法拟合温度数据,从而建立温度—电阻关系模型,预测温度变化趋势;加入第三维模糊语言变量,结合窄域论以适当压缩E、EC、ECC的论域,采用模糊规则设定方法,建立新型三维模糊PID规则表并求解得出模糊查询表。结果表明:当预设温度为25℃时,温控系统超调量为0.97℃,最大下冲量出现在第17s,其值为0.69℃;工作51s后,LD系统进入稳定状态,温度保持为25±0.05℃;在第150~210s内,其温度值标准差为0.020 4℃。同时,该系统实现了对半导体激光器0~75℃的大范围精密温控,温控精度为±0.05℃。该系统能够实现对半导体的高效制冷、加热控制,具有响应时间快和系统开销小的优势,能对控制参数实现自整定。     

PCS粒度仪样品池温度控制器

介绍适用于光子相关光谱颗粒粒度测量装置中使用的样品池温度控制器的设计，测量部分采用铜一康铜热电偶作为温度传感器，温度控制部分采用半导体制冷器。