[发明专利]基于半导体制冷的多级精密快速温度反馈控制系统

权利要求书

1.基于半导体制冷的多级精密快速温度反馈控制系统，其特征在于，所述系统包括：

控制器、半导体致冷器及其驱动电路、风扇及其驱动电路、铂电阻及其测温电路和腔体；铂电阻安装在腔体内，铂电阻测温电路用于测量铂电阻的温度信号，并将温度信号传递给控制器，控制器用于基于温度信号控制半导体致冷器驱动电路和风扇及驱动电路，半导体致冷器驱动电路驱动半导体致冷器对腔体内部进行温度控制，风扇及驱动电路驱动风扇对腔体内部进行温度控制。

2.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的多级精密快速温度反馈控制系统，其特征在于，在铂电阻测温电路中上位机发送通断指令信号至供电系统决定铂电阻工作状态；稳压电路将直流供电电压U_s转化为铂电阻电桥的直流电压U_i；温度变化将导致电桥不平衡，因此产生的压差U₀进入同样由直流电源供电的信号放大电路；输出电压U′₀传输至控制器，将输出电压U′₀换算为温度值。

3.根据权利要求2所述的基于半导体制冷的多级精密快速温度反馈控制系统，其特征在于，铂电阻测温电路通过输出信号U′₀与控制器通过BNC接口进行信号传输，控制器将信号传输至上位机进行数据的处理及补偿，最终得到给定采样周期内的温度平均值T_x。

4.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的多级精密快速温度反馈控制系统，其特征在于，半导体致冷器驱动电路用于将给出的输入电压V_input被转化为通过半导体致冷器的电流i_D。

5.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的多级精密快速温度反馈控制系统，其特征在于，腔体包括：腔体外壳、腔体壁、腔体底、腔体盖；腔体壁贴合在腔体外壳内壁上，腔体底和腔体盖分别固定在腔体外壳的底部和顶部，腔体壁、腔体底和腔体盖共同贴合组成腔体的隔热层，腔体外壳上下面均为开口状，腔体外壳侧壁设有用于半导体制冷片和铂电阻的导线穿过的圆孔，腔体外壳侧壁设有方孔结构用于散热片接入腔体壁中的半导体制冷片散热面，腔体壁及腔体盖中心处各有一个半导体制冷系统，对腔内进行不同角度的温度进行控制，半导体制冷系统包括：半导体致冷器及其驱动电路，腔体盖中预留有相应空间用于安装风扇及其驱动电路。

6.根据权利要求5所述的基于半导体制冷的多级精密快速温度反馈控制系统，其特征在于，腔体底为一层隔热板，腔体底上制作有凹槽用于摆放相应的腔内物体，腔体底覆盖于腔体外壳内的底部，每个腔体壁和腔体盖上均留有承载半导体制冷片及圆柱形Pt电阻头的槽结构。

7.根据权利要求5所述的基于半导体制冷的多级精密快速温度反馈控制系统，其特征在于，腔体壁及腔体盖均含有导线凹槽以供布线，布线完毕后采用隔热材料对凹槽进行填充。

8.根据权利要求5所述的基于半导体制冷的多级精密快速温度反馈控制系统，其特征在于，在腔体内选定3个核心控制点，其中第1个核心控制点用于反馈温度，第2个和第3个核心控制点用于反馈等效温度梯度，第1个核心控制点位于腔体的体中心，第1个至第三个核心控制点的Z轴坐标相同，第1个至第三个核心控制点位于同一直线上，且第2个和第3个核心控制点分别距离1个核心控制点的距离相等。

9.根据权利要求8所述的基于半导体制冷的多级精密快速温度反馈控制系统，其特征在于，温度反馈控制系统内设有两级控温系统，一级控温系统用于对温度场的温度进行控制，二级控温系统用于对温度场温度梯度进行控制；一级控温系统的控温由腔体盖的半导体制冷片进行控制，结合内部风扇对第1个核心控制点实施温控；二级控温系统反馈量为第2个和第3个核心控制点与第1个核心控制点的温度差，腔体壁的4个半导体制冷片用于二级控温系统的梯度控制，其中左壁和后壁的2个半导体制冷片用于控制第2个核心控制点反馈量的控制，右壁和前壁的2个半导体制冷片用于控制第3个核心控制点反馈量的控制。

10.根据权利要求9所述的基于半导体制冷的多级精密快速温度反馈控制系统，其特征在于，温度反馈控制系统包括3个闭环反馈控制系统：第一个闭环反馈控制系统为负责腔体内温度点温度值反馈控制的一级闭环控温系统，第二个和第三个闭环反馈控制系统为负责腔体内温度梯度值反馈控制的二级闭环控温系统。