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1、计算机测量与控制.2010.18(6)·1296·ComputerMeasurement&Control控制技术文章编号:1671-4598(2010)06-1296-02中图分类号:TP212.11文献标识码:A基于热电制冷的高性能温控系统设计殷智勇,汪岳峰,李刚,张琳琳,贾文武,张强(军械工程学院光学与电子工程系,河北石家庄050003)摘要:设计一种基于热电制冷器(TEC)的温度控制系统;介绍了实际的温度控制电路及测温电路,并优化了热电制冷器的驱动电路;运用PID增量型控制算法,实现了VO2薄膜的自
2、动恒温;根据科恩-库恩(Cohn-Coon)公式,对温控系统建模,系统地分析了控制算法和工作电流对温控的影响;经反复测试表明,该系统能够快速,准确地实现恒温,且低成本、集成度高、稳定性好、可扩展性强,具有一定的应用价值。关键词:帕尔贴效应;热电制冷器;温度相变;一阶惯性滞后DesignofHighPerformanceTemperatureControllingSystemBasedonTECYinZhiyong,WangYuefeng,LiGang,ZhangLinlin,JiaWenwu,ZhangQ
3、iang(DepartmentofOpticsandElectronEngineering,OrdnanceEngineerCollege,Shijiazhuang050003)Abstract:AtemperaturecontrollingsystembasedonTECisdesigned.Thecircuitsofcontrollingtemperatureandthermometryarein-troducedandthedrivecircuitofTECisoptimized.Bythewayo
4、fincrementPIDcontrol,thesystemrealizedthegoalofconstanttemperaturebyitself.OnthebasisofCohn-Coonformula,modelingmeansoftemperaturecontrollingsystemisestablishedandtheinfluencesofthea-rithmeticandcurrentonthetemperaturecontrollingsystemareanalyzed.Consider
5、ingastheresultoftest,thesystemcanworkfastandac-curatelyandhasadvantagesoflowcost,highintegrity,ratherstabilityandwellexpanded.Ithasthegoodpracticability.Keywords:Peltiereffect;TEC;temperaturephasetransition;first-orderplusdead-time0引言当Vout>0时,电流从P结流向N结,对薄
6、膜降温,而当Vout<0时,电流从N结流向P结,对VO[7]2薄膜进行快速加热,热电制冷是一种用电能作动力,以帕尔贴效应为基础的制实现系统的动态恒温。冷方法,与传统压缩制冷方法相比,热电制冷具有体积小、重量轻、易于控制、作用速度快、可靠性高、寿命长、无噪声等假设TEC端面的热传导为一维稳态导热,不因端面厚度[1]影响温度传导方向。根据能量守恒定律和热传导理论,可得加特点,可以更为理想地控制温度或在工作中根据需要加热或冷却介质,从而实现智能温控[2]。近年来,随着热电制冷器热吸收热量Qc和放热量Qk。(th
7、ermo-electriccoolerTEC)件制造技术的不断提高,热电Qc=N·I(aTc-Iρl)-K(Tk-Tc),(1)S温控已经在航空航天、电子设备冷却空间实验技术、以及生物工程技术等领域得到了广泛的应用[3-5]。在VO2薄膜信息存储Qk=N·I(aTk-Iρl)-K(Tk-Tc)(2)S试验中,由于VO2具有金属-半导体相变特性,即高于偏置ρlVout=N[a(Tk-Tc)+2I()],(3)温度时,VO2晶体从半导体态转变为金属态,呈四方晶系的S金红石结构;低于偏置温度时,VO2晶体为单斜
8、对称的畸变λSK=2N(),(4)[6]l金红石结构,所以需要一种体积小,对温度稳定性、均匀性要求较高的温控系统,但常见加热系统如热电阻、加热膜等并式中,a为单个热电堆的赛贝克系数;N为热电制冷器中热电堆的不能很好满足以上要求。所以设计了一种基于TEC高性能的总数;I为热电制冷工作电流;Tc为热端的温度;Tk为冷端的温度,温控系统。S和l为单个热电堆的面积和长度;λ为热电偶中的传导率;Vout为1温度控制原理控制端电压,得出温
