专利名称：一种温度可控恒温平板装置的制作方法
技术领域：
本实用新型利用半导体冷堆作为散热和生热的装置，属于半导体测量技 术领域，实现具有恒温功能的装置。适用于需要保持恒定温度平台的场合。 背景才支术
恒温平台(俗称无限大散热器)是一种提供具有散热和补充热量功能的 恒温平面装置。它是很多场合必备的装置条件之一。如测量半导体温升和热 阻时，根据温升和热阻的测量标准，被测器件必需放置在一个恒定温度的平 台上。目前的测试平台有的无恒温功能，或有的采用电阻丝加热，只具有高 于室温的恒温控制功能。即冷却最大只能为切断加热功率的自然降温
实用新型内容
件，具有很好的散热能力。器件工作时产生的热量传到平台后，能被该平台 及时散走，不影响平台的恒定温度。且恒温平台的温度高温可超过100C,低 温可控制在低于室温，甚至到零下的双向控温功能。
本实用新型提供的一种温度可控恒温平板装置，如图l所示，其特征在 于将半导体冷堆202上下两面均涂上导热脂》 一面与导热材料平台201粘 接，另一面则与水套平台205粘接；水套平台205中间流有换热循环水，通 过水套平台205、水泵203和水箱204组成的回路及时将半导体冷堆202产生 的热量或冷量散掉；
导热材料平台201中心连接温度传感器107,温度传感器107连接到温度 信号放大器105后，又输出连接到A/D转换器104后，输入连到微处理器101;
从微处理器101输出驱动控制指令到D/A转换器109，又输出驱动信号到 功率放大器106，输出驱动电流给半导体冷堆202;
键盘103连接到微处理器101，温度设定是通过键盘输入到微处理器内 的；显示器102也与微处理器连接，用于显示输入的温度和实测到的恒温平 台上的温度，以及目前加载的驱动电流的状况；
半导体冷堆202的驱动是通过微处理器10:1控制的；所有控制软件都存 储在与微处理器101相连的存储器内；若测量温度高于设定温度，微处理器 IOI输出正向电流经功率放大器106驱动半导体冷堆，使其制冷工作，即从上 面恒温平台吸取热量到其下面水套，由流动的水将热量带走；当测量温度低 于设定温度，微处理器101经D/A转换器109到功率放大器106，输出反向电流驱动半导体冷堆，^:其加热工作，即从下面吸取热量传到上面恒温平台， 流动的水不断给其提供热量，以保持水套平台205温度不变。
本实用新型导热材料平台上的温度可以为高温(高于室温)，也可以为 低温(低于室温)，甚至可以达到零下。由于采用的是电流直接驱动半导体 冷堆，当恒温平台上温度变化时，微处理器1《)1可以迅速反应，调节电流， 尽快保持平台上的恒温特性。
控温装置中设定了通信接口 108用于与外部计算机通信，温度的设定可 以通过串口同时可实现由外部计算机设定温度。
图中显示的一层半导体冷堆，若恒温面上的热量负载较大产生的热量较 多，或恒温平台上需要较低的温度，可将两层或多层冷堆通过导热脂叠起来， 实现更大的双向热量传输能力。
目前的恒温装置多数是采用电阻丝加热，用于产生高于室温的环境。而 降温的功能则是减小加热功率，或最多为关断电源，自然降温。而往往热平 台多采用金属，热容量较大。这样使降温，趋向恒温的过程变得很长。本实 用新型中利用半导体冷堆的双向控温功能，降温过程中，加反向电流，从平 台上吸收热量到下面的换热水中。这样大大加快了降温过程，使恒温过程变 短。提高了恒温平台控温和恒温的能力。更为重要的是， 一般低于室温的恒 温多采用液氮冷却的较多。操作起来复杂，不方便。本实用新型使得实现低 于室温的恒温过程变得快捷、方便。
图1:本实用新型示意图，图中
微处理器IOI,显示器102，键盘103， A/D转换器104，温度信号放大器 105,功率放大器106，温度传感器107,通信接口 108, D/A转换器109，导 热材料平台201，半导体冷堆202，水泵203，水箱204,水套平台20具体实施方式
本实用新型中描述的恒温平台具体实施方式
为
导热材料平台201为一个导热性能好的材料，如紫铜、黄铜等。要有一 定厚度， 一般为2cm左右。温度传感器107可以使用热电偶、热敏电阻或PN 结温度传感器等。若选用热电偶，可以配有成熟的专用芯片，如AD595和相 应的运算放大器OPO乙A/D转换器104可选用常规的器件，如LM331。半导 体冷堆202可釆用硅材料做成的冷堆。 一般可采用四块平铺在铜制平台的下 面。四块冷堆可以串联起来使用，也可以并联使用。使用四块冷堆，每块的 温差为75C的话，恒温平台空栽情况下平台上无热源低温可达到零下IOC，高温可达到100C。若要增大温度范围和散热能力，可使用两层或多层冷堆叠起 来使用。冷堆下面的水套平台205可采用软管连接水入口和出口。换热水箱 204可采用金属箱，如不锈钢水箱，不易生锈且散热性能好。换热循环水泵 203可采用如鱼缸中的小型水泵。换热水泵放置在水箱中，全部被水盖住。
微处理器101为单片机。可选用MCS-51系列单片机中的80C32。可使用 74LS373为地址锁存器，128KByte的EEPROM—29EE010作为程序存储器。显 示器102:可采用点阵液晶显示器或订做的段码液晶显示器。显示内容可为 当前平台测量温度，设定温度，驱动功率的加栽显示，以及恒温状态达到显 示。使用的电源根据平台恒温负载能力的要求，配置相应功率的电源。
键盘103可选用薄膜键盘，贴在面板上，也可使用独立键盘。键盘设有 0-9的数字键，输入温度值。还应有，负号键、删除键、确认键、PID参数调 节键。为方便计算机控制，设置与计算机通信的接口，可采用如串口通信， 或使用USB接口通信。温度的设定不通过键盘，也可通过计算机程序设定。
D/A转换器109可采D/A芯片，如AD7521数/模转换芯片和三块运算放大 器OP(n组成。功率放大器106可采用常规的功率放大电路，如采用功率晶体 管及滤波电路搭接而成。
控温系统中的PID，即比例常数、积分常数和微分常数，可通过键盘输入， 也可使用其缺省值。
权利要求1、一种温度可控恒温平板装置，其特征在于将半导体冷堆(202)上下两面均涂上导热脂，一面与导热材料平台(201)粘接，另一面则与水套平台(205)粘接；水套平台(205)中间流有换热循环水，通过水套平台(205)、水泵(203)和水箱(204)组成的回路及时将半导体冷堆(202)产生的热量或冷量散掉；导热材料平台(201)中心连接温度传感器(107)，温度传感器(107)连接到温度信号放大器(105)后，又输出连接到A/D转换器(104)后，输入连到微处理器(101)；从微处理器(101)输出驱动控制指令到D/A转换器(109)，又输出驱动信号到功率放大器(106)，输出驱动电流给半导体冷堆(202)；键盘(103)连接到微处理器(101)，温度设定是通过键盘输入到微处理器内的；显示器(102)也与微处理器连接，用于显示输入的温度和实测到的恒温平台上的温度，以及目前加载的驱动电流的状况；半导体冷堆(202)的驱动是通过微处理器(101)控制的；所有控制软件都存储在与微处理器(101)相连的存储器内；若测量温度高于设定温度，微处理器(101)输出正向电流经功率放大器(106)驱动半导体冷堆，使其制冷工作，即从上面恒温平台吸取热量到其下面水套，由流动的水将热量带走；当测量温度低于设定温度，微处理器(101)经D/A转换器(109)到功率放大器(106)，输出反向电流驱动半导体冷堆，使其加热工作，即从下面吸取热量传到上面恒温平台，流动的水不断给其提供热量，以保持水套平台(205)温度不变。
2、 根据权利要求l所述的一种温度可控恒温平板装置，其特征在于微 处理器(101)设通信接口 (108)用于与外部计算机通信，温度的设定通过 串口同时实现由外部计算机设定温度。
3、 根据权利要求1所述的一种温度可控恒温平板装置，其特征在于其 中的半导体冷堆(202 ),若恒温平台上的热量负载较大，即产生的热量较多， 或恒温平台上需要较低的温度，将两层或多层冷堆通过导热脂叠起来，实现 更大的双向热量传输能力。
专利摘要一种温度可控恒温平板装置属半导体测量领域。目前恒温装置恒温过程长。特征在于将半导体冷堆(202)上下面涂导热脂，分别与导热材料平台(201)、水套平台(205)粘接；水套平台中流有换热循环水，通过水泵(203)和水箱(204)将半导体冷堆产生的热量或冷量散掉；导热材料平台连接温度传感器(107)，温度传感器连接到温度信号放大器(105)，输出连接到A/D转换器(104)，输入连到微处理器(101)；微处理器输出驱动指令到D/A转换器(109)，输出驱动信号到功率放大器(106)，输出驱动电流给半导体冷堆(202)；温度控制设定通过键盘(103)输入到微处理器内的；显示器(102)用于显示输入的温度指令和系统温度。本装置使恒温过程变短，提高控温恒温能力。
文档编号F25B21/02GK201163127SQ20082007860
公开日2008年12月10日 申请日期2008年1月18日 优先权日2008年1月18日
发明者冯士维, 吕长志, 张小玲, 谢云松, 谢雪松 申请人:北京工业大学