一种多功能微型控温装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种多功能微型控温装置，由微加工工艺制造的自测温微热台、微型半导体制冷片、智能控温仪、计算机和数据采集仪组成，所述自测温微热台与微型半导体制冷片上下层叠紧密相连，所述自测温微热台包括上绝缘层、电阻丝和多对电极，所述电阻丝包括加热电阻丝和测温电阻丝，所述加热电阻丝和微型半导体制冷片分别通过导线与智能控温仪相连，所述测温电阻丝通过导线与数据采集仪及计算机相连。本发明功能多，精确度好，操作方便，可克服测试操作空间小的限制，避免对材料表面结构造成破坏。
【专利说明】—种多功能微型控温装置
【技术领域】
[0001]本发明属于材料性能测试【技术领域】，具体涉及一种多功能微型控温装置。
【背景技术】
[0002]材料科学研究中，材料的诸多性能参数常常具有温度依赖性，测试材料性能的温度依赖性有助于研究其在特定温度区间的机理，扩大其应用范围。材料温度依赖性测试，比如材料的变温电导率，变温塞贝克系数等测试过程，一般是通过接触式手段获得材料的温度变化数据，即在材料表面连接标准热电偶以测试材料表面温度变化。一旦粘贴不牢固，热电偶掉落，则需要中断测试或者重新测试；粘贴标准热电偶的方法容易致使材料表面结构被破坏，影响之后测试过程的准确性。材料变温电导率或变温塞贝克系数等性能测试，往往需要使用探针进行，立式探针台与样品台之间的操作空间小，致使温度控制操作不便，甚至对探针或样品造成损害。使用热电模块进行温度控制则由于热电模块功率的限制难以制造较大的温度范围。
【发明内容】
[0003]本发明针对上述背景中的不足，提供了一种多功能微型控温装置。该装置主要部分自测温微热台可以由 微加工技术批量生产，可提供微小区域的温度均匀分布，可提供温度线性变化，可建立较大温度变化区间，可在微小区域建立温差，可实时非接触式精确自测温，解决了测试过程中探针台与样品台之间操作空间小，热电模块控温范围小等问题。
[0004]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种多功能微型控温装置，由微加工工艺制造的自测温微热台、微型半导体制冷片、智能控温仪、计算机和数据采集仪组成，所述自测温微热台与微型半导体制冷片上下层叠紧密相连，所述自测温微热台包括上绝缘层、电阻丝和多对电极，所述电阻丝包括加热电阻丝和测温电阻丝，所述加热电阻丝和微型半导体制冷片分别通过导线与智能控温仪相连，所述测温电阻丝通过导线与数据采集仪及计算机相连。
[0005]所述电极包括加热电极和测温电极。
[0006]所述自测温微热台和微型半导体制冷片面积相等。
[0007]所述加热电阻丝为蛇形沿中轴线对称分布，在中轴线处以及在中轴线两端对称位置嵌入测温电阻丝。
[0008]所述加热电阻丝有2η个加热电极，其中η≥2。
[0009]所述加热电阻丝与测温电阻丝所用材质相同，均为电阻具有温度依赖性的金属。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
自测温微热台因体积小易加工可由微加工技术批量制造，可提供微区的温度均匀分布，可提供温度线性变化，可建立较大温度变化区间，可在微区建立温差，可实时非接触式精确自测温，故可辅助微小区域内材料性能的温度依赖性测试，如变温电导率、变温塞贝克系数等，功能多，精确度好，操作方便，可克服测试时操作空间小的限制，避免对材料表面结构造成破坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的装置示意图。
[0012]图2是本发明提出的自测温微热台的横截面结构图。
[0013]图3是本发明提出的自测温微热台的电阻丝和电极分布图。
[0014]图4是本发明所述智能控温仪的控制面板示意图。
[0015]图5是本发明的工作原理图。
[0016]图6是本发明提出的自测温微热台的测温电阻R-T曲线及其拟合公式。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的说明。
[0018]如图1和图2所示，一种多功能微型控温装置，由微加工工艺制造的自测温微热台
1、微型半导体制冷片2、智能控温仪3、计算机4和数据采集仪5组成，所述自测温微热台I与微型半导体制冷片2上下层叠紧密相连，所述自测温微热台I包括上绝缘层la、电阻丝Ib和多对电极lc，所述电阻丝Ib包括加热电阻丝Ib-1和测温电阻丝lb-2，所述加热电阻丝Ib-1和微型半导体制冷片2分别通过导线与智能控温仪3相连，所述测温电阻丝lb-2通过导线与数据采集仪5及计算机4相连。
[0019]如图3所示，所述加热电阻丝Ib-1呈蛇形沿中轴对称分布，通电端有2nn=2个加热电极lc-2、lc-3、lC-5、lC-7，所述测温电阻丝lb_2嵌在中轴线处及沿中轴线对称的位置，测温电阻丝有测温电极lC-l、lc-4、lc-6 ;加热电阻丝分布确保了温控区域的均匀性，2n个加热电极确保装置功能的多样化；lc-2与lc-7，lc_3与lc_5分别构成回路，即可构成温差，温度并分别由测温电极Ic-1与lc-4非接触式检测，用于辅助测试塞贝克系数；lc-5与lc-7构成回路，温度由测温电极lc-6检测，即可用于辅助测试微小区域内材料性能的温度依赖性。
[0020]如图4所示，所述智能控温仪3包括减少键3a、增加建3b、确认/运行键3c、停止键3d和显示面板3e。
[0021]使用时，将多功能微型控温装置置于四探针测电阻的探针台的样品台上，然后在其表面铺展待测材料，然后探针下移接触材料；加热电极lc-5和lc-7连接智能控温仪3，测温电极lc-6连接数据采集仪5及计算机4 ;基于升温-降温或升温-恒温-降温的控温条件在智能控温仪3编辑程序，在图5所示原理下，由控温程序控制自测温微热台支路和半导体制冷片支路的电流大小及切换，并由数据采集仪5采集测温电阻丝的电阻信息，在图6所示R-T线性关系下反馈得到对应的温度信息，再与四探针所测电阻信息相结合，从而得到微小区域内材料电阻的温度依赖性数据。
[0022]使用时，将多功能微型控温装置置于塞贝克系数测试装置的样品台上，然后在其表面铺展待测材料，然后热端探针及冷端探针下移分别置于中轴线两侧；加热电极lc-2和lc-7连接智能控温仪3构成一回路，测温电极Ic-1连接数据采集仪5采集本端电阻数据；加热电极lc-3与lc-5连接智能控温仪3构成另一回路，测温电极lc-4连接数据采集仪5采集本端电阻数据；基于在不同温度点维持恒温的控温条件在智能控温仪3编辑程序，在图5所示原理下，由控温程序控制自测温微热台支路和半导体制冷片支路的电流大小及切换，并由数据采集仪5采集测温电阻丝的电阻信息，在图6所示R-T线性关系下反馈得到对应的温度信息，再与塞贝克系数测试装置所得的数据相结合，从而得到微小区域内材料塞贝克系数的温度依赖性数据。
【权利要求】
1.一种多功能微型控温装置，其特征在于，由微加工工艺制造的自测温微热台(I)、微型半导体制冷片(2)、智能控温仪(3)、计算机(4)和数据采集仪(5)组成，所述自测温微热台(I)与微型半导体制冷片(2)上下层叠紧密相连，所述自测温微热台(I)包括上绝缘层(la)、电阻丝(Ib)和多对电极(lc)，所述电阻丝(Ib)包括加热电阻丝(Ib-1)和测温电阻丝(lb-2)，所述加热电阻丝(Ib-1)和微型半导体制冷片(2)分别通过导线与智能控温仪(3)相连，所述测温电阻丝(lb-2)通过导线与数据采集仪(5)及计算机(4)相连。
2.根据权利要求1所述的一种多功能微型控温装置，其特征在于，所述电极(Ic)包括加热电极和测温电极。
3.根据权利要求1所述的一种多功能微型控温装置，其特征在于，所述自测温微热台(I)和微型半导体制冷片(2)面积相等。
4.根据权利要求1所述的一种多功能微型控温装置，其特征在于，所述加热电阻丝(Ib-1)为蛇形沿中轴线对称分布，在中轴线处以及在中轴线两端对称位置嵌入测温电阻丝(lb-2)ο
5.根据权利要求1所述的一种多功能微型控温装置，其特征在于，所述加热电阻丝(Ib-1)有2n个加热电极，其中η≥2。
6.根据权利要求1所述的一种多功能微型控温装置，其特征在于，所述加热电阻丝(Ib-1)与测温电阻丝(lb-2)所用材质相同，均为电阻具有温度依赖性的金属。
【文档编号】G05D23/30GK103954649SQ201410162669
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】胡志宇, 王志冲, 杜文涛, 曾志刚, 陈英, 张自强 申请人:上海大学