微小型温度场闭环控制系统的制作方法

本实用新型涉及电子测控技术领域，具体涉及一种微小型温度场闭环控制系统。

背景技术：

温度控制技术始于工业生产，并在工业应用中得到深入发展。但是，工业应用中的温度控制技术只适用于大空间的温度场。如何控制一个毫米级温度场的温度，目前还没有相关的研究和报道。

针对这一情况，设计了一套微小型温度场闭环控制系统，该系统能够使毫米级的温度场保持稳定。

技术实现要素：

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种微小型温度场闭环控制系统，用于使毫米级温度场的温度保持稳定，并能够快速调节该温度场的温度。

考虑到现有技术的上述问题，根据本实用新型公开的一个方面，本实用新型采用以下技术方案：

一种微小型温度场闭环控制系统，它包括微小型温度场、温度场本体电路、温度调节单元、温度测量单元和微处理器，所述微小型温度场包括硅基底、铂电阻薄膜r、Al₂O₃绝缘层和Au微电极，所述铂电阻薄膜r即是所述微小型温度场的加热元件也是测温元件，所述温度场本体电路只包含一个固定匹配电阻R，所述固定匹配电阻R与所述铂电阻薄膜r构成电阻分压电路，所述固定匹配电阻R一 端与所述铂电阻薄膜r一端连接，所述铂电阻薄膜r的另一端与系统接地端连接，所述温度调节单元能够输出一路可变的直流电压，所述温度调节单元的输出端与所述固定匹配电阻R的另一端连接，所述温度测量单元能够将所述铂电阻薄膜r上端的电压转换为数字信号，所述温度测量单元的输入端与所述固定匹配电阻R一端和所述铂电阻薄膜r一端连接，所述微处理器运行PID温度控制算法程序，调节所述微小型温度场的温度，所述微处理器与所述温度调节单元的输入端和所述温度测量单元的输出端连接。

为了更好地实现本实用新型，进一步的技术方案是：

所述温度调节单元主要包括线性直流电压转换器和数字式电位计，所述数字式电位计的输入端与所述微处理器连接，所述数字式电位计的输出端接入基于所述线性直流电压转换器的电压调节电路中，所述微处理器可以自主改变所述数字式电位计的电阻，来改变温度调节单元的输出电压。

所述温度测量单元包括电压跟随器、电压放大器和模拟数字转换器，所述电压跟随器的输入端与所述固定匹配电阻R一端和所述铂电阻薄膜r一端连接，所述电压放大器位于所述电压跟随器和所述模拟数字转换器之间，所述模拟数字转换器的输出端与所述微处理器链接，所述微处理器能够获得所述铂电阻薄膜r上端的电压值，换算后可以得到所述微小型温度场的温度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果之一是：

本实用新型的一种微小型温度场闭环控制系统，具有：1)可控温度场的尺寸范围：1mm～10mm；2)温度场的可控温度范围：80℃～350℃；3)控制温度的精度：±0.5℃；4)温度场温度跟随目标值所用时间短，在10ms内温度达到目标值，并长时间保持稳定。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的微小型温度场的结构示意图。

图2示出了根据本实用新型一个实施例的温度闭环控制系统框架示意图。

图3示出了根据本实用新型一个实施例的温度调节单元电路示意图。

图4示出了根据本实用新型一个实施例的温度测量单元方案示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示，图1示出了根据本实用新型一个实施例的微小型温度场的结构示意图，一种微小型温度场的结构，其由4个部分组成，分别是：硅基底1、铂电阻薄膜r 2、Al₂O₃绝缘层3和Au微电极4。硅基底1主要起支撑、绝缘和保温作用；铂电阻薄膜r 2即是加热元件也是测温元件；Al₂O₃绝缘层3主要起绝缘和保温作用；Au微电极4是铂电阻薄膜r 2的引出端，便于外接线。针对上述微小型温度场，设计的温度闭环控制系统框架如图2所示，一种微小型温度场闭环控制系统，它包括温度场本体电路5、温度调节单元6、温度测量单元7和微处理器8，所述温度场本体电路5只包含一个固定匹配电阻R，所述固定匹配电阻R与所述铂电阻薄膜r 2构成电阻分压电路，所述固定匹配电阻R一端与所述铂电阻薄膜r 2一端连接，所述铂电阻薄膜r 2的另一端与系统接地 端连接，所述温度调节单元6能够输出一路可变的直流电压，所述温度调节单元6的输出端与所述固定匹配电阻R的另一端连接，所述温度测量单元7能够将所述铂电阻薄膜r 2上端的电压转换为数字信号，所述温度测量单元7的输入端与所述固定匹配电阻R一端和所述铂电阻薄膜r 2一端连接,所述微处理器8运行PID温度控制算法程序，调节所述微小型温度场的温度，所述微处理器8与所述温度调节单元6的输入端和所述温度测量单元7的输出端连接。

所述温度调节单元6的电路如图3所示，所述温度调节单元6主要包括线性直流电压转换器9和数字式电位计10，所述数字式电位计10的输入端与所述微处理器8连接，所述数字式电位计10的输出端接入基于所述线性直流电压转换器9的电压调节电路中，所述微处理器8可以自主改变所述数字式电位计10的电阻，改变温度调节单元6的输出电压，改变所述铂电阻薄膜r 2的加热功率，调节所述微小型温度场的温度。

所述温度测量单元7的方案如图4所示，所述温度测量单元7包括电压跟随器11、电压放大器12和模拟数字转换器13，所述电压跟随器11的输入端与所述固定匹配电阻R一端和所述铂电阻薄膜r 2一端连接，所述电压放大器12位于所述电压跟随器11和所述模拟数字转换器13之间，所述模拟数字转换器13的输出端与所述微处理器8链接，所述微处理器8能够获得所述铂电阻薄膜r 2上端的电压值，换算后可以得到所述微小型温度的温度。

整个微小型温度场闭环控制系统的工作流程为：所述微处理器单元8从外部接口接收温度场的目标温度，通过所述温度测量单元7获得温度场的当前温度，运行PID温度控制算法程序，再通过所述温度调节单元6调节温度场的温度；如此反复使温度场的当前温度接近目标温度，并保持稳定。

本实用新型的特点：

1、使用铂电阻薄膜作为微小型温度场的加热元件。在工业控温系统中，铂电阻经常被作为测温元件使用；但在本发明设计的微小型温度场中，铂电阻薄膜即是测温元件也是加热元件。这样可以简化温度场的结构，减小温度场的尺寸。

2、使用电阻分压电路作为温度场本体电路。通过给铂电阻薄膜匹配一固定电阻搭建电阻分压电路，即可以调节铂电阻薄膜的加热功率又可以测量铂电阻薄膜的电阻值，这样可简化温度调节单元和温度测量单元的电路设计。

3、使用线性直流电压转换器和数字式电位计设计温度调节单元。该温度调节单元不仅能够快速地改变铂电阻薄膜的加热功率，调节温度场的温度，而且具有电路简单、元器件少的优点。4、使用微处理器等高集成化芯片设计系统电路。这样不仅可以简化电路设计，而且可以减小电路板尺寸和系统功耗。设计的温度测量方案可以全部集成到微处理器内部，也可以使用集成芯片一体化实现。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。

尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这 些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。