专利名称：微型光纤光谱仪恒温箱的制作方法
技术领域：
本实用新型属于精密器件恒温换热领域，涉及一种适用于微型光纤光谱仪恒温的装置。具体讲是一种可以在特定容积的箱体内实现将内环境温度控制在一定范围的恒温换热装置，这种装置主要适用于光谱仪、光学镜头、光机等受温度波动影响较大的精密器件的恒温。
背景技术：
光谱仪是一种将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，利用光谱仪可对物体反射的光线进行分析与测量，即通过光谱仪对物质反射光进行的定性及定量分析可以获取该 物质的宏观及微观结构。这种基于光谱分析技术及光学探测器技术的光谱仪在环境监测、食品检测、临床医学检测、实验室物理化学分析、工业过程监控等领域有着广泛的应用。近年来随着CCD阵列探测技术及光纤技术的逐渐成熟，微型光纤光谱仪在上述领域中的应用前景日益广阔。这种光谱仪具有体积小巧、便于携带，适应不同工作场所及工艺条件，技术精度较高等优势；但是也存环境温度敏感性较强的缺点，温度的较大波动会导致光谱仪内置的微型光学机械系统中某些器件发生热变形而导致聚焦不准、光线偏移等问题，同时也会使CCD探测器的信噪比严重降低。因此，有效的恒温及换热方式成为保证微型光纤光谱仪可靠运行的重要条件。现有的恒温箱有蒸气压缩式和液冷式，它们主要存在以下问题首先，一般体积较大，对压缩机等机电设备有所依赖，很难做到小型化或对局部环境恒温。其次，换热过程需要添加制冷剂，通过介质的相变来实现吸、放热，效率较低。再次，制冷剂的泄露可能会对环境造成不利影响。发明内容本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种有适用于微型光纤光谱仪等光机器件的恒温装置，该装置能在较小的空间内对小型化器件进行整体或局部的精确控温，所配置的恒温箱外壳隔热性、气密性较好。本实用新型的具体技术方案如下的一种微型光纤光谱仪恒温箱，其特征是它包括恒温箱外壳A、主安装板B和制冷模块C，其中恒温箱外壳A和制冷模块C分别连接在主安装板B的两侧，所述恒温箱外壳A和主安装板B之间形成一个容纳室，主安装板B中部开有插口，所述制冷模块C的一侧经由主安装板B的插口置于所述容纳室内。本实用新型中制冷模块C包括TEC热电制冷片、散冷器和散热器，TEC热电制冷片夹设于散冷器和散热器之间，所述散冷器和散热器外侧各装一轴流风机，其中散冷器及其外侧的轴流风机置于所述容纳室内。所述散热器与TEC热电制冷片相配合的面上设有两凸台，TEC热电制冷片嵌装于两凸台间，并与散冷器和散热器固定连接，散冷器和散热器的接触面设有玻纤棉隔热垫。所述恒温箱外壳A是由外层壳体I和内层壳体2围成的中空罩壳,其内、夕卜层壳体之间填充有聚氨酯发泡材料。所述恒温箱外壳A与主安装板B的配合面设有硅胶隔热垫。所述恒温箱外壳A上预留有引线接口。所述容纳室内设有光谱仪支撑架。本实用新型相比现有技术具有如下优点I、本实用新型的恒温箱相比蒸气压缩式和液冷式恒温箱，具有不需制冷剂、换热 效率高、体积小巧、环境适应性强、可连续工作便于控温等显著优点。在温度控制范围、空间密封性、保温与隔热效果等方面都可满足微型光纤光谱仪的工作温度环境。2、本实用新型的恒温箱空间针对性强，可以实现对体积较小的微型光纤光谱仪核心器件在较小的密闭空间内进行精确制冷，避免了不必要的制冷量浪费。3、它还具有轻巧简便，可以适应不同的工作场所；结构简单，便于实现。换热效率高，冷热侧分别安装轴流风扇，强迫空气对流换热。4、该恒温箱体的绝热性能及密封性能较好，能够避免水蒸气进入导致的散冷片结露。
图I是本实用新型的剖面示意图。图2是本实用新型的整体结构立体示意图。图3是本实用新型的制冷模块C的主视图。图4是本实用新型的恒温箱外壳A的主视图。图中1-外层壳体，2-内层壳体，3-被恒温器件(微型光纤光谱仪)，4_2W轴流风扇，5-散冷器，6-TEC热电制冷片，7-测温电阻Pt 100，8-光纤接口，9-光谱仪支撑板，10-主安装板，11-硅胶隔热垫，12-散热器，13-5W轴流风扇，14-风道，15-穿板螺栓，16-玻纤棉隔热垫。A表不恒温箱外壳、B表不主安装板、C表不制冷模块。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案做具体描述。如图I、图2所示，本实用新型的微型光纤光谱仪恒温箱，包括恒温箱外壳A、主安装板B和制冷模块C三个部分。其中恒温箱外壳A和制冷模块C分别连接在主安装板B的两侧，恒温箱外壳A和主安装板B之间形成一个容纳室，主安装板B中部开有插口，制冷模块C的一侧经由主安装板B的插口置于容纳室内，形成了一个约0. 6L的恒温密封空间。制冷模块C与恒温箱外壳A分别通过螺栓固定在主安装板B两侧；制冷模块C与主安装板的接触面上预装有玻纤棉隔热垫16。恒温箱外壳A与主安装板B之间设有硅胶隔热垫11，它起到隔热、密封作用。如图3所示，散冷器5和散热器12分别贴合在TEC热电制冷片6两侧，用穿板螺栓15将它可靠固定，在TEC表面均匀涂抹导热硅脂。TEC热电制冷片的冷侧、热侧的转换可以通过调整输入电流的方向来实现。风道14通过螺钉安装在散热器12的表面，5W轴流风扇13紧密贴合与风道12的进风孔上，在TEC热侧的散热器12表面形成了强迫风冷结构，有效提高热侧换热效率；2W轴流风扇4则被安装在散冷器6表面，可有效提高冷侧热交换效率，并能是恒温箱内温度场分布更均匀。上述组件组成了制冷模块C。散热器12与TEC贴合面设有上、下凸台，TEC热电制冷片尺寸规格可采用60 X 60 X 6，即TEC厚度仅为6_，因此在散热器上设置了约65 X 65 X 6的上、下凸台，TEC即被安装于凸台内，该凸台面积略大于TEC上表面,并有一定厚度,可将散热器与散冷器底板距离拉开，并在散热器和散冷器两面板之间加入厚度为12mm的玻纤棉隔热层，防止两板间热短路，影响制冷效果。本实用新型的制冷模块C采用了 TEC热电制冷技术，其核心部件是一种用半导体材料制成的TEC热电制冷片，该制冷片是通过半导体材料的温差电效应(又称帕尔贴效应)在制冷片的两侧分别实现吸、放热；TEC制冷片的两根导线分别接入12V直流电源，当电流通过制冷片时，制冷片的一面会吸热，另一面则会放热，当通入的电流方向变化时，TEC的冷、热侧也随之转换；本实用新型采用的TEC制冷片额定功率为15W，通过预埋在恒温箱内的PtlOO热电阻采集温度信号，并将信号反馈至计算机控制端的温控模块，当箱内温度超出预设的恒温范围时，通过改变电流方向或控制TEC模块的起停来实现控温。若在其冷、热侧分别安装铝翅片散热器，则能充分发挥其换热性能。本实用新型所述的恒温箱，正式基于这种技术来实现。如图4所示，本实用新型的恒温箱外壳A由外层壳体I与内层壳体2粘合而成，内、外层壳体均为注塑件，粘合后形成中空结构，将聚氨酯发泡填充到中空的内外壳之间，使得所述恒温箱外壳A具有很高的绝热性能。光谱仪支撑板被稳定的安装于容纳室内部底板上，由螺丝紧固，而光谱仪则可靠的安装在该支撑板上，光纤、通讯线均由外壳预留接口引出，引出口的接缝用绝缘密封胶泥封死。光谱仪上表面可安装Ptioo热电阻，将箱内温度信息反馈至计算机终端的温控模块上，实现控温。制冷模块、恒温箱外壳从正反两面通过螺栓固定在主安装板上，主安装板为板式框架结构(中部为插口)，散冷器透过该主安装板进入恒温箱外壳，对外壳内部空间进行制冷；该主安装板起到了支撑并连接上述制冷模块及外壳的作用。主安装板与恒温外壳、制冷模块间的接触面上贴有硅胶隔热层，防止由外向内的热传导及辐射。在所述安装板与外壳的接合面边缘的齿口处，均预填了绝缘密封胶泥。由此，制冷模块与恒温箱空间完整的结合在一起了。本实用新型的制冷模块具有以下结构特点TEC热电制冷的顶面设定为热侧，底面设定为冷侧(可通过通入电流方向控制)；与TEC热侧贴合的铝型材翅片为散热器，与TEC冷侧贴合的铝型材翅片为散冷器。由四颗穿板螺栓将散热器、散冷器及夹在两者之间的TEC热电制冷片可靠固定，在TEC与铝型材接触面上涂有厚度约80微米的导热硅脂，所述导热硅脂的导热系数不低于6w/m -k,有效降低了两介质间接触不良导致的接触热阻。由于TEC热侧释放的热量包含了自身损耗及TEC在完成吸热、放热的同时，自身热损耗也需通过散热器散掉，因此散热器体积应大于散冷器，否则由于热量积聚散热不佳则容易烧毁该TEC ;为了增加散热器表面对流，在散热器表面加装了一台12V/5W轴流风扇并配风道，采用强迫风冷的办法提高散热器换热效率。而在TEC另外一侧的散冷器表面也安装了 12V/2W的小型轴流风扇，增加散冷器表面的热交换速率，增加恒温箱内的空气流动，该风扇使得恒温箱内温度场分布均匀。本实用新型的恒温箱外壳，具有以下结构特点[0047]该外壳壁面为ABS工程塑料注塑而成的中空壳体，内外壳间距15mm。内层壳体表面预埋了四 颗M6铜螺母用于螺接制冷模块，同时预埋四颗M5铜螺母柱用于安装光谱仪支撑板。内外层壳体之间的中空部分填充聚氨酯发泡材料，通过预留的小孔将发泡剂灌入，即将该孔封闭，使聚氨酯填充物自然膨胀均匀。这种双层壳体发泡结构具有良好的绝热性能，可有效的阻断恒温箱内空间与外部环境间的热传递。
权利要求1.一种微型光纤光谱仪恒温箱，其特征是它包括恒温箱外壳、主安装板和制冷模块，其中恒温箱外壳和制冷模块分别连接在主安装板的两侧，所述恒温箱外壳和主安装板之间形成一个容纳室，主安装板中部开有插口，所述制冷模块的一侧经由主安装板的插口置于所述容纳室内。
2.根据权利要求I所述的微型光纤光谱仪恒温箱，其特征是所述制冷模块包括TEC热电制冷片、散冷器和散热器，TEC热电制冷片夹设于散冷器和散热器之间，所述散冷器和散热器外侧各装一轴流风机，其中散冷器及其外侧的轴流风机置于所述容纳室内。
3.根据权利要求2所述的微型光纤光谱仪恒温箱，其特征是所述散热器与TEC热电制冷片相配合的面上设有两凸台，TEC热电制冷片嵌装于两凸台间，并与散冷器和散热器固定连接，散冷器和散热器的接触面设有玻纤棉隔热垫。
4.根据权利要求1、2或3所述的微型光纤光谱仪恒温箱，其特征是所述恒温箱外壳是由外层壳体(I)和内层壳体(2)围成的中空罩壳,其内、夕卜层壳体之间填充有聚氨酯发泡材料。
5.根据权利要求4所述的微型光纤光谱仪恒温箱，其特征是所述恒温箱外壳与主安装板的配合面设有硅胶隔热垫。
6.根据权利要求5所述的微型光纤光谱仪恒温箱，其特征是所述恒温箱外壳上预留有引线接口。
7.根据权利要求6所述的微型光纤光谱仪恒温箱，其特征是所述容纳室内设有光谱仪支撑架。
专利摘要本实用新型提供一种有适用于微型光纤光谱仪等光机器件的恒温装置，该装置能在较小的空间内对小型化器件进行整体或局部的精确控温，所配置的恒温箱外壳隔热性、气密性较好。该微型光纤光谱仪恒温箱包括恒温箱外壳A、主安装板B和制冷模块C，其中恒温箱外壳A和制冷模块C分别连接在主安装板B的两侧，所述恒温箱外壳A和主安装板B之间形成一个容纳室，主安装板B中部开有插口，所述制冷模块C的一侧经由主安装板B的插口置于所述容纳室内。
文档编号B01L7/00GK202506405SQ201220167768
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者凌雁波, 唐仲恺, 曲震, 朱明荣, 武善磊, 汤光华, 陈书建 申请人:南京国电环保科技有限公司