自然对流式高精度恒温箱的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种自然对流式高精度恒温箱，其特征是：设置恒温箱为一绝热的箱体，由处在箱体内腔上部的稳流板将箱体的内腔分隔为上部制冷腔和下部恒温腔；在箱体的顶部均匀分布各贯穿箱体顶部的半导体制冷模块，在构成半导体制冷模块的外散热片和内散冷片之间以夹持的形式紧贴半导体冷制片，内散冷片处在箱体的上部制冷腔中，外散热片处在箱体顶板上部，在外散热片的上方安装有散热风扇。本发明控温精度高、无振动、体积小、能耗低、成本低、移动方便，尤其适于微纳米测量领域中的应用。
【专利说明】自然对流式高精度恒温箱
【技术领域】
[0001]本发明涉及微纳米测量【技术领域】，更具体地说特别是涉及微纳米三坐标测量机的高精度恒温箱。
【背景技术】
[0002]在微纳米测量、制造和控制等【技术领域】中需要对环境温度进行精密控制，以有效减少热变形误差的影响，通常要求环境温度的波动不大于0.05°C。当前该领域的控温方式主要有两种:一种是恒温实验室，绝热层由聚氨酯发泡板组成，但其造价高、温控精度相对较低，其采用压缩机制冷功耗大，控温效果容易受到人员活动的影响；另一种是分离式恒温箱，由镀锌薄钢板形成内外壁夹层结构，夹层中填充超细玻璃棉构成箱体，利用风机进行空气对流，这种方式虽然控温精度较高，但体积大、能耗高、重量大，尤其是其送风系统带来的振动会对测量造成不利影响。
【发明内容】
[0003]本发明是为避免上述方法所存在的不足之处，提供一种自然对流式高精度恒温箱，以期获得控温精度高、无振动、体积小、能耗低、成本低、方便移动的综合效果。
[0004]本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
[0005]本发明自然对流式高精度恒温箱的结构特点是:设置所述恒温箱为一绝热的箱体，由处在箱体内腔上部的稳流板将所述箱体的内腔分隔为上部制冷腔和下部恒温腔；在所述箱体的顶部均匀分布各贯穿箱体顶部的半导体制冷模块，在构成所述半导体制冷模块的外散热片和内散冷片之间以夹持的形式紧贴半导体冷制片，所述内散冷片处在箱体的上部制冷腔中，所述外散热片处在箱体顶板上部，在所述外散热片的上方安装有散热风扇。
[0006]本发明自然对流式高精度恒温箱的结构特点也在于:
[0007]所述箱体是以隔热板制成，所述隔热板是在中空双层亚克力板的内侧粘贴一层真空绝热板，在所述中空双层亚克力板的外表面粘贴有外层红外铝箔反射膜，在所述真空绝热板的内表面粘贴有内层红外铝箔反射膜。
[0008]所述中空双层亚克力板是由亚克力外壁板和亚克力内壁板形成8mm厚的中空腔层。
[0009]所述中空腔层设置为真空状态，形成真空腔。
[0010]设置所述箱体为矩形箱体，以箱体中相邻的两侧壁分别作为箱门形成对开门形式。
[0011]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0012]1、本发明将制冷腔和恒温腔组合于一个箱体内，在内散冷片位置处并不设置风扇，而是通过无振动自然对流实现箱体内冷热量交换，与分离式恒温箱相比，该恒温箱具有结构简单、无振动、体积小、重量轻、能耗低、成本低、方便移动等显著特点；
[0013]2、本发明采用半导体制冷模块，较之压缩机制冷可以获得更高精度的控温效果和无振动启停；
[0014]3、本发明在箱体顶部均匀分布多个半导体制冷模块，配合箱体内腔中的稳流板可以控制恒温腔在20°C时的稳态误差为0.0002°C，温度跳变量在0.035°C以内；
[0015]4、本发明中箱体隔热板采用了中空双层亚克力板、真空绝热板以及内外层红外铝箔反射膜，较之分离式恒温箱，其绝热效果显著提高；
[0016]5、本发明中箱体内的温度梯度小于0.1°C。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明外部形状和构造示意图；
[0018]图2为本发明内部结构示意图；
[0019]图3为本发明内部结构正视图；
[0020]图4为本发明中半导体制冷模块结构示意图；
[0021]图5为本发明中半导体制冷模块结构分离示意图；
[0022]图6为本发明控制系统原理图；
[0023]图7为本发明系统控温实验图；
[0024]图8为本发明控温实验稳态时温度变化图；
[0025]图中标号:1中空双层亚克力板；la亚克力外壁板；lb亚克力内壁板；lc中空腔层；2真空绝热板；3a外层红外铝箔反射膜；3b内层红外铝箔反射膜；4箱门；5柔性铰链；6箱体门搭扣；8门拉手；9走线孔；10矩形窗；11外散热片；12内散冷片；13半导体制冷片；14程控电源；15散热风扇；16铝合金三角支撑架；17稳流板；18制冷腔；19恒温腔；20高精度测温仪；21电阻温度探测器；22工控机。
【具体实施方式】
[0026]参见图1、图2和图3，本实施例自然对流式高精度恒温箱的结构形式是:设置所述恒温箱为一绝热的箱体6，由处在箱体内腔上部的稳流板17将所述箱体的内腔分隔为上部制冷腔18和下部恒温腔19，稳流板17是利用铝合金三角支撑架16固定安装在箱体中，稳流板上均匀布置间距为20mm，半径为5mm的小孔；在箱体的顶部均匀分布九个贯穿箱体顶部的半导体制冷模块，冷空气首先在制冷腔18中均匀混合，以自然对流形式通过稳流板后可以在恒温腔内形成比较均匀的温度场，以满足测量工作区间对区域温差小的严格要求。
[0027]如图4和图5所示，本实施例中，在构成所述半导体制冷模块的外散热片11和内散冷片12之间以夹持的形式利用导热硅脂紧贴半导体冷制片13，所述内散冷片12处在箱体I的上部制冷腔18中，所述外散热片11处在箱体顶板上部，在所述外散热片11的上方安装有散热风扇15 ;箱体6是以隔热板制成，隔热板是在中空双层亚克力板I的内侧粘贴一层真空绝热板2，采用轻薄型真空绝热板2较之填充超细玻璃棉的镀锌薄钢板的绝热效果好、重量轻、体积小；本实施例中在中空双层亚克力板I的外表面粘贴有外层红外铝箔反射膜3a，在真空绝热板2的内表面粘贴有内层红外铝箔反射膜3b。
[0028]具体实施中，为了提高绝热效果，设置中空双层亚克力板I是由亚克力外壁板Ia和亚克力内壁板Ib形成8_厚的中空腔层lc，也可以将中空腔层Ic设置为真空状态，形成真空腔。
[0029]如图1和图2所示，本实施例中设置箱体6为矩形箱体，以箱体中相邻的两侧壁分别作为箱门4形成对开门形式，箱门4通过柔性铰链5与箱体6连接，方便纳米三坐标测量机的测量移动，箱门闭合时，通过两个门搭扣7将门锁紧，箱门上安装门拉手8，以便于箱门的启闭。在箱体的一侧底部设置半径为5cm的走线孔9，在箱体一侧壁的下方开有便于进行微纳米激光测试的矩形窗10。本实施例中设置箱体内腔的尺寸为长600_、宽600_、高780mm,设置在箱体顶部的半导体制冷模块共有九个。
[0030]如图6所示，本实施例中配合设置控制系统，在控制系统中，采用电流波纹系数小的程控电源作为半导体制冷片的驱动电源，控制系统包括工控机22、高精度测温仪20和电阻温度探测器21，半导体制冷片13连接至程控电源14，与高精度测温仪20相连接的电阻温度探测器21设置在恒温腔19中用于测量恒温腔19中的空气温度，温度检测信号通过RS232串口通讯传输至工控机22，工控机中的LabVIEW控制程序对接收的温度检测信号进行信号处理后再通过RS232将控制信号发送给与程控电源14，从而控制半导体制冷片13的工作状态。
[0031]将本实施例中的恒温箱在配置控制系统后，进行系统20°C的控温实验，实验结果如图7和图8所示，实验结果表明:在设定值为20°C的情况下，稳态值为20.0002°C，稳态误差为0.0002°C，稳态时的波动量小于0.035°C，并能在系统连续运行的情况下长时间保持稳定，有效减小了微纳米测量中物体的热误差，提高测量精度，满足微纳米测量的环境温度控制要求。
【权利要求】
1.一种自然对流式高精度恒温箱，其特征是:设置所述恒温箱为一绝热的箱体￠)，由处在箱体内腔上部的稳流板(17)将所述箱体的内腔分隔为上部制冷腔(18)和下部恒温腔(19);在所述箱体的顶部均匀分布各贯穿箱体顶部的半导体制冷模块，在构成所述半导体制冷模块的外散热片(11)和内散冷片(12)之间以夹持的形式紧贴半导体冷制片(13)，所述内散冷片(12)处在箱体(I)的上部制冷腔(18)中，所述外散热片(11)处在箱体顶板上部，在所述外散热片(11)的上方安装有散热风扇(15)。
2.根据权利要求1所述的自然对流式高精度恒温箱，其特征是:所述箱体是以隔热板制成，所述隔热板是在中空双层亚克力板(I)的内侧粘贴一层真空绝热板(2)，在所述中空双层亚克力板(I)的外表面粘贴有外层红外铝箔反射膜(3a)，在所述真空绝热板(2)的内表面粘贴有内层红外铝箔反射膜(3b)。
3.根据权利要求1所述的自然对流式高精度恒温箱，其特征是:所述中空双层亚克力板(I)是由亚克力外壁板(Ia)和亚克力内壁板(Ib)形成8mm厚的中空腔层(Ic)。
4.根据权利要求3所述的自然对流式高精度恒温箱，其特征是:所述中空腔层(Ic)设置为真空状态，形成真空腔。
5.根据权利要求1所述的自然对流式高精度恒温箱，其特征是:设置所述箱体为矩形箱体，以箱体中相邻的两侧壁分别作为箱门(4)形成对开门形式。
【文档编号】B01L7/00GK104174448SQ201410407039
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】范光照, 冯建, 李瑞君, 周浩, 张辉 申请人:合肥工业大学