专利名称：利用热传导的温度环境试验设备及其控制方法
技术领域：
本发明涉及到使用冷热板的热传导方式的温度环境试验设备，更详细地说，涉及由附着在热电元件冷热板及通过汽缸开闭并设有探针的门所构成的热传导方式的试验箱(Chamber)，以及多个上述试验箱串列放置成一列，由输送装置将被测体依次输送至各试验箱，在每个被设定成特定温度、提供各不相同的温度环境的试验箱里，测定被测体的温度特性的温度环境试验设备及其控制方法。
背景技术：
现有的温度环境试验设备，将许多被测体放入很大的容积中，引起温度变化，然后测定试验箱内部的大气温度，当过了预测时间，判断被测体的温度与大气温度相同后开始进行测定。
但是，这并不是被测体的正确温度，而且随着温度传感器位置、种类不同，发生较宽范围的温度偏差，所以进行正确的测温非常困难。因此在一些测温精度要求很高的场合，并不适合使用。
即，测定被测体的温度变化时使用内部空气的强制对流方式，空气的流动及被测体的位置不同而引起的温度均匀度的降低，都有可能造成被测体温度精密度的严重下降问题。其次，在迅速改变较大的空间的大气温度，并使被测体的温度和大气温度相同，需要耗费相当的时间和热量，而且需要一些仅在调节至特定温度变化并继续维持该状态时才使用的使用率不高的设备，因而造成系统的浪费，而且作为冷却用的压缩机会引起噪音和环境问题。
另外，在测定时，无法排除由多探头(Multi Probing)系统固有的探头阻抗(Probe Impedance)误差引起的测温误差，而且使用单一的电源供应许多被测体时需要大容量的电源。还有，在多个被测体中选择一个被测体进行测温时，其选择电路有可能随被测体的特性而变得很复杂。
另外，需对宽范围的温度进行控制，其控制装置变得很复杂，在零下的低温、常温以及高温(60度以上)时其温控算法均不同，而且需设计成减少过冷或过热现象的发生。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供一种利用热传导的温度环境试验设备及其控制方法，具体是，通过热电元件-冷热板的精密温度控制和热传导方式，向被测体正确传达设定温度以克服现有对流方式的缺点，并且将设定成互不相同的一个温度的多个试验箱放置成一列，移动多个被测体，同时可测定在不同温度环境下的温度特性。
一种利用热传导的温度环境试验设备，其特征为维持特定的温度且被个别控制的多个恒温试验箱50排列成一列；设有输送装置18，该输送装置18将从上述各试验箱50完成温度特性测定的被测体13移动至设定成另一温度的试验箱50中。
其中，试验箱50包括冷热板3，其下方设有水冷套5，而冷热板3贴在由一个以上层叠的热电元件1上方，并内设有控制用温度传感器2；门10，设在上述冷热板3上方并通过汽缸17开闭，而由多个探针12和温度传感器14构成的探头装置15贯通并设置其中；控制部6，连接上述控制用温度传感器2和热电元件1以及外部的计算机。
一种利用热传导的温度环境试验设备的控制方法，利用设定成各不相同温度的多个试验箱50，依次对被测体13进行温度特性的测定，其特征在于，上述温度环境试验设备控制方法包括以下阶段当连接成一列的每个试验箱50温度达到设定温度时，从控制部6向外部电脑传送等待信号的阶段；使连接在电脑上的各装置进入等待状态，并向输送装置18发出输送命令，使门10向上移动的阶段；启动输送装置18将被测体(13)移动至试验箱50并启动汽缸17将门10向下移动的阶段；判断输送正常与否，同时将其信号传送至电脑，并进行反馈的阶段；使用温度传感器(14)读出全部被测体13的温度，对其进行修正，发出从先进入设定温度误差范围内的被测体13开始测定温度命令并进行测定的阶段；对所测定的数据进行收集并储存的阶段。
本发明通过将设定为不同温度的多个试验箱50连接起来，并形成不同的温度区域，通过被测体13的迅速移动和精密检测，实现精密的温度测定，从而可达到提高生产效率，精确测定的目的。利用热电元件1的超小型温度环境试验设备100比起现有大容量的温度环境试验设备100，其耗电少，温度控制简便。实际上，通过将冷热板3的热量以热传导方式传递到被测体13，只控制冷热板3的温度，减少了热量的浪费，将空气流动抑制在最小水平，这种设计可避免空气对流造成的热损失。温度环境试验设备100中的温度试验箱50因只控制单一温度，故控制装置结构简单，而且其控制算法也较简单。
另外，测定时，与现有的对大量被测体13进行测定的方法不同，在一个试验箱50中放入一个被测体13进行测定，故只需提供可满足被测体13消耗的电源和适合于被测体13特性的计量仪器。还有对被测体13的温度，而不是试验箱50的温度，进行测定并记录并指示测定的开始，这样，避免了现有技术中没有预测等待时间的问题，并与温度均匀度、温度精度无关，而且对先到达设定温度的被测体13进行测定，比起按顺序测定的方法，可提高测定速度。
图1为本发明中的试验箱的主视图；图2为本发明中的试验箱的箱体后视图；图3为本发明中的移动部的状态图；图4为本发明中的由多个试验箱连接成一列而成的温度环境试验设备示意图；图5为本发明中的控制部框图；
图6为本发明中的温度环境试验设备的控制算法流程图。
附图符号说明1热电元件 2控制用温度传感器 3冷热板4冷却水管 5水冷套 6控制部7门支架 8上部支架 9箱体10门 11无水分气体投入口12探针13被测体 14温度传感器 15探头装置16移动部 17汽缸18输送装置19温度设定操作部 20状态显示部50试验箱 100温度环境试验设备具体实施方式
以下参照附图对本发明的结构及功能进行详细说明。
如图1、图2所示，本发明中的利用热传导的温度环境试验设备100结构特征为，其中试验箱50包括箱体9，即一次热电元件1下方层叠着二次热电元件1，在所述一次热电元件1上方设有内置控制用温度传感器2的铝制冷热板3，在二次热电元件1下方设有内设冷却水管4的水冷套5，在水冷套5下部设有控制部6，而外侧设有多个门(Gate)支架7，门支架7上端设有上部支架8；移动部16，即下方开口的箱体链门10设置成可在上述箱体9的门支架7内部进行上下移动，门10上部设有无水分气体投入口11，使由多个内置弹簧型探针12和测定被测体13温度的温度传感器13构成的探头装置15可在一定范围内自由上下运动；汽缸17，设置在上述箱体9上端的上部支架8处，其一端固定在位于箱体9内侧的门10处，从而可让门10上下移动；多个上述试验箱50排列成一列，由输送装置18将被测体13从设定为一个温度的试验箱50完成温度特性的测定后，移动至其它设定成其它温度的试验箱50中的冷热板3上，这样，将被测体13依次移动于设定为不同温度的各试验箱50，从而进行温度特性的测定。
图5中符号19为设定温度操作部，20为状态显示部。
为了让位于铝制冷热板3下方的热电元件1维持低温(-40度～0度)而拥有双重冷冻结构的场合，需要设置一次热电元件1和二次热电元件1两个热电元件，当用于常温及高温时，只启用上述热电元件1中的一个。
热电元件1为具有珀耳帖(Peltier)效应的冷却加热元件，根据所提供的电源电压极性，实现冷却及加热。热电元件1的双重冷冻结构是，将一次热电元件1吸收的冷热板3的热量，由二次热电元件1作为冷却元件，利用高温度差迅速传递到水冷套5，从而可迅速降低并维持冷热板3的温度。
铝制冷热板3在保存和维持热电元件1的热量的同时，使向被测体13的迅速的热量传递变得可能。另外，内设在冷热板3中的控制用温度传感器2则起到将冷热板3的当前温度传递到控制部6，使冷热板3保持已设定温度的作用。这样，每个试验箱50可通过冷热板3以及内设在其中的控制用温度传感器2，一直维持一定的温度。
如图3所示，门10设有由探针12和监测被测体13温度的温度传感器14所构成的探头装置15，其负责向被测体输入和输出电源及信号。根据被测体13种类不同，探针12的数量也不同，所装备的热电偶或其他种类的温度传感器14可实时测定被测体的温度，而通过形成在门10上端的无水分气体投入口11投入一定量的高纯度氮气，使水雾的发生最小化，并起到除湿效果。
即，为了防止门10开闭时的外部水分的进入，向门10内部不间断地供应无水分气体。
汽缸17开闭门10，同时将探头装置15接触被测体13，并将被测体密切接触于冷热板3上，而水冷套5通过冷却水将热电元件1发出的热量迅速向外部排出。
如图5所示，控制部6包括用于设定温度的温度设定操作部19和由发光二极管(LED)构成并显示当前温度及设定温度的状态显示部20，测定铝制冷热板3的温度，用脉宽调制(PWM)方式对热电元件1的供给电源进行控制，并起到翻转供给电源的极性的作用。而且，将到达已设定温度与否以及错误状态等传输到外部的计算机中。
将多个由上述部件构成的每个试验箱50设置成一列，而每个试验箱50各设定成一个温度，以测定输送过来的被测体13的温度特性。
用来将被测体13依次移送至各个试验箱50的装置一般采用小型输送装置18。其可使用传送带或拾取和放置(Pick and Place)型机器人等方式。
另外，探头装置15由可判断被测体13的温度和产品性能的各种计量仪器的探针12所构成，并安装在门10中，而且随门10一起进行上下移动，并通过被测体13和冷热板3之间的紧密接触，可迅速向被测体13传递热量，同时读出被测体13的温度，以指示测定的开始。
如上所述，可使用一个试验箱50来测定被测体13的温度特性，也可以是将多个试验箱50排列成一列，将需进行温度环境试验的产品放入预先设定为一定温度区域的试验箱50中进行测定、判断后，再移到被设定成另一温度区域的其它试验箱50进行测定。这样，通过被测体13的温度变化速度的提高，以及减小现有温度试验箱所出现的温度不均匀、温度区域中的温度偏差、多探头引起的测定误差，来达到精密测定的目的。
图4表示为了进行4种不同温度环境，而将设定成不同温度的4个试验箱排列成一列并连接的实施例。即，各个试验箱连接成一列，并设置由步进马达、齿轮及传动带组成的输送装置18。图4中的实施例的控制算法如图6所示。
给每个试验箱50分别接通交流电源，而每个试验箱50向控制部6传送等待信号和错误信号，每个试验箱50分别进行温度控制。连接成一列的每个试验箱50达到设定温度时，从控制部6向外部的计算机传送等待信号。而当试验箱5温度控制发生问题时，则传送错误信号，请求停止系统运转。
如连接的装置为等待状态，计算机则向输送装置18发出输送命令。一旦接到输送命令，就启动汽缸17，将门10向上移动，然后启动输送装置18，再启动汽缸17，将门10向下移动，并向计算机传达输送正常与否的信号。
如上所述，通过上述一系列输送过程，输送装置上的被测体13移动至试验箱50内部，而多个被测体13隔着一定间隔同时移动，可同时在不同设定温度的试验箱50中进行温度特性试验。即，多个被测体13分别输送至每个试验箱50中，这样每个试验箱50里只放入一个被测体13并进行测定。
计算机根据每个控制部6传送的等待信号，通过温度传感器14读出被测体13的温度，并进行修正，如果其值在设定温度的设定误差范围内时，则向各试验箱50发出对被测体13进行温度特性测定的命令，并对所测数据进行收集并储存。
这里，如图4所示，在由4个试验箱50构成时，4个被测体13分别在4个试验箱50中进行测定等待，从先进入设定误差范围内的被测体13开始进行温度特性的测定，待所有测定结束后，将全部被测体13移动。这样比按顺序测定节省测定时间。
当各个温度区域的测定全部结束后，再向输送装置18发出命令，重复进行上述操作。
如上所述，本发明在TCXO(温度补偿晶体振荡器，TemperatureCompensated Crystal Oscillator)及晶体振子(Crystal Unit)等需要进行温度检测以及根据正确温度确认特性的产品生产中，可提高生产效率，并减少电力消耗，而且提供很好的作业环境。
权利要求
1.一种利用热传导的温度环境试验设备，其特征为维持特定的温度且被个别控制的多个恒温试验箱(50)排列成一列；设有输送装置(18)，该输送装置(18)将从上述各试验箱(50)完成温度特性测定的被测体(13)移动至设定成另一温度的试验箱(50)中。
2.如权利要求1所述利用热传导的温度环境试验设备，其特征为，试验箱(50)包括冷热板(3)，其下方设有水冷套(5)，而冷热板(3)贴在由一个以上层叠的热电元件(1)上方，并内设有控制用温度传感器(2)；门(10)，设在上述冷热板(3)上方并通过汽缸(17)开闭，而由多个探针(12)和温度传感器(14)构成的探头装置(15)贯通并设置其中；控制部(6)，连接上述控制用温度传感器(2)和热电元件(1)以及外部的计算机。
3.如权利要求2所述利用热传导的温度环境试验设备，其特征为，门(10)设有用于投入除雾及除湿用无水分气体的无水分气体投入口(11)。
4.一种利用热传导的温度环境试验设备的控制方法，利用设定成各不相同温度的多个试验箱(50)，依次对被测体(13)进行温度特性的测定，其特征在于，上述温度环境试验设备控制方法包括以下阶段当连接成一列的每个试验箱(50)温度达到设定温度时，从控制部(6)向外部电脑传送等待信号的阶段；使连接在电脑上的各装置进入等待状态，并向输送装置(18)发出输送命令，使门(10)向上移动的阶段；启动输送装置(18)将被测体(13)移动至试验箱(50)并启动汽缸(17)将门(10)向下移动的阶段；判断输送正常与否，同时将其信号传送至电脑，并进行反馈的阶段；使用温度传感器(14)读出全部被测体(13)的温度，对其进行修正，发出从先进入设定温度误差范围内的被测体(13)开始测定温度命令并进行测定的阶段；对所测定的数据进行收集并储存的阶段。
全文摘要
本发明涉及到使用冷热板的热传导方式的温度环境试验设备，更详细地说，试验涉及由附着在热电元件的冷热板及通过汽缸开闭并设有探针的门所构成的试验箱，以及多个试验箱串列成一列，由输送装置将被测体依次输送至各试验箱，在每个被设定成特定温度、提供不同温度环境的试验箱里，测定被测体的温度特性的温度环境试验设备及其控制方法。其中试验箱包括冷热板，其下方设有水冷套，冷热板贴在由一个以上层叠的热电元件上方，并内设控制用温度传感器；门，设在冷热板上方并通过汽缸开闭，由多个探针和温度传感器构成的探头装置贯通并设置其中；控制部，连接控制用温度传感器和热电元件及外部计算机。
文档编号G01K1/00GK1789937SQ20041009880
公开日2006年6月21日 申请日期2004年12月13日 优先权日2004年12月13日
发明者韩承虎 申请人:新星电子工业(株)