基于温差电效应的自供能变热阻特性及温控应用研究

发布时间：2020-08-31 15:16

　　 热转移过程的阻力称为热阻,指的是当热量流经物体时,导致物体两侧产生的温差与热流之间的比值。当物体的热阻可以根据实际的需要实现变化时,即为可变热阻。可变热阻在房屋建筑节能、测试等方面有着重要应用。但目前未见有在温度控制方面进行应用。目前的温度控制技术在温度控制精度上取得了较好的效果。但是在应用例如模糊控制、神经网络控制等控制方式的过程中,需要使用者具备较高的理论基础,给广大的用户带来了不便。本文提出了一种自供能变热阻温度控制方法,将可变热阻应用在温度控制装置中,通过对可变热阻应用以适当的控制方式,使得在基础控温的精度得以提高,并降低用户使用的复杂程度。首先,为了得到基于半导体制冷元件的自供能变热阻特性的实验数据,本文采用保护热板法,通过设定主加热板功率和冷端温度等方式,得到了TEC1-12704(40),TES1-12704(30),TEC1-12705(40),TEC1-12706(40),TES1-3105(15),TEC1-3105(20)六种型号半导体制冷元件的自供能变热阻特性,实验表明:半导体制冷元件的热阻随着整体温度的升高而降低,其热阻变化范围的绝对值变化值小于0.4K W~(1-);不同型号元件之间热阻大小关系,与元件内部半导体对的对数成反比关系,与其内部半导体的长度与横截面积的比值成反比关系,和其他文献中通过模拟获得的结论吻合,并可为自供电可变热阻的实际应用提供依据;增加半导体制冷元件的串联叠加片数可使得可变热阻的阻值以及变化范围均可有效增大;本文中的实验数据与理论值相比,偏差低于0.4K W~(1-)。其次,为了能对自供能可变热阻实现自动化控制,设计并研究基于模拟电路的可变电阻和基于数字电位器的可变电阻。基于模拟电路的可变电阻,由基电阻、单片机STC89C52、数模转换器AD7521、运算放大电路构成,基于数字电位器的可变电阻器由单片机STC89C52控制数字电位器X9C102与固态继电器KS1-60DD的并联电路构成。通过实验研究分析,后者取得了较好的实验效果,可实现与滑动变阻器相同的可变电阻功能,并将其应用到后续实验中。为了在后续实验中更方便的应用PID控制以实现好的控制效果,在本文中开发了基于LabVIEW的PID自整定温度控制系统,可达到±0.1℃的控制精度,并可将其应用在对可变热阻的PID控制实验中。单片机对执行器的控制采用PWM控制。最后,为了观察可变热阻对温控精度提升的效果,分别针对高于室温和低于室温的工况设计了实验装置,设定加热板、半导体制冷元件以及散热风扇供给电压,对加热板和半导体制冷元件分别进行双位控制,在对应用到实验装置中的可变热阻进行分别进行双位控制和PID控制后,高于室温工况下的温控精度由基础温控精度-0.25℃~+0.13℃提高到了±0.06℃,低于室温工况下的温控精度由基础温控精度-0.1℃~+0.17℃提高到了-0.06℃~+0.09℃。由此可得,加入可变热阻对温控精度的提升有良好的效果。
【学位单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK124

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本文编号：2808982