熱轉(zhuǎn)移過程的阻力稱為熱阻,指的是當熱量流經(jīng)物體時,導致物體兩側(cè)產(chǎn)生的溫差與熱流之間的比值。當物體的熱阻可以根據(jù)實際的需要實現(xiàn)變化時,即為可變熱阻�？勺儫嶙柙诜课萁ㄖ�(jié)能、測試等方面有著重要應用。但目前未見有在溫度控制方面進行應用。目前的溫度控制技術(shù)在溫度控制精度上取得了較好的效果。但是在應用例如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等控制方式的過程中,需要使用者具備較高的理論基礎(chǔ),給廣大的用戶帶來了不便。本文提出了一種自供能變熱阻溫度控制方法,將可變熱阻應用在溫度控制裝置中,通過對可變熱阻應用以適當?shù)目刂品绞?使得在基礎(chǔ)控溫的精度得以提高,并降低用戶使用的復雜程度。首先,為了得到基于半導體制冷元件的自供能變熱阻特性的實驗數(shù)據(jù),本文采用保護熱板法,通過設(shè)定主加熱板功率和冷端溫度等方式,得到了TEC1-12704(40),TES1-12704(30),TEC1-12705(40),TEC1-12706(40),TES1-3105(15),TEC1-3105(20)六種型號半導體制冷元件的自供能變熱阻特性,實驗表明:半導體制冷元件的熱阻隨著整體溫度的升高而降低,其熱阻變化范圍的絕對值變化值小于0.4K W~(1-);不同型號元件之間熱阻大小關(guān)系,與元件內(nèi)部半導體對的對數(shù)成反比關(guān)系,與其內(nèi)部半導體的長度與橫截面積的比值成反比關(guān)系,和其他文獻中通過模擬獲得的結(jié)論吻合,并可為自供電可變熱阻的實際應用提供依據(jù);增加半導體制冷元件的串聯(lián)疊加片數(shù)可使得可變熱阻的阻值以及變化范圍均可有效增大;本文中的實驗數(shù)據(jù)與理論值相比,偏差低于0.4K W~(1-)。其次,為了能對自供能可變熱阻實現(xiàn)自動化控制,設(shè)計并研究基于模擬電路的可變電阻和基于數(shù)字電位器的可變電阻�；谀M電路的可變電阻,由基電阻、單片機STC89C52、數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD7521、運算放大電路構(gòu)成,基于數(shù)字電位器的可變電阻器由單片機STC89C52控制數(shù)字電位器X9C102與固態(tài)繼電器KS1-60DD的并聯(lián)電路構(gòu)成。通過實驗研究分析,后者取得了較好的實驗效果,可實現(xiàn)與滑動變阻器相同的可變電阻功能,并將其應用到后續(xù)實驗中。為了在后續(xù)實驗中更方便的應用PID控制以實現(xiàn)好的控制效果,在本文中開發(fā)了基于LabVIEW的PID自整定溫度控制系統(tǒng),可達到±0.1℃的控制精度,并可將其應用在對可變熱阻的PID控制實驗中。單片機對執(zhí)行器的控制采用PWM控制。最后,為了觀察可變熱阻對溫控精度提升的效果,分別針對高于室溫和低于室溫的工況設(shè)計了實驗裝置,設(shè)定加熱板、半導體制冷元件以及散熱風扇供給電壓,對加熱板和半導體制冷元件分別進行雙位控制,在對應用到實驗裝置中的可變熱阻進行分別進行雙位控制和PID控制后,高于室溫工況下的溫控精度由基礎(chǔ)溫控精度-0.25℃~+0.13℃提高到了±0.06℃,低于室溫工況下的溫控精度由基礎(chǔ)溫控精度-0.1℃~+0.17℃提高到了-0.06℃~+0.09℃。由此可得,加入可變熱阻對溫控精度的提升有良好的效果。
【學位單位】：青島大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TK124

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