穩(wěn)定精密的環(huán)境是納米三坐標(biāo)測量機(jī)(Nano-CMM)測量的前提。傳統(tǒng)的恒溫室存在成本高、耗能高、以及內(nèi)部人員活動(dòng)會(huì)影響溫控穩(wěn)定性等缺點(diǎn)。目前,根據(jù)綠色、微環(huán)境的理念為各類儀器定制合適的環(huán)境腔是主流做法,工業(yè)級恒溫箱的壓縮機(jī)振動(dòng)強(qiáng)、控溫精度低,而分離式恒溫箱因其風(fēng)機(jī)振動(dòng)也無法滿足微納米測量的高要求。本文針對實(shí)驗(yàn)室已研制的Nano-CMM的測量需求,提出并研制了一套無振動(dòng)低成本式的高精度微型環(huán)境箱。利用電子式半導(dǎo)體制冷片取代傳統(tǒng)壓縮機(jī),并采用組合式箱體設(shè)計(jì),避免分離式系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)帶來的振動(dòng)�？紤]低成本及易裝卸性,根據(jù)Nano-CMM所需空間訂制的鋁型材作為箱體支撐結(jié)構(gòu),亞克力板和納米真空絕熱板制成輕便型隔熱箱體。考慮到置于環(huán)境箱內(nèi)的測量設(shè)備熱源會(huì)導(dǎo)致箱內(nèi)溫度升高,且熱源分布不均勻,故采用單向制冷控溫方式,并將Nano-CMM測量平臺(tái)附近的溫度值回饋至PID控制器。均勻分布于環(huán)境箱頂部的若干個(gè)功率可調(diào)的半導(dǎo)體制冷模塊直接對箱內(nèi)空氣進(jìn)行制冷,避免了風(fēng)扇帶來的振動(dòng)。箱內(nèi)冷空氣均勻向下流動(dòng),與向上流動(dòng)的熱空氣形成自然對流,箱內(nèi)溫度將逐漸趨于PID控制器所設(shè)溫度值并保持穩(wěn)定。利用LabVIEW與MATLAB混合編程的方式實(shí)現(xiàn)了基于PID控制算法的高精度溫度控制程序。具有高親水性的硅膠制作的可循環(huán)除濕器用于抑制箱內(nèi)濕度過高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在設(shè)定值為20℃時(shí),系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.003℃,穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫度變化范圍小于0.03℃,優(yōu)于一級恒溫室規(guī)范(20±0.1℃),箱內(nèi)相對濕度可從66%降到48%左右。此新型環(huán)境箱具有低成本、低能耗、無振動(dòng)、高精度等優(yōu)點(diǎn),不僅適用于本實(shí)驗(yàn)室納米三坐標(biāo)測量機(jī),亦可針對其它精密測量儀器量身制作。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TH721
【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
緒論
    1.1 課題來源及意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
    1.3 主要研究內(nèi)容
第二章 環(huán)境箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.1.1 絕熱材料
        2.1.2 除濕方法
        2.1.3 組裝工藝
    2.2 制冷片原理
        2.2.1 熱電制冷片簡介
        2.2.2 塞貝克效應(yīng)
        2.2.3 湯姆遜效應(yīng)
        2.2.4 帕爾貼效應(yīng)
    2.3 制冷量計(jì)算
        2.3.1 絕熱的方法和類型
        2.3.2 環(huán)境箱的熱傳導(dǎo)原理
        2.3.3 腔體冷負(fù)荷計(jì)算
    2.4 本章小結(jié)
第三章 環(huán)境箱測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    3.1 箱體測控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
        3.1.1 溫度傳感器的選擇
        3.1.2 溫度傳感器標(biāo)定
        3.1.3 高精度溫度測量儀
        3.1.4 多路溫度測量單元
        3.1.5 制冷模塊的驅(qū)動(dòng)電源
        3.1.6 濕度記錄儀
    3.2 箱體測控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
        3.2.1 基于LabVIEW的測控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
        3.2.2 溫度測量部分軟件設(shè)計(jì)
        3.2.3 溫度控制部分軟件設(shè)計(jì)
    3.3 本章小結(jié)
第四章 環(huán)境箱數(shù)學(xué)模型與控制算法
    4.1 箱體數(shù)學(xué)模型建立與仿真
    4.2 PID控制及參數(shù)整定
        4.2.1 PID控制概述
        4.2.2 數(shù)字式PID分類
        4.2.4 系統(tǒng)PID參數(shù)軟件仿真法
    4.3 本章小結(jié)
第五章 測試實(shí)驗(yàn)
    5.1 箱內(nèi)溫度、濕度實(shí)驗(yàn)
        5.1.1 溫度、濕度響應(yīng)實(shí)驗(yàn)
        5.1.2 溫度場實(shí)驗(yàn)
    5.2 環(huán)境箱內(nèi)的納米三坐標(biāo)測量機(jī)傳感器穩(wěn)定式實(shí)驗(yàn)
        5.2.1 邁克爾遜干涉儀跳變量實(shí)驗(yàn)
        5.2.2 納米三坐標(biāo)測量機(jī)穩(wěn)定性測試
        5.2.3 臺(tái)灣大學(xué)環(huán)境箱測試實(shí)驗(yàn)
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 研究總結(jié)
    6.2 研究工作展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況
    1) 參加的學(xué)術(shù)交流與科研項(xiàng)目
    2) 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
    3) 獲得的學(xué)術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙培聰;袁廣超;陳恩;鐘根仔;丁東旭;江用勝;;半導(dǎo)體制冷片對電子元件降溫效果的試驗(yàn)研究[J];流體機(jī)械;2012年03期

2 李保偉;沈顯威;;一種半導(dǎo)體制冷片電源的設(shè)計(jì)[J];醫(yī)療衛(wèi)生裝備;2006年05期

3 李玉蘭;陳金華;徐倆倆;范月圓;;基于單片機(jī)的半導(dǎo)體制冷片溫度控制系統(tǒng)研究[J];農(nóng)業(yè)裝備技術(shù);2013年05期

4 李會(huì)冬;張建民;王浩州;;基于半導(dǎo)體制冷片的溫度采集控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)學(xué)報(bào);2013年01期

5 劉良斌;吳新開;卜志東;;半導(dǎo)體制冷片制冷性能評估系統(tǒng)[J];微型機(jī)與應(yīng)用;2014年02期

6 章喜;孫華燕;李亮;范有臣;;半導(dǎo)體制冷片制作的高能激光靶屏[J];強(qiáng)激光與粒子束;2011年03期

7 肖偉平;黃紹平;;基于模糊PID控制的半導(dǎo)體制冷片溫控系統(tǒng)的研制[J];工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置;2008年06期

8 周倩;黃曾新;劉志強(qiáng);;新型節(jié)能冷熱溫飲水機(jī)[J];制冷技術(shù);2013年02期

9 程勇;;半導(dǎo)體熱電制冷片在汽車保溫箱控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置;2011年05期

10 ;[J];;年期

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前3條

1 ;極度深寒[N];電腦報(bào);2004年

2 洛陽 孫北方;用半導(dǎo)體制冷片給電腦CPU模塊及其它IC塊制冷散熱[N];電子報(bào);2000年

3 廣東 黃躍進(jìn);單片機(jī)控制的家用飲料快速冷熱保溫機(jī)[N];電子報(bào);2003年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 馮建;納米三坐標(biāo)機(jī)之高精度微型環(huán)境箱研制[D];合肥工業(yè)大學(xué);2016年

2 劉良斌;半導(dǎo)體制冷片的絕熱補(bǔ)償評測方法及系統(tǒng)的研究[D];湖南科技大學(xué);2014年

3 李兵;太陽能半導(dǎo)體空氣取水機(jī)工況的極值搜索與控制[D];杭州電子科技大學(xué);2015年

本文編號：2831865