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[align=center][size=18px][color=#990000]TEC温控器:半导体制冷片新型超高精度温度程序PID控制器[/color][/size][/align][align=center][color=#666666]TEC Thermostat: A New Type of Ultra-high Precision Temperature Program PID Controller for Semiconductor Refrigerator[/color][/align][color=#990000]摘要:针对目前国内外市场上TEC温控器控温精度差、无法进行程序控温、电流换向模块体积大以及造价高的现状,本文介绍了低成本的超高精度PID控制器。24位模数采集保证了数据采集的超高精度,正反双向控制功能及其小体积大功率电流换向模块可用于半导体制冷、液体加热制冷循环器和真空压力的正反向控制,程序控制功能可实现按照设定曲线进行准确控制,可进行PID参数自整定并可存储多组PID参数。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=18px][color=#990000]一、TEC温控器国内外现状[/color][/size]半导体致冷片(Thermo Electric Cooler)是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的一种片状器件,可通过改变电流方向来实现加热和制冷,在室温附近的温度范围内可作为冷源和热源使用,是目前温度控制精度最高的一种温控器件。在采用半导体制冷片进行控温时,需配合温度传感器、控制器和驱动电源一起使用,它们的选择决定了控温效果和成本。温度传感器可根据精度要求选择热电偶和热电阻传感器,控制器也是如此,但在高精度控制和电源换向模块方面,国内外TEC温控器普遍存在以下问题:(1)目前市场上二千元人民币以下的国内外温控器,普遍特征是数据采集精度不高,大多是12位模数转换,无法充分发挥TEC的加热制冷优势,无法满足高精度温度控制要求。(2)绝大多数低价的TEC温控器基本都没有程序控制功能,只能用于定点控制,无法进行程序升温。(3)极个别厂家具有高精度24位采集精度的TEC温控器,但没有相应的配套软件,用户只能手动面板操作,复杂操作要求的计算机通讯需要用户自己编程,使用门槛较高,而且价格普遍很高。(4)目前国内外在TEC控温上的另一个严重问题是电源驱动模块。在具有加热制冷功能的高档温控器中,TEC控温是配套使用了4个固态继电器进行电流换向,如果再考虑用于固态继电器的散热组件,这使得仅一个电流换向模块往往就会占用较大体积,且同时增加成本。[size=18px][color=#990000]二、国产24位高精度可编程TEC温控器[/color][/size]为充分发挥TEC制冷片的强大功能,并解决上述TEC温控器中存在的问题,控制器的数据采集至少需要16位以上的模数转换器,而且具有编程功能。目前我们已经开发出VPC-2021系列24位高精度可编程通用性PID控制器,如图1所示。此系列PID控制器功能十分强大,配套小体积大功率的电流换向器,可以完全可以满足TEC制冷片的各种应用场合,且性价比非常高。[align=center][color=#990000][img=TEC温控器,650,338]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112232210356263_6759_3384_3.png!w650x338.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图1 国产VPC-2021系列可编程PID温度控制器[/color][/align]VPC-2021系列控制器主要性能指标如下:(1)精度:24位A/D,16位D/A。(2)多通道:独立1通道或2通道。可实现双传感器同时测量及控制。(3)多种输出参数:47种(热电偶、热电阻、直流电压)输入信号,可实现不同参量的同时测试、显示和控制。(4)多功能:正向、反向、正反双向控制、加热/制冷控制。(5)PID程序控制:改进型PID算法,支持PV微分和微分先行控制。可存储20组分组PID,支持20条程序曲线(每条50段)。(6)通讯:两线制RS485,标准MODBUSRTU 通讯协议。(7)软件:通过软件计算机可实现对控制器的操作和数据采集存储。可选各种功率大小的集成式电流换向模块,只需一个模块就可以完成控制电流的自动换向,减小体积和降低成本。[align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]
高低温交变试验箱控制器均是基于嵌入式系统研发,且具有较为明显的地域区分。欧美公司偏向于应用WinCE嵌入式系统作为控制器的操作系统,而亚洲公司则偏向于应用Linux嵌入式系统作为控制器的操作系统。高低温交变试验箱两种控制器嵌入式系统优劣如下: 嵌入式Linux与WinCE相比具有以下优点: 1、Linux是开放源代码的,开发自由度极高;而WinCE则是非开放性OS,实现第三方产品定制成本较高。 2、Linux的内核相对较小、效率较高;而WinCE的系统较为臃肿,占用过多的RAM,应用程序也较为庞大。 3、Linux不仅支持x86芯片,还是一个跨平台的系统。到目前为止,它可以支持20到30种CPU,采用Linux环境开发产品,几乎不会遇到更换平台的困扰。 4、Linux在内核结构的设计中考虑适应系统的可裁减性的要求,Windows CE在内核结构的设计中并末考虑适应系统的高度可裁减性的要求。 嵌入式Linux与WinCE相比具有以下弱点: 1、Linux系统应用软件开发难度较高,需要很高的技术实力;WinCE平台上可以使用微软大部分编程工具,如Visual Basic、Visual C++等,而由于微软编程工具的普及程度极高,使绝大多数的应用软件只需简单的修改和移植就可以在WinCE平台上继续使用。 2、Linux核心调试工具不全,调试不太方便,尚没有很好的用户图形界面;而WinCE则继承了传统的Windows图形界面,实现HMI十分简便。 3、简化后的Linux虽然占用较小的内存,但其稳定性相对与WinCE还是有一定差距。 4、部分Linux的应用程序需要虚拟内存,而嵌入式系统中并没有或不需要虚拟内存,因此并非所有的Linux应用程序都可以在嵌入式系统中运行。
可程式高低温湿热试验箱用来测试材料结构或复合材料,在经极高温及极低温的连续环境下所能忍受的程度,藉以在试验其热胀冷缩所引起的化学变化或物理伤害。适用的对象包括金属,塑料,橡胶,电子……等材料。 1、温度控制仪表采用(触摸屏)全进口超大屏幕画面,荧幕操作简单,程式编辑容易。 2、控制器操作界面设中英文可供选择,实时运转曲线图可由屏幕显示。 3、具有120组程式12000段999循环步骤的容量,每段时间设定最大值为99小时59分。 4、资料及试验条件输入后,控制器具有荧屏锁定功能,避免人为触摸而停机。 5、可在电脑上设计程式,监视试验过程并执行自动开关机等功能。 6、具有自动演算的功能,可将温度变化条件立即修正,使温度控制更为精确稳定。