热电致冷晶片温度控制系统之研制与分析课件

熱電致冷晶片溫度控制系統之研製與分析

國立台灣大學生物機電產業工程學系江衍樹林達德

熱電致冷晶片溫度控制系統之研製與分析國立台灣大學生物機電產1前言本實驗是利用熱電半導體的特性，設計一個可以藉由電腦控制電流大小、正反向的電路，來控制通過熱電半導體的電流，以達到控制溫度升降的目的。前言本實驗是利用熱電半導體的特性，設計一個可以藉由電腦控制電2實驗儀器熱電致冷晶片(4485-2，航能)：輸入電流後，最多能夠達到零下６７℃的熱電半導體。Rs232-Rs485訊號轉換模組(ADAM4520，研華)：將要控制的輸出、入訊號轉換到電腦輸出、入的介面，以供電腦程式控制。實驗儀器熱電致冷晶片(4485-2，航能)：輸入電流後，最多3實驗儀器類比訊號輸出模組(ADAM4021，研華)：可輸出0~10伏特的微小電壓訊號，或是0~20毫安培的微小電流。可逆向的放大電路(自行設計製作)：能夠控制微小的電壓訊號放大、平移或是逆向的電路。實驗儀器類比訊號輸出模組(ADAM4021，研華)：可輸出04實驗儀器熱電偶輸入模組(ADAM4011，研華)：可以藉由各型熱電偶讀取溫度。個人電腦(PIII-700)：可以利用程式語言設計溫度控制軟體。水浴循環機(BL-40，YIHDER)：能夠提供零下20℃的環境。實驗儀器熱電偶輸入模組(ADAM4011，研華)：可以藉由各5實驗設備示意圖水浴循環機放大電路熱電致冷晶片類比訊號輸入模組熱電偶輸入模組Rs232-Rs485訊號轉換模組實驗設備示意圖水浴放大電路熱電致冷晶片類比訊號輸入模組熱電偶6實驗方法整合下列三種系統：熱電致冷晶片-主要工作區域，能夠提供一個升溫或降溫的平台。可逆向放大電路-提供熱電致冷晶片所需要的電流。溫度控制系統-整合個人電腦、訊號輸出模組、溫度讀取模組來控制溫度的系統。實驗方法整合下列三種系統：7熱電致冷晶片當直流電通過熱電半導體，會使熱電半導體的兩面產生溫差。(如右圖)熱電致冷晶片當直流電通過熱電半導體，會使熱電半導體的兩面產生8熱電致冷晶片通過電流的大小會影響熱電半導體兩面溫差的大小。電流的反向可以使熱電半導體的高溫面與低溫面互換。熱電致冷晶片通過電流的大小會影響熱電半導體兩面溫差的大小。9可逆向放大電路將微小的類比訊號轉換成我們所需要的電壓。將正向電壓平移，產生負電壓而能供給反向的電流。將電壓放大，才能夠供給足夠的功率驅動熱電致冷晶片。可逆向放大電路將微小的類比訊號轉換成我們所需要的電壓。10可逆向放大電路(I)(II)(III)可逆向放大電路(I)(II)(III)11溫度控制利用BorlandC++Builder設計整套溫度控制軟體由熱電偶讀取熱電致冷晶片工作平面上的溫度將讀取到的溫度以PID法則控制輸出的電壓大小溫度控制利用BorlandC++Builder設計整套溫12溫度控制PID控制法則MN：要輸出的訊號。En：實際溫度與設定溫度的誤差。En-1：前一次控制的誤差。Kp、Ki、Kd：環境的控制參數。溫度控制PID控制法則13實驗結果－降溫控制實驗結果－降溫控制14實驗結果－恆溫控制實驗結果－恆溫控制15實驗結果－升溫控制實驗結果－升溫控制16結論本實驗所設計的溫度控制系統，能夠使控制的溫度誤差低於1.2℃。可以有效的減小設備的體積，並且簡化整個系統的設計。配合PID法則設計的溫度控制軟體，能夠更精確更簡單地來調整系統的參數。

結論本實驗所設計的溫度控制系統，能夠使控制的溫度誤差低於1.17謝謝！謝謝！18熱電致冷晶片溫度控制系統之研製與分析

國立台灣大學生物機電產業工程學系江衍樹林達德

熱電致冷晶片溫度控制系統之研製與分析國立台灣大學生物機電產19前言本實驗是利用熱電半導體的特性，設計一個可以藉由電腦控制電流大小、正反向的電路，來控制通過熱電半導體的電流，以達到控制溫度升降的目的。前言本實驗是利用熱電半導體的特性，設計一個可以藉由電腦控制電20實驗儀器熱電致冷晶片(4485-2，航能)：輸入電流後，最多能夠達到零下６７℃的熱電半導體。Rs232-Rs485訊號轉換模組(ADAM4520，研華)：將要控制的輸出、入訊號轉換到電腦輸出、入的介面，以供電腦程式控制。實驗儀器熱電致冷晶片(4485-2，航能)：輸入電流後，最多21實驗儀器類比訊號輸出模組(ADAM4021，研華)：可輸出0~10伏特的微小電壓訊號，或是0~20毫安培的微小電流。可逆向的放大電路(自行設計製作)：能夠控制微小的電壓訊號放大、平移或是逆向的電路。實驗儀器類比訊號輸出模組(ADAM4021，研華)：可輸出022實驗儀器熱電偶輸入模組(ADAM4011，研華)：可以藉由各型熱電偶讀取溫度。個人電腦(PIII-700)：可以利用程式語言設計溫度控制軟體。水浴循環機(BL-40，YIHDER)：能夠提供零下20℃的環境。實驗儀器熱電偶輸入模組(ADAM4011，研華)：可以藉由各23實驗設備示意圖水浴循環機放大電路熱電致冷晶片類比訊號輸入模組熱電偶輸入模組Rs232-Rs485訊號轉換模組實驗設備示意圖水浴放大電路熱電致冷晶片類比訊號輸入模組熱電偶24實驗方法整合下列三種系統：熱電致冷晶片-主要工作區域，能夠提供一個升溫或降溫的平台。可逆向放大電路-提供熱電致冷晶片所需要的電流。溫度控制系統-整合個人電腦、訊號輸出模組、溫度讀取模組來控制溫度的系統。實驗方法整合下列三種系統：25熱電致冷晶片當直流電通過熱電半導體，會使熱電半導體的兩面產生溫差。(如右圖)熱電致冷晶片當直流電通過熱電半導體，會使熱電半導體的兩面產生26熱電致冷晶片通過電流的大小會影響熱電半導體兩面溫差的大小。電流的反向可以使熱電半導體的高溫面與低溫面互換。熱電致冷晶片通過電流的大小會影響熱電半導體兩面溫差的大小。27可逆向放大電路將微小的類比訊號轉換成我們所需要的電壓。將正向電壓平移，產生負電壓而能供給反向的電流。將電壓放大，才能夠供給足夠的功率驅動熱電致冷晶片。可逆向放大電路將微小的類比訊號轉換成我們所需要的電壓。28可逆向放大電路(I)(II)(III)可逆向放大電路(I)(II)(III)29溫度控制利用BorlandC++Builder設計整套溫度控制軟體由熱電偶讀取熱電致冷晶片工作平面上的溫度將讀取到的溫度以PID法則控制輸出的電壓大小溫度控制利用BorlandC++Builder設計整套溫30溫度控制PID控制法則MN：要輸出的訊號。En：實際溫度與設定溫度的誤差。En-1：前一次控制的誤差。Kp、Ki、Kd：環境的控制參數。溫度控制PID控制法則31實驗結果－降溫控制實驗結果－降溫控制32實驗結果－恆溫控制實驗結果－恆溫控制33實驗結果－升溫控制實驗