一种用于采样吸附管的半导体制冷器温控装置

1.本发明属于温控领域，具体涉及一种用于采样吸附管的半导体制冷器温控装置。


背景技术：

2.随着经济的快速发展，国民生活水平也在随着不断提高，但日益严重的环境问题越来越被人们重视，如何使人们在安全健康的环境下生存是当下急需解决的问题，而通过环境监测技术可以较为客观的体现环境所发生的变化，并通过监测数据为相关部门提供解决环境问题的方向或针对方法，所以监测结果的准确性很重要。
3.现有的vocs采样技术中，如中国授权专利“可高效吸附的vocs检测用吸附管(公开号cn212301032u)”,利用含有合适吸附剂的吸附管采集固定污染源废气和环境空气中所排放的挥发性有机物即vocs是较为常用的方式，但在现场采样过程中，现场环境的温度对吸附管内的吸附剂的吸附性能有一定的影响。当环境温度较高时，吸附剂对于低沸点vocs的吸附性能下降，造成监测结果误差较大。


技术实现要素：

4.为克服现有技术中存在的问题，本技术提供一种用于采样吸附管的半导体制冷器温控装置，在采样过程中维持吸附管在低温，减少温度变化对吸附管吸附性能的影响，提高采样效率和可靠性。
5.为了实现前述发明目的，本发明提供的一种用于采样吸附管的半导体制冷器温控装置，包括控制系统、半导体制冷模块、导冷块、散热模块、温度检测模块、按键调整输入模块和显示模块，
6.控制系统包括单片机最小系统和驱动电路；
7.半导体制冷模块用于给导冷块降温，包括冷面和热面，半导体制冷模块的冷面与导冷块连接，热面与散热模块连接，所述散热模块利用循环水散热；
8.温度检测模块固定设置在导冷块上以用于测量导冷块的温度；
9.按键调整输入模块用于通过按键给温控装置设定温度值；
10.显示模块用于实时显示温度；
11.其中，温度检测模块和按键调整输入模块均分别与单片机最小系统的输入端连接，单片机最小系统的输出端通过驱动电路与半导体制冷模块和显示模块连接。
12.进一步地，所述控制系统还包括电源供电模块，用于给温控装置提供电源。
13.进一步地，半导体制冷模块包括第一半导体制冷器和第二半导体制冷器，第一半导体制冷器和第二半导体制冷器的冷面均分别与导冷块连接，且第一半导体制冷器和第二半导体制冷器均通过驱动电路与单片机最小系统的输出端连接；
14.散热模块包括第一水冷头和第二水冷头，第一水冷头与第一半导体制冷器的热面连接，第二水冷头与第二半导体制冷器的热面连接。
15.散热模块是所述第一半导体制冷器、第二半导体制冷器热面的冷却装置，冷却方
式为水冷，循环水通过所述第一水冷头、第二水冷头吸收所述第一半导体制冷器、第二半导体制冷器热面的热量，经所述循环水泵通过管道输送到所述水排冷，所述水排冷配有所述散热风扇，提高散热性能。
16.进一步地，散热模块还包括循环水泵、水箱、水排冷和散热风扇，循环水泵的进水端与水箱连通，出水端通过管道与第一水冷头和第二水冷头的进水口均连通，第一水冷头和第二水冷头的出水口均通过管道与水箱连通。
17.进一步地，所述导冷块底面和顶面分别与所述第一半导体制冷器和第二半导体制冷器的冷面通过导热硅脂连接。
18.进一步地，所述第一半导体制冷器和第二半导体制冷器采用多片半导体制冷片串联，形成大功率的半导体制冷器，所述第一半导体制冷器和第二半导体制冷器的一面为温度下降并且吸热的冷面；另一面为温度上升并且放热的热面。
19.进一步地，所述温度检测模块为热电偶或温度传感器，热电偶或温度传感器与导冷块贴合连接。
20.进一步地，所述控制模块采用单片机控制电路，是系统温控电路结构的核心，包括电源供电模块、最小单片机系统、驱动电路。所述电源供电模块将外接电源转换为单片机、半导体制冷器、循环水泵和散热风扇等用电器件各自所需的电压；所述最小单片机系统是系统温控电路结构的核心，所述最小单片机系统实现对所述温度检测模块温度的采集、处理与通过驱动电路实现对所述第一半导体制冷器、第二半导体制冷器的控制以及将温度实时显示在所述显示模块。所述驱动电路使用通断控制方式来驱动所述第一半导体制冷器和第二半导体制冷器，所述驱动电路采用直流脉宽调制技术即pwm占空比调节的方式，通过h桥驱动芯片来实现控制所述第一半导体制冷器和第二半导体制冷器两端电压的通断。在所述导冷块的实时温度不小于设置值的情况下，通过所述控制系统的温度pid运算程序，产生的结果通过所述控制系统内置pwm模块控制制冷模块工作电压以及工作时间，提高系统在小温度范围内的稳定性。
21.进一步地，所述按键调整输入模块包含三个按键：两个温度调节按键和一个复位按键，两个温度调节按键用于调低或调高温度，所述复位按键被用来防止在单片机系统在运行过程中出现跑飞等故障。
22.进一步地，所述显示模块采用数码管或lcd显示屏，用于输出当前温度与设置温度。
23.与最接近的现有技术相比，本发明能够实现的有益效果至少如下：
24.1、一种用于采样吸附管的半导体制冷器温控装置主要由制冷器，散热模块和控制系统组成，具有结构紧凑体积小、操作简单、无环境污染等优点。
25.2、本发明中，单片机通过pid控制算法采用直流脉宽调制技术即pwm占空比调节的方式来控制第一半导体制冷器和第二半导体制冷器两端电压通断，通过驱动电路驱动所述第一半导体制冷器和第二半导体制冷器。
26.3、为了实现半导体制冷器较大制冷功率的需求，采用多片半导体制冷器串联，形成大功率的半导体制冷器。
27.4、本发明提供的温控装置，当所述温度检测模块检测到导冷块温度高于通过所述按键调整输入模块设置的温度时，经所述单片机最小系统内置pid算法控制所述驱动电路，
所述第一半导体制冷器和第二半导体制冷器开始工作，给所述导冷块降温，从而降低吸附管的温度；当所述温度检测模块检测到导冷块块温度低于通过所述按键调整输入模块设置的温度时，所述第一半导体制冷器和第二半导体制冷器停止工作，使所述导冷块的温度稳定在设置值，从而可以稳定吸附管的温度，以减少温度变化对吸附管吸附性能的影响。
附图说明
28.图1是本发明实施例提供的一种用于采样吸附管的半导体制冷器温控装置结构示意图。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
30.以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除明确说明要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
31.如图所示，本发明提供的本发明提供的一种用于气体(包括但不限于volatile organic compounds，即vocs)采样吸附管的半导体制冷器温控装置，包括控制系统1、半导体制冷模块、导冷块2、散热模块、温度检测模块3、按键调整输入模块4和显示模块5。使用时，采样吸附管以嵌入式贴合导冷块2，插入使用。
32.控制系统1包括单片机最小系统和驱动电路；半导体制冷模块用于给导冷块2降温，包括冷面和热面，半导体制冷模块的冷面与导冷块2连接，热面与散热模块连接，散热模块工作状态随着制冷模块工作状态的改变而改变；温度检测模块3固定设置在导冷块2上以用于测量导冷块2的温度；按键调整输入模块4用于通过按键给温控装置设定温度值；显示模块5用于实时显示温度；其中，温度检测模块3和按键调整输入模块4均分别与单片机最小系统的输入端连接，单片机最小系统的输出端通过驱动电路与半导体制冷模块和显示模块5连接。驱动电路通过通断控制方式来驱动所述半导体制冷模块。
33.在本发明其中一个实施例中，控制系统1还包括电源供电模块，用于给温控装置提供电源。
34.在本发明其中一个实施例中，半导体制冷模块包括第一半导体制冷器6和第二半导体制冷器7，第一半导体制冷器6和第二半导体制冷器7的冷面均分别与导冷块2连接，且第一半导体制冷器6和第二半导体制冷器7均通过驱动电路与单片机最小系统的输出端连接。所述第一半导体制冷器6和第二半导体制冷器7的一面是电流方向从n至p，温度下降并且吸热的冷面；另一面是电流方向是从p至n，温度上升并且放热的热面。
35.优选地，在本发明其中一个实施例中，所述第一半导体制冷器6和第二半导体制冷器7均分别包括多片串联的半导体制冷片。为了实现半导体制冷器较大制冷功率的需求，采
用多片半导体制冷片串联，形成大功率的半导体制冷器。
36.优选地，所述第一半导体制冷器6和第二半导体制冷器7通过导热硅脂连接所述导冷块2。
37.所述控制模块采用单片机控制电路，是系统温控电路结构的核心。所述电源供电模块将外接电源转换为单片机最小系统、第一半导体制冷器6和第二半导体制冷器7、循环水泵10和散热风扇13等用电器件各自所需的电压；所述最小单片机系统是系统温控电路结构的核心，所述最小单片机系统实现对所述温度检测模块温度的采集、处理与通过驱动电路实现对所述第一半导体制冷器6、第二半导体制冷器7的控制以及将温度实时显示在所述显示模块。所述驱动电路使用通断控制方式来驱动所述第一半导体制冷器6和第二半导体制冷器7，所述驱动电路采用直流脉宽调制技术即pwm占空比调节的方式，通过h桥驱动芯片来实现控制所述第一半导体制冷器和第二半导体制冷器两端电压的通断。
38.在本发明其中一个实施例中，所述温度检测模3块贴合设置在导冷块2一面。
39.在本发明其中一个实施例中，所述散热模块利用循环水散热，包括第一水冷头8、第二水冷头9、水排冷12、循环水泵10、水箱和11散热风扇13；所述第一水冷头8、第二水冷头9分别连接第一半导体制冷器6和第二半导体制冷器7的热面，是所述第一半导体制冷器、第二半导体制冷器热面的冷却装置，冷却方式为水冷，循环水通过所述第一水冷头8、第二水冷头9吸收所述第一半导体制冷器6、第二半导体制冷器7热面的热量，经所述循环水泵通过管道输送到所述水排冷12，所述水排冷12上安装有所述散热风扇以提高散热性能，散热后的循环水回到水箱形成循环。通过循环冷却水方式带走半导体制冷片发热端产生的热量，冷却水通过水冷排与空气换热降温，便于保证装置的正常工作和使用寿命。
40.在本发明其中一个实施例中，所述控制模块获得所述温度检测模块的温度数值和通过按键调整输入模块设置的温度值后，最小单片机系统经过pid控制算法处理后通过驱动电路采用直流脉宽调制技术即pwm占空比调节的方式来控制第一半导体制冷器和第二半导体制冷器两端电压通断，实现对所述第一半导体制冷器和第二半导体制冷器的控制。
41.在本发明其中一个实施例中，温度检测模块实时采集导冷块2的温度，当所述温度检测模块检测到导冷块2的温度高于通过所述按键调整输入模块设置的温度时，经所述最小单片机系统内置pid算法控制所述驱动电路，所述第一半导体制冷器6和第二半导体制冷器7开始工作，给所述导冷块2降温。
42.当所述温度检测模块检测到导冷块块温度低于通过所述按键调整输入模块设置的温度时，所述第一半导体制冷器6和第二半导体制冷器7停止工作，使所述导冷块2的温度稳定在设置值。
43.吸附管在采样时，本发明实施例提供的温控装置在吸附管采样过程中可以维持吸附管在低温，减少温度变化对吸附管吸附性能的影响，提高采样效率和可靠性。
44.涉及到电路和内部电子元器件和模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于软件的改进。
45.以上所述，仅是对本发明优选实施例的描述说明，并非对本发明保护范围的限定，显然，任何熟悉本领域的技术人员基于上述实施例，可轻易想到替换或变化以获得其他实施例，这些均应涵盖在本发明的保护范围之内。