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熱電致冷晶片溫度控制系統之研製與分析

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. 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。. 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.

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熱電致冷晶片溫度控制系統之研製與分析

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  1. 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

  2. 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。

  3. 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。

  4. 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。

  5. 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，YIH DER)：能夠提供零下20℃的環境。

  6. 實驗設備示意圖 類比訊號輸入模組 放大電路 Rs232-Rs485訊號轉換模組 水浴 循環機 熱電致冷晶片 熱電偶輸入模組

  7. 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。

  8. 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)

  9. 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。

  10. 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。

  11. 可逆向放大電路 (I) (III) (II)

  12. 溫度控制 • 利用Borland C++ 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

  13. 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。

  14. 實驗結果－降溫控制

  15. 實驗結果－恆溫控制

  16. 實驗結果－升溫控制

  17. 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。

  18. 謝謝！

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