CN212791037U - 用于物理实验教学的全固态集成式双向温控装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于物理实验教学的全固态集成式双向温控装置，该装置包括底座、散热片、电源接线柱、顶盖、电偶插孔、上基板、下基板、铜基座、固定螺丝、热电偶和温度计、半导体加热片、半导体制冷片、加热温度控制器、制冷温度控制器、电源、开关及电线。该装置外部整体呈盒体式，所述底座上的两侧对应为散热片，顶盖上对应设有与电源连接的电源接线柱。盒体内置的铜基座中心嵌设热电偶和温度计；所述半导体加热片与半导体制冷片平行对应设置于铜基座的上、下端面；并分别与上、下基板对应贴合。该装置将热电偶和温度计接触设置于铜基体半导体控温模块中，实现简单、快捷的温度控制，性能安全可靠，有效提高物理实验效能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于物理实验教学的温控***，特别涉及一种用于物理实验教学的全固态集成式双向温控装置。
背景技术
现今，在大学物理实验项目中，温差电动势测定和热电偶温度计标定实验，热端温度控制一直沿用传统热水壶加热烧水的方法。该方法不仅在实验过程中危险性较大而且实验结果精确性较差，例如加热时水壶外壁温度较高，以及热水蒸气容易烫伤操作学生，热水沸腾溢出水壶容易造成用电器短路或者触电，热水壶降温兑水时需要不断挪动壶盖以及热电偶和温度计，兑水过程中容易造成很强温度梯度以及热电偶和温度计位置不在一起易导致测量不准确，降温后期水壶过满需要额外倒掉部分水后继续兑水降温完成实验。其中特别是热端只能维持在室温以上，不能降低到室温以下，限制了实验的变温范围。因此开发出一套简单有效的温控***，克服上述水浴加热的缺点，安全操作实验过程已迫在眉睫。
同时随着芯片化和智能化的应用产品普及和价格降低，市场上存在很多质优价廉的数字显示全自动智能温度控制器，其测温模块使用热电偶本身，体积很小，同时可以自定义输出功率和工作时间，使用简单方便。同时半导体制冷和半导体制热片也得到广泛应用，其工作原理简单，将两者结合可以实现升温和降温双向控制，并且工作过程中受热均匀，该领域科技的不断发展为本实用新型的创造提供了前提条件。
因此，提供一种结构简单、设计合理、实用性强、性能安全可靠、成本低的用于物理实验教学的全固态集成式双向温控装置，是该领域技术人员亟待着手解决的问题之一。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述不足之处，提供一种结构简单、设计合理、实用性强、性能安全可靠、成本低的用于物理实验教学的全固态集成式双向温控装置。
为实现上述目的本实用新型所采用的技术方案是：一种用于物理实验教学的全固态集成式双向温控装置，其特征在于该装置包括底座、散热片、电源接线柱、顶盖、电偶插孔、上基板、下基板、铜基座、固定螺丝、热电偶和温度计、半导体加热片、半导体制冷片、加热温度控制器、制冷温度控制器、电源、开关及电线；
该装置外部整体呈盒体式，所述底座上的两侧对应为散热片，顶盖上对应设有与电源连接的电源接线柱；盒体正面中心位置，即与盒体内置的铜基座中心平行设有电偶插孔，所述电偶插孔内设有热电偶和温度计；
该装置内部设有控温模块包括的铜质板材的上基板、下基板对应设置于盒体内的上、下部，中间间隔设有铜基座；所述半导体加热片与半导体制冷片分别平行对应设置于铜基座的上、下端面，且分别与上、下基板的端面贴合；
该装置设有的温控模块线路通过电线连接半导体加热片、半导体制冷片、加热温度控制器、制冷温度控制器、电源及开关。
本实用新型的有益效果是：该装置通过利用市场现成的数字式温度控制器，将热电偶和温度计接触设置于铜基半导体控温模块中，在合理有效的结构设计下，实现简单、快捷的温度控制，用于取代现有热水壶烧水控温的方式，在保证相同物理实验原理的情况下，可以有效降低实验操作的复杂性和危险性，同时可以实现升降温过程，进一步提高实验结果的准确性，以促进大学物理实验中实验方法和器材的更新迭代。本实用新型结构简单、设计合理、实用性强、成本低，应用十分广泛，效果非常显著。
附图说明
图1是本实用新型外部结构示意图；
图2是本实用新型内部控温模块结构剖视示意图；
图3是本实用新型温控模块线路连接示意图。
图中：1底座，2散热片，3电源接线柱，4顶盖，5电偶插孔，6上基板，7下基板， 8铜基座，9固定螺丝，10热电偶和温度计，11半导体加热片，12半导体制冷片，13加热温度控制器，14制冷温度控制器，15电源，16开关，17电线。
具体实施方式
以下结合附图和较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式、结构、特征详述如下：
如图1-图3所示，一种用于物理实验教学的全固态集成式双向温控装置，该装置包括底座1、散热片2、电源接线柱3、顶盖4、电偶插孔5、上基板6、下基板7、铜基座8、固定螺丝9、热电偶和温度计10、半导体加热片11、半导体制冷片12、加热温度控制器13、制冷温度控制器14、电源15、开关16及电线17。
如图1所示，该装置外部整体呈矩形盒体式，所述底座1上的两侧对应为散热片2，顶盖4上对应设有与电源15连接的电源接线柱3；盒体正面中心位置，即与盒体内置的铜基座8中心平行设有电偶插孔4，所述电偶插孔5内设有热电偶和温度计10。
如图2所示，该装置内部控温模块包括的铜质板材的上基板6、下基板7对应设置于盒体内的上、下部，中间设有的铜基座8内部通过加工开设电偶插孔5，孔中嵌入热电偶和温度计10。该装置内部控温模块结构包括的半导体加热片11与半导体制冷片12平行对应设置于铜基座8的上、下端面，且分别与上、下基板的端面贴合；其加热和制冷分别实现从室温加热到100℃和从室温制冷到0℃。
温度计可采用体积极小的水滴探头式热电偶温度计，与温度控制器相连直接读取温度，精度和灵敏度都比传统液体温度计高很多；同时体积小巧，可以和实验使用热电偶直接绑定在一起，实现一致测温位置，进一步降低测量误差。所述半导体加热片11和半导体制冷片12分别置于热电偶和温度计10的上、下两侧，利用铜板高热导率的特性，可快速有效实现温度的控制；即升温和降温双向温度设置，可有效克服目前烧水控温的最低室温极限，从而进一步扩展控温范围。
所述上基板6与下基板7厚度为0.5cm -1cm，形状为长方形或正方形，边长为4cm-5cm，略大于中间设置的的半导体加热片11和半导体制冷片12。
该装置四周分布设有固定螺孔，采用固定螺丝9固定整个装置紧密组装。装置内中间设置的铜基座8厚度为1 cm-2cm，尺寸略小于上、下对应设置的半导体加热片11和半导体制冷片12，且铜基座8置于两者的正中。所述铜基座8中部呈内凹弧形收缩并设有圆形通孔横向贯穿，即形成电偶插孔5，电偶插孔5内放置热电偶和温度计10，需加导热硅脂用于有效传递热量。所述半导体加热片11及半导体制冷片12设置的厚度为0.4 cm -0.5cm，尺寸一致，为长方形或正方形，略小于上基板6与下基板7的厚度。该装置也可根据需要选择扩大或缩小尺寸。
如图3所示，该装置设有的温控模块线路通过电线17连接半导体加热片11、半导体制冷片12、加热温度控制器13、制冷温度控制器14、电源15及开关16。
本实用新型设置的温度控制器可选择市售产品，例如：XH-W2024型数字式温度控制器；电源可采用普通12V直流电源，例如：XH-12V15A-180W工业级大功率型电源。温度设置和显示模块采用自动恒温控制器，包括温度控制功能和显示功能，其提供一路制冷控制和一路加热控制，以及两路继电器输出。电源为直流开关电源,为温度控制器和显示器以及半导体制冷和陶瓷加热片提供输出。电源输出为温度控制器提供电源，同时连接控制器两路继电器分别于半导体制冷片和陶瓷加热片连接。温度控制模块中的控制温度热电偶于控制器热电偶输入连接，显示温度热点偶与温度显示器输入连接。该装置测温部分为控制温度热电偶，待标定热电偶用于实验中测量标定使用。
本实用新型中的控温模块为主要创新点，其特点采用高热导率的金属材料铜为上、下基板和中间的铜基座，控温空间置于半导体加热片和半导体制冷片中间；在控温空间中，热电偶和温度计直接绑定，最终实现热电偶高温端的温度控制。
本实用新型的工作原理及实验操作：首先连接电源，打开开关，温度设置和限制器读取当前控温部位温度。结合实验需求，设置控温区域目标温度，可低于室温或高于室温，建议先设置目标温度低于室温，然后逐渐每隔10℃或5℃增加，最后到达100℃。温度控制器根据设置目标温度和室温比较，控制加热或制冷输出，从而实现从室温上升或下降的双向控制。温度控制器中的待标定热电偶在到达设置目标温度稳定后即可测量对应温差电动势；整个装置控制可以重复进行多次，从而更加保证实验数据的准确性。
上述参照实施例对该用于物理实验教学的全固态集成式双向温控装置进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的；因此在不脱离本实用新型总体构思下的变化和修改，应属本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于物理实验教学的全固态集成式双向温控装置，其特征在于该装置包括底座、散热片、电源接线柱、顶盖、电偶插孔、上基板、下基板、 铜基座、固定螺丝、热电偶和温度计、半导体加热片、半导体制冷片、加热温度控制器、制冷温度控制器、电源、开关及电线；
该装置外部整体呈盒体式，所述底座上的两侧对应为散热片，顶盖上对应设有与电源连接的电源接线柱；盒体正面中心位置，即与盒体内置的铜基座中心平行设有电偶插孔，所述电偶插孔内设有热电偶和温度计；
该装置内部设有控温模块包括的铜质板材的上基板、下基板对应设置于盒体内的上、下部，中间间隔设有铜基座；所述半导体加热片与半导体制冷片分别平行对应设置于铜基座的上、下端面，且分别与上、下基板的端面贴合；
该装置设有的温控模块线路通过电线连接半导体加热片、半导体制冷片、加热温度控制器、制冷温度控制器、电源及开关。
2.根据权利要求1所述的用于物理实验教学的全固态集成式双向温控装置，其特征在于所述铜基座中部呈内凹弧形收缩并设有圆形通孔横向贯穿，即形成电偶插孔；所述铜基座厚度为1 cm-2cm。
3.根据权利要求1所述的用于物理实验教学的全固态集成式双向温控装置，其特征在于所述上基板与下基板为铜质基板，形状为长方形或正方形，其厚度为0.5cm -1cm，边长为4cm-5cm。
4.根据权利要求1所述的用于物理实验教学的全固态集成式双向温控装置，其特征在于所述半导体加热片及半导体制冷片为长方形或正方形，设置的厚度为0.4 cm -0.5cm，边长为3.5cm-4.5cm。
5.根据权利要求1所述的用于物理实验教学的全固态集成式双向温控装置，其特征在于该装置四周分布设有固定螺孔，采用固定螺丝形成一体。
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