專利名稱：微型光纖光譜儀恒溫箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于精密器件恒溫?fù)Q熱領(lǐng)域，涉及一種適用于微型光纖光譜儀恒溫的裝置。具體講是一種可以在特定容積的箱體內(nèi)實(shí)現(xiàn)將內(nèi)環(huán)境溫度控制在一定范圍的恒溫?fù)Q熱裝置，這種裝置主要適用于光譜儀、光學(xué)鏡頭、光機(jī)等受溫度波動(dòng)影響較大的精密器件的恒溫。
背景技術(shù)：
光譜儀是一種將成分復(fù)雜的光分解為光譜線的科學(xué)儀器，利用光譜儀可對(duì)物體反射的光線進(jìn)行分析與測(cè)量，即通過(guò)光譜儀對(duì)物質(zhì)反射光進(jìn)行的定性及定量分析可以獲取該 物質(zhì)的宏觀及微觀結(jié)構(gòu)。這種基于光譜分析技術(shù)及光學(xué)探測(cè)器技術(shù)的光譜儀在環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品檢測(cè)、臨床醫(yī)學(xué)檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)室物理化學(xué)分析、工業(yè)過(guò)程監(jiān)控等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)隨著CCD陣列探測(cè)技術(shù)及光纖技術(shù)的逐漸成熟，微型光纖光譜儀在上述領(lǐng)域中的應(yīng)用前景日益廣闊。這種光譜儀具有體積小巧、便于攜帶，適應(yīng)不同工作場(chǎng)所及工藝條件，技術(shù)精度較高等優(yōu)勢(shì)；但是也存環(huán)境溫度敏感性較強(qiáng)的缺點(diǎn)，溫度的較大波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致光譜儀內(nèi)置的微型光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)中某些器件發(fā)生熱變形而導(dǎo)致聚焦不準(zhǔn)、光線偏移等問題，同時(shí)也會(huì)使CCD探測(cè)器的信噪比嚴(yán)重降低。因此，有效的恒溫及換熱方式成為保證微型光纖光譜儀可靠運(yùn)行的重要條件。現(xiàn)有的恒溫箱有蒸氣壓縮式和液冷式，它們主要存在以下問題首先，一般體積較大，對(duì)壓縮機(jī)等機(jī)電設(shè)備有所依賴，很難做到小型化或?qū)植凯h(huán)境恒溫。其次，換熱過(guò)程需要添加制冷劑，通過(guò)介質(zhì)的相變來(lái)實(shí)現(xiàn)吸、放熱，效率較低。再次，制冷劑的泄露可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成不利影響。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種有適用于微型光纖光譜儀等光機(jī)器件的恒溫裝置，該裝置能在較小的空間內(nèi)對(duì)小型化器件進(jìn)行整體或局部的精確控溫，所配置的恒溫箱外殼隔熱性、氣密性較好。本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案如下的一種微型光纖光譜儀恒溫箱，其特征是它包括恒溫箱外殼A、主安裝板B和制冷模塊C，其中恒溫箱外殼A和制冷模塊C分別連接在主安裝板B的兩側(cè)，所述恒溫箱外殼A和主安裝板B之間形成一個(gè)容納室，主安裝板B中部開有插口，所述制冷模塊C的一側(cè)經(jīng)由主安裝板B的插口置于所述容納室內(nèi)。本實(shí)用新型中制冷模塊C包括TEC熱電制冷片、散冷器和散熱器，TEC熱電制冷片夾設(shè)于散冷器和散熱器之間，所述散冷器和散熱器外側(cè)各裝一軸流風(fēng)機(jī)，其中散冷器及其外側(cè)的軸流風(fēng)機(jī)置于所述容納室內(nèi)。所述散熱器與TEC熱電制冷片相配合的面上設(shè)有兩凸臺(tái)，TEC熱電制冷片嵌裝于兩凸臺(tái)間，并與散冷器和散熱器固定連接，散冷器和散熱器的接觸面設(shè)有玻纖棉隔熱墊。所述恒溫箱外殼A是由外層殼體I和內(nèi)層殼體2圍成的中空罩殼,其內(nèi)、夕卜層殼體之間填充有聚氨酯發(fā)泡材料。所述恒溫箱外殼A與主安裝板B的配合面設(shè)有硅膠隔熱墊。所述恒溫箱外殼A上預(yù)留有引線接口。所述容納室內(nèi)設(shè)有光譜儀支撐架。本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)I、本實(shí)用新型的恒溫箱相比蒸氣壓縮式和液冷式恒溫箱，具有不需制冷劑、換熱 效率高、體積小巧、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、可連續(xù)工作便于控溫等顯著優(yōu)點(diǎn)。在溫度控制范圍、空間密封性、保溫與隔熱效果等方面都可滿足微型光纖光譜儀的工作溫度環(huán)境。2、本實(shí)用新型的恒溫箱空間針對(duì)性強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)體積較小的微型光纖光譜儀核心器件在較小的密閉空間內(nèi)進(jìn)行精確制冷，避免了不必要的制冷量浪費(fèi)。3、它還具有輕巧簡(jiǎn)便，可以適應(yīng)不同的工作場(chǎng)所；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)。換熱效率高，冷熱側(cè)分別安裝軸流風(fēng)扇，強(qiáng)迫空氣對(duì)流換熱。4、該恒溫箱體的絕熱性能及密封性能較好，能夠避免水蒸氣進(jìn)入導(dǎo)致的散冷片結(jié)露。


圖I是本實(shí)用新型的剖面示意圖。圖2是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖3是本實(shí)用新型的制冷模塊C的主視圖。圖4是本實(shí)用新型的恒溫箱外殼A的主視圖。圖中1-外層殼體，2-內(nèi)層殼體，3-被恒溫器件(微型光纖光譜儀)，4_2W軸流風(fēng)扇，5-散冷器，6-TEC熱電制冷片，7-測(cè)溫電阻Pt 100，8-光纖接口，9-光譜儀支撐板，10-主安裝板，11-硅膠隔熱墊，12-散熱器，13-5W軸流風(fēng)扇，14-風(fēng)道，15-穿板螺栓，16-玻纖棉隔熱墊。A表不恒溫箱外殼、B表不主安裝板、C表不制冷模塊。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做具體描述。如圖I、圖2所示，本實(shí)用新型的微型光纖光譜儀恒溫箱，包括恒溫箱外殼A、主安裝板B和制冷模塊C三個(gè)部分。其中恒溫箱外殼A和制冷模塊C分別連接在主安裝板B的兩側(cè)，恒溫箱外殼A和主安裝板B之間形成一個(gè)容納室，主安裝板B中部開有插口，制冷模塊C的一側(cè)經(jīng)由主安裝板B的插口置于容納室內(nèi)，形成了一個(gè)約0. 6L的恒溫密封空間。制冷模塊C與恒溫箱外殼A分別通過(guò)螺栓固定在主安裝板B兩側(cè)；制冷模塊C與主安裝板的接觸面上預(yù)裝有玻纖棉隔熱墊16。恒溫箱外殼A與主安裝板B之間設(shè)有硅膠隔熱墊11，它起到隔熱、密封作用。如圖3所示，散冷器5和散熱器12分別貼合在TEC熱電制冷片6兩側(cè)，用穿板螺栓15將它可靠固定，在TEC表面均勻涂抹導(dǎo)熱硅脂。TEC熱電制冷片的冷側(cè)、熱側(cè)的轉(zhuǎn)換可以通過(guò)調(diào)整輸入電流的方向來(lái)實(shí)現(xiàn)。風(fēng)道14通過(guò)螺釘安裝在散熱器12的表面，5W軸流風(fēng)扇13緊密貼合與風(fēng)道12的進(jìn)風(fēng)孔上，在TEC熱側(cè)的散熱器12表面形成了強(qiáng)迫風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，有效提高熱側(cè)換熱效率；2W軸流風(fēng)扇4則被安裝在散冷器6表面，可有效提高冷側(cè)熱交換效率，并能是恒溫箱內(nèi)溫度場(chǎng)分布更均勻。上述組件組成了制冷模塊C。散熱器12與TEC貼合面設(shè)有上、下凸臺(tái)，TEC熱電制冷片尺寸規(guī)格可采用60 X 60 X 6，即TEC厚度僅為6_，因此在散熱器上設(shè)置了約65 X 65 X 6的上、下凸臺(tái)，TEC即被安裝于凸臺(tái)內(nèi)，該凸臺(tái)面積略大于TEC上表面,并有一定厚度,可將散熱器與散冷器底板距離拉開，并在散熱器和散冷器兩面板之間加入厚度為12mm的玻纖棉隔熱層，防止兩板間熱短路，影響制冷效果。本實(shí)用新型的制冷模塊C采用了 TEC熱電制冷技術(shù)，其核心部件是一種用半導(dǎo)體材料制成的TEC熱電制冷片，該制冷片是通過(guò)半導(dǎo)體材料的溫差電效應(yīng)(又稱帕爾貼效應(yīng))在制冷片的兩側(cè)分別實(shí)現(xiàn)吸、放熱；TEC制冷片的兩根導(dǎo)線分別接入12V直流電源，當(dāng)電流通過(guò)制冷片時(shí)，制冷片的一面會(huì)吸熱，另一面則會(huì)放熱，當(dāng)通入的電流方向變化時(shí)，TEC的冷、熱側(cè)也隨之轉(zhuǎn)換；本實(shí)用新型采用的TEC制冷片額定功率為15W，通過(guò)預(yù)埋在恒溫箱內(nèi)的PtlOO熱電阻采集溫度信號(hào)，并將信號(hào)反饋至計(jì)算機(jī)控制端的溫控模塊，當(dāng)箱內(nèi)溫度超出預(yù)設(shè)的恒溫范圍時(shí)，通過(guò)改變電流方向或控制TEC模塊的起停來(lái)實(shí)現(xiàn)控溫。若在其冷、熱側(cè)分別安裝鋁翅片散熱器，則能充分發(fā)揮其換熱性能。本實(shí)用新型所述的恒溫箱，正式基于這種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖4所示，本實(shí)用新型的恒溫箱外殼A由外層殼體I與內(nèi)層殼體2粘合而成，內(nèi)、外層殼體均為注塑件，粘合后形成中空結(jié)構(gòu)，將聚氨酯發(fā)泡填充到中空的內(nèi)外殼之間，使得所述恒溫箱外殼A具有很高的絕熱性能。光譜儀支撐板被穩(wěn)定的安裝于容納室內(nèi)部底板上，由螺絲緊固，而光譜儀則可靠的安裝在該支撐板上，光纖、通訊線均由外殼預(yù)留接口引出，引出口的接縫用絕緣密封膠泥封死。光譜儀上表面可安裝Ptioo熱電阻，將箱內(nèi)溫度信息反饋至計(jì)算機(jī)終端的溫控模塊上，實(shí)現(xiàn)控溫。制冷模塊、恒溫箱外殼從正反兩面通過(guò)螺栓固定在主安裝板上，主安裝板為板式框架結(jié)構(gòu)(中部為插口)，散冷器透過(guò)該主安裝板進(jìn)入恒溫箱外殼，對(duì)外殼內(nèi)部空間進(jìn)行制冷；該主安裝板起到了支撐并連接上述制冷模塊及外殼的作用。主安裝板與恒溫外殼、制冷模塊間的接觸面上貼有硅膠隔熱層，防止由外向內(nèi)的熱傳導(dǎo)及輻射。在所述安裝板與外殼的接合面邊緣的齒口處，均預(yù)填了絕緣密封膠泥。由此，制冷模塊與恒溫箱空間完整的結(jié)合在一起了。本實(shí)用新型的制冷模塊具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)TEC熱電制冷的頂面設(shè)定為熱側(cè)，底面設(shè)定為冷側(cè)(可通過(guò)通入電流方向控制)；與TEC熱側(cè)貼合的鋁型材翅片為散熱器，與TEC冷側(cè)貼合的鋁型材翅片為散冷器。由四顆穿板螺栓將散熱器、散冷器及夾在兩者之間的TEC熱電制冷片可靠固定，在TEC與鋁型材接觸面上涂有厚度約80微米的導(dǎo)熱硅脂，所述導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)不低于6w/m -k,有效降低了兩介質(zhì)間接觸不良導(dǎo)致的接觸熱阻。由于TEC熱側(cè)釋放的熱量包含了自身?yè)p耗及TEC在完成吸熱、放熱的同時(shí)，自身熱損耗也需通過(guò)散熱器散掉，因此散熱器體積應(yīng)大于散冷器，否則由于熱量積聚散熱不佳則容易燒毀該TEC ;為了增加散熱器表面對(duì)流，在散熱器表面加裝了一臺(tái)12V/5W軸流風(fēng)扇并配風(fēng)道，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷的辦法提高散熱器換熱效率。而在TEC另外一側(cè)的散冷器表面也安裝了 12V/2W的小型軸流風(fēng)扇，增加散冷器表面的熱交換速率，增加恒溫箱內(nèi)的空氣流動(dòng)，該風(fēng)扇使得恒溫箱內(nèi)溫度場(chǎng)分布均勻。本實(shí)用新型的恒溫箱外殼，具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[0047]該外殼壁面為ABS工程塑料注塑而成的中空殼體，內(nèi)外殼間距15mm。內(nèi)層殼體表面預(yù)埋了四 顆M6銅螺母用于螺接制冷模塊，同時(shí)預(yù)埋四顆M5銅螺母柱用于安裝光譜儀支撐板。內(nèi)外層殼體之間的中空部分填充聚氨酯發(fā)泡材料，通過(guò)預(yù)留的小孔將發(fā)泡劑灌入，即將該孔封閉，使聚氨酯填充物自然膨脹均勻。這種雙層殼體發(fā)泡結(jié)構(gòu)具有良好的絕熱性能，可有效的阻斷恒溫箱內(nèi)空間與外部環(huán)境間的熱傳遞。
權(quán)利要求1.一種微型光纖光譜儀恒溫箱，其特征是它包括恒溫箱外殼、主安裝板和制冷模塊，其中恒溫箱外殼和制冷模塊分別連接在主安裝板的兩側(cè)，所述恒溫箱外殼和主安裝板之間形成一個(gè)容納室，主安裝板中部開有插口，所述制冷模塊的一側(cè)經(jīng)由主安裝板的插口置于所述容納室內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型光纖光譜儀恒溫箱，其特征是所述制冷模塊包括TEC熱電制冷片、散冷器和散熱器，TEC熱電制冷片夾設(shè)于散冷器和散熱器之間，所述散冷器和散熱器外側(cè)各裝一軸流風(fēng)機(jī)，其中散冷器及其外側(cè)的軸流風(fēng)機(jī)置于所述容納室內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型光纖光譜儀恒溫箱，其特征是所述散熱器與TEC熱電制冷片相配合的面上設(shè)有兩凸臺(tái)，TEC熱電制冷片嵌裝于兩凸臺(tái)間，并與散冷器和散熱器固定連接，散冷器和散熱器的接觸面設(shè)有玻纖棉隔熱墊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的微型光纖光譜儀恒溫箱，其特征是所述恒溫箱外殼是由外層殼體(I)和內(nèi)層殼體(2)圍成的中空罩殼,其內(nèi)、夕卜層殼體之間填充有聚氨酯發(fā)泡材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微型光纖光譜儀恒溫箱，其特征是所述恒溫箱外殼與主安裝板的配合面設(shè)有硅膠隔熱墊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微型光纖光譜儀恒溫箱，其特征是所述恒溫箱外殼上預(yù)留有引線接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微型光纖光譜儀恒溫箱，其特征是所述容納室內(nèi)設(shè)有光譜儀支撐架。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種有適用于微型光纖光譜儀等光機(jī)器件的恒溫裝置，該裝置能在較小的空間內(nèi)對(duì)小型化器件進(jìn)行整體或局部的精確控溫，所配置的恒溫箱外殼隔熱性、氣密性較好。該微型光纖光譜儀恒溫箱包括恒溫箱外殼A、主安裝板B和制冷模塊C，其中恒溫箱外殼A和制冷模塊C分別連接在主安裝板B的兩側(cè)，所述恒溫箱外殼A和主安裝板B之間形成一個(gè)容納室，主安裝板B中部開有插口，所述制冷模塊C的一側(cè)經(jīng)由主安裝板B的插口置于所述容納室內(nèi)。
文檔編號(hào)B01L7/00GK202506405SQ201220167768
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者凌雁波, 唐仲愷, 曲震, 朱明榮, 武善磊, 湯光華, 陳書建 申請(qǐng)人:南京國(guó)電環(huán)保科技有限公司