一種用於微富集儀中的半導體冷凝裝置的製作方法
2023-06-09 11:23:21 1
專利名稱：一種用於微富集儀中的半導體冷凝裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種將半導體製冷技術與微富集技術相結合的新 裝置，具體是指一種用於微富集儀中的半導體冷凝裝置。
技術背景
應用微富集技術時，研究者比較關注目標物的富集率，而目標物 在富集載體上的分配係數對目標物的富集率有很大的影響，可以通過 改變富集載體的溫度來改變分配係數的大小，進而改變富集率的大小。 目前，微富集技術中冷凝裝置應用最廣泛的是循環水冷凝裝置，但循 環水冷凝裝置存在一些缺點，如體積大，成本高，循環水溫度很難 控制等，而且在較低溫度時，對冷凝裝置的製備材料要求高。由於這 些缺點使得循環水冷凝裝置很難實現再現富集。因此需要開發一種體 積小、結構簡單、高效的冷凝裝置。
發明內容
本實用新型的目的是為了克服上述現有冷凝裝置的不足，而提供 一種體積小、結構簡單、具有較高的冷凝效果，易實現在線富集的微 富集儀中的半導體冷凝裝置。
為實現上述目的，本發明的技術方案如下
一種用於微富集儀中的半導體冷凝裝置，由半導體製冷片、散熱 片、傳熱片、溫度傳感器及其控制器、開關電源組成，其中所述的散 熱片固定在一個固定架上，散熱片上設有承接色譜進樣針的固定片， 所述的製冷片與散熱片相接觸的一側間塗有傳熱矽脂，製冷片另一側 與傳熱片相鄰，數字溫度傳感器一端與製冷片相鄰，另一端與隔熱體 相鄰，半導體製冷片的周圍塗有矽膠，並且矽膠與散熱片和隔熱材料相接觸，所述的傳熱片設置在半導體製冷片與隔熱體之間。
半導體冷凝裝置的控制器電原理，主要由AT89C51單片計算機、 DS18B20單總線數字溫度傳感器、FPH1-3102NC半導體製冷片、 LCM14114位8段液晶顯示器模塊、4X4鍵盤、PWM驅動電路、開 關電源等組成。DS18B20溫度轉換成12位二進位信號通過單總線傳送 給單片機，單片機以給定值與採樣值進行PID調節規律進行閉環控制， 同時顯示冷凝溫度與冷凝時間。
半導體冷凝裝置的工作原理
通過鍵盤輸入所設定的冷凝溫度給定值rn，並通過AT89C51單片 機讀取數據，再通過DS18B20單總線數字溫度傳感器讀取冷凝段的溫 度反饋值yn，並計算本次誤差en=rn—yn。用PID (比例、微分、積分) 調節規律離散算法的位置式，算出本次輸出控制量Un。 Un= U:^ + KP[en—en—i+T/Tien十TD/T ( en—2e^+en-2 )]，式中Kp為比例係數， TD為微分時間，T為採樣周期。計算n次調節器輸出Un時，只要用本 次和前兩次的誤差en 、e『i 、e『2以及上次計算出的輸出值就可以了。 經過計算輸出值轉換成PWM (脈衝寬度調製)信號，再驅動脈衝調製 信號控制半導體製冷片，利用半導體製冷片冷端的產冷量來冷卻色譜 進樣針。而半導體製冷片的一個電偶在熱端放出的熱量等於輸入電功 率與冷端產冷量之和，因此，散熱條件的好壞，直接影響致冷效果， 所以，製冷片必須安裝在一個良好的散熱片上。
由於採用上述結構，根據富集載體所要求的溫度，選擇不同的半 導體製冷片。利用隔熱材料將半導體製冷片與外界隔離，進而保證色 譜進樣針針尖上富集載體的溫度。色譜進樣針位置通過色譜進樣針固 定片隨時調整，色譜進樣針針尖與傳熱片的距離通過固定架與固定片 調整，保證可靠傳熱。本發明公開了在微富集儀中色譜進樣針的一種新穎冷凝裝置，該冷凝裝置在戶外在線分析中有廣泛的應用前景。
以下結合附圖對本發明進一步說明。
圖1是本實用新型的結構示意圖2是本實用新型的控制器電原理框圖。
圖3是利用循環水冷凝裝置和本實用新型半導體冷凝裝置進行冷 凝的微富集之後的氣相色譜圖的對比圖(虛線為循環水冷凝；實線為 半導體冷凝)。
圖中l、色譜進樣針，2、固定架，3、散熱片，4、色譜進樣針固 定片，5、矽膠，6、數字溫度傳感器，7、隔熱體，8、半導體製冷片， 9、傳熱片，10、富集載體。
具體實施方式
在圖l中，色譜進樣針1插在色譜進樣針固定片4上，固定片4 與散熱片3用螺絲固定，通過調節固定片4的位置來確定色譜進樣針 1的位置，固定架2上固定有散熱片3，散熱片3與製冷片8 —側中 間塗有傳熱矽脂，製冷片8另一側與傳熱片9相鄰，數字溫度傳感器 6—端與製冷片8相鄰，另一端與隔熱體7相鄰，矽膠塗於半導體制 冷片8的周圍，並與散熱片3和隔熱材料7相接觸，傳熱片9在半導 體製冷片8與隔熱材料7之間，色譜進樣針1的針頭插入傳熱片9中。 為了保證冷凝裝置的製冷效果，散熱片的散熱效果必須良好，並且半 導體製冷片必須與外界隔離。為了保證傳熱效果，傳熱片必須由較好 的傳熱材料製成。含有富集載體10的色譜進樣針針尖與傳熱片的距 離要近，保證可靠傳熱。
冷凝裝置的核心為半導體製冷片，它利用特種半導體材料構成的P-N結，形成熱電偶對，產生珀爾帖效應，即通過直流電製冷的 一種新型製冷方法。通過改變直流電流的極性來決定在同一製冷片 上實現製冷或加熱，通過輸入電流的控制，可實現高精度的溫度控 制。
在圖2半導體冷凝裝置的控制器電原理框圖中，主要由AT89C51 單片計算機、DS18B20單總線數字溫度傳感器、FPH1-3102NC半導體 製冷片、LCM14114位8段液晶顯示器模塊、4X4鍵盤、PWM驅動 電路、開關電源等組成。通過單片機將信號進行轉換，DS18B20溫度 轉換成12位二進位信號通過單總線傳送給單片機，單片機以給定值與 採樣值進行PID調節規律進行閉環控制，同時顯示冷凝溫度與冷凝時 間。
從圖3得出在應用微富集技術富集五種多環芳烴時，半導體冷凝 裝置與傳統循環水冷凝裝置有幾乎相同的冷凝效果(兩種冷凝裝置的 冷凝溫度相同)，即半導體冷凝裝置可用於微富集技術中。
權利要求1、一種用於微富集儀中的半導體冷凝裝置，由半導體製冷片、散熱片、傳熱片、溫度傳感器及其控制器、開關電源組成，其特徵在於所述的散熱片固定在一個固定架上，散熱片上設有承接色譜進樣針的固定片，所述的製冷片與散熱片相接觸的一側間塗有傳熱矽脂，製冷片另一側與傳熱片相鄰，數字溫度傳感器一端與製冷片相鄰，另一端與隔熱體相鄰，半導體製冷片的周圍塗有矽膠，並且矽膠與散熱片和隔熱材料相接觸，所述的傳熱片設置在半導體製冷片與隔熱體之間。
專利摘要本實用新型公開了一種用於微富集儀中的半導體冷凝裝置，由半導體製冷片、散熱片、傳熱片、溫度傳感器及其控制器、開關電源組成，所述的散熱片固定在一個固定架上，散熱片上設有承接色譜進樣針的固定片，所述的製冷片與散熱片相接觸的一側間塗有傳熱矽脂，製冷片另一側與傳熱片相鄰，數字溫度傳感器一端與製冷片相鄰，另一端與隔熱體相鄰，半導體製冷片的周圍塗有矽膠，並且矽膠與散熱片和隔熱材料相接觸，所述的傳熱片設置在半導體製冷片與隔熱體之間。本實用新型適用於各種微富集裝置，冷凝速度快、效率高、結構簡單，操作方便，而且可實現在線冷凝。
文檔編號F25B49/00GK201363959SQ20092009318
公開日2009年12月16日 申請日期2009年3月13日 優先權日2009年3月13日
發明者樸相範, 李東浩, 翠 楊 申請人:延邊大學