帕尔帖TEC热电装置在形状记忆合金相变温度测量中的应用

摘要：形状记忆合金（SMA）是一种高科学的金属材料，其物理和机械性能本质上依赖于温度。目的是飞快和低成本的实现SMA弛豫温度和热相对滞后性能的测试表征，实现更灵敏的电阻温度感情依赖关系，本文提议了常规帕尔贴TEC加热制冷装置增强四电极电阻测量时的解决方案。与民间的DSC法相变温度测试相比较，那样的帕尔贴形式的电阻温度法具高更高的灵敏度和急速变温速度，且被测样品装配简单点，更适合MEMS的热表征，因此比DSC更具有成本优势。

形状记忆合金（Shape Memory Alloys：SMA）是一种先进科学的金属材料，其物理和机械性能本质上依恋于温度。这种温度依赖性使得SMA才是致动器和/或传感器在工程应用中有着巨大潜力，所以要研究什么充当温度函数的SMA行为，这对此开发基于SMA的热机械致动器极其关键。

而SMA中的相变是热能触发，其行为与温度亲近具体，完全没有的温度变化都会与此同时热性能和机械性能的显著变化，因此这个可以运用差别的技术来判断SMA中的相变温度。是个的相变温度测量使用的热分析技术通常和差示扫描量热分析法（DSC）、差热分析法（DTA）和闪图力学分析法（DMA），那些个技术都是或者的商业化运作设备。但他，这个设备高昂的采购、按装和程序维护成本使得预算有限的机构根本无法率先实施。至于，这些个设备是需要使用消耗品，如载气（DSC）和冷却液（DMA中的液氮）。在SMA应用形式（如微致动器）的开发中，购买和专门买在用这样的商业设备来确认材料的相变温度肯定会很贵得要命，别说设备的使用率根本不高。

是对上述情况，特别是依据什么客户的要求，期望在尽很有可能短的测试时间内和尽很有可能低的成本下，从定性和定量的角度寻找非商业的替代测试方法和测试仪器以额外合适的物理信息来确定形状记忆合金致动器的相变温度，甚至于本文提出来了相应的解决方案。

相对于形状记忆合金这类合金材料，其电阻值与温度有强烈的依赖性，大量研究表明按照测量电阻对温度的这些依赖性在一些影响晶格组织的结晶现象时而不会更加敏感，也就是说实际测量温度变化过程中的电阻变化来确认SMA相结构温度，而不会比如果说测量温度和热流形式的DSC更加的灵巧。在此之前，本解决方案的核心是给SMA样品打开程序温度，并同时测量SMA样品电阻随温度的变化，由此来形状记忆合金的相变温度和热明显滞后。

另外，形状记忆合金的相变温度普便不高，一般都在-50~150℃温度范围内。目的是在此温度范围内实现程序样品的温度变化，加热装置需具备以上几方面的功能：

（1）温度控制要具有很高的控制精度和速度，加热温度能很快地的传递给被测样品，并同时能使被测样品更具很不错的温度均匀性。

（2）温度变化要拥有可控制范围速率的线性升温和升温能力。

（3）加热装置很简单，并便于安装被测样品和便于测量样品的电阻值。

为满足本案所涉加热装置的要求，本文提议的解决方案常规了TEC帕尔帖热电技术，即采用帕尔帖片对被测样品提供给-50~150℃的温度变化，推知混编的测量装置结构如图1所示。

图1形状记忆合金相变温度测量装置结构示意图

如图1所示，TEC模组的温度控制区分了一套TEC温度控制装置，包括TEC电源换向器和高精度PID可编程控制器，从而可实现方法TEC模组它的温度通过设定好的程序曲线接受快速降温和降温。TEC模组的底面安装好有散热器，图1中未曾标注好，目的是提高散热效率一般常规循环水冷却散热器。

就是为了测量SMA的相变温度和考核其稳定性，是需要使用不同的加热和冷却速度来参与热循环测试，这就需要TEC模组的温度控制更具较高的精度和重复性。这一点，本解决方案需要了高精度PID可编程控制，几乎可以行最简形矩阵SMA相结构温度测什么的需要。

如图1所示，被测SMA样品随意放置在TEC模组的表面，为增大所接触传热系数和可以保证温度均匀性，样品与TEC与涂覆有或者的热界面材料。样品一层膜的温度由焊接在其上的热电偶通过测量，此热电偶以及控温热电偶，也可以不同时再焊一根热电偶另外测温热电偶使用。SMA样品电阻仪器测量采用了四电极法，即在样品上焊接四根铜电极分别充当内电极和外电极，四根电极直接连接到微欧计并且电阻测量，由此可以不是从哪采测温热电偶的温度数据和微欧计的电阻数据能得到SMA样品的电阻温度变化曲线，并终于换取SMA样品的相变温度和热滞后于性能。

本解决方案适用规定于形状记忆合金的电阻-温度特性曲线，并推知能得到或则的相变温度和热相对滞后性能，帕尔贴模块能够在-50℃和150℃与进行热循环，温度控制系统能可以提供良好的冷却/加热时响应。同时，本解决方案还更具以下特点：

（1）与马氏体相变温度的DSC表征相比，内带帕尔贴模块的电阻温度测量装置态度出更良好的思想品德的性能，电阻对相变的响应更皮肤和迅速。

（2）帕尔贴模块更具更快和更准确的变温速度，这能够在使用不同的材料活化历史速率（加热/冷却速率）时对SMA的基本行为接受研究，这与有名的以外热分析技术相比，在具备同样的准确性和可靠性的同时，更能可以提供所是需要的加热/冷却速度。

（3）区分帕尔贴模块形式的相变温度测量，其很简单结构可不能在有或还没有机械应力的情况下表征铸态和纹理形状记忆合金，这在SMA微机电系统（MEMS）的热表征中有着重要作用。

（4）珀耳贴表征设备比是个的热技术成本低得多，但是这种TEC帕尔贴加热空调制冷还可用于形状记忆合金以外物理量的测量，如水的比热容、热导率和热膨胀系数测量。

采用帕尔贴精密温控的高热稳定性法布里-珀罗（F-P）标准具

摘要：法布里-珀罗标准具才是一种具备高温度敏感性的精密的设备干涉分光器件，在详细应用中对热稳定性具有很高的要求，如温度波动没法超过±0.01℃，甚至于本文提出来了相对应的高精度恒温控制解决方案。解决方案详细针对温度控制精度和温度均匀性操纵两方面的技术要求，区分了TEC热电技术船舶概论相应的高精度加热空调制冷恒温装置，采用了多个TEC热电片圆周分布结构以可以保证温度均匀性。此解决方案在实现高热稳定性的同时，还这个可以参与推广和拓展资源应用。

法布里-珀罗标准具（Fabry-PérotEtalon）是一种应用广泛的高分辨干涉分光仪器，可作用于高分辨光谱学和研究波长接近的谱线，道界类元素的同位素光谱、光谱的超非常精细结构、光散射时微小的频移、原子移动过多的谱线多普勒位移和谱线内部的结构形状；也可照相显影剂高分辨光学滤波器、构造精密的设备波长计，在激光系统中它偶尔会用于腔内压窄谱线或使激光系统单模光纤运行；可才是宽带皮秒激光器中带宽控制这些调谐器件，分析、先检测激光中的光谱（纵模、横模）成分。

F-P标准具是一种实现多光束横加干涉原理的光学元件，其主体由镀有对应部分反射膜或高反膜的两个互相平行表面组成，结构上可分为固体单腔标准具，固体多腔标准具，空气隙标准具，密封腔标准具等。

F-P标准具是一种对温度的很敏感的光学器件，温度的肉眼看不见变化都会影响到波长的漂移，而在实际应用中，基本都都具体的要求标准具需有较高的热稳定性，如工作温度波动肯定不能大于0±0.01℃，这就对标准具的温度均匀性和稳定性给出了很高要求。

是为实现程序F-P标准具的高热稳定性，本文提出来了你所选的解决方案，解决方案的重点是解决温度的均匀性和温度控制的稳定性问题。

解决方案的基本思路是将圆片形式法布里-珀罗标准具装配在一个更具后的光学窗口的恒温装置内，前后光学窗口与标准具为同轴形式构成光路，恒温装置要实现的具体看指标万分感谢：

（1）温度控制在比室温高5~10℃，如30℃。

（2）标准具上的温度波动性优于±0.01℃。

（3）标准具上的温度均匀性也要优于±0.01℃。

替基于略低于室温且波动性小于等于±0.01的标准具温度控制，解决方案采用了半导体空调制冷片（即TEC帕尔贴片）另外加热和空调制冷源，利用TEC片即可加热又可制冷的帕尔贴效应，可将温度精确控制在室温附近的温度范围内。由半导体空调制冷片混编的加热制冷控制装置如图1所示。

图1TEC半导体冷热温度控制装置结构示意图

如图1所示，标准具精密的设备温控装置主要注意由TEC片、温度传感器、TEC电源换向器和高就精度温度控制器混编，它们的功能和你所选指标不胜感激：

（1）TEC片尺寸可根据标准具温控装置的结构设计参与选择。就是为了会增大加热制冷功率和以至于标准具温度均匀，可按结构多个TEC片的并联结构。

（2）温度传感器区分具高高精度的铂电阻和热敏电阻，温度测量精度要不考虑±0.01℃。

（3）TEC电源碳刷是TEC温控必备技巧部件，可收得到压制信号对加热电流方向并且自动换向而分别进行加热和制冷，从而来实现温度的高精度恒定再控制。

（4）暴高精度温度控制器是一种具备目前更高测量和控制精度的工业用PID调节器，具有24位AD、16位DA和0.01%的大于输出低百分比。调节器接收温度传感器信号，将此信号与设定温度值也很后通过PID算法可以计算，然后把作为输出压制信号来驱动TEC电源换向器进行加热和冷却操作。此超高精度温度控制器自带功能强大的计算机软件，不需要再c语言设计一丁点程序即可解决与计算机可以形成求全部的温控系统，实现方法温度的程序控制设定好、远超你的操作、过程曲线没显示和存储文件。

就是为了使标准具具备高热稳定性，以外需要精确计算恒定的对温度接受控制之外，还需帮忙解决的另外一个问题是如何使标准具温度均匀。为此，本解决方案所设计的标准具加热装置如图2所示。

图2高热稳定性F-P标准具TEC热电半导体恒温装置结构示意图

图2所示意的F-P标准具TEC热电半导体恒温装置，主要注意由F-P标准具、标准具基座、均热器、TEC制热片、TEC散热器和外部水冷器分成。此恒温装置啊,设计为圆形结构以形成均匀的温度分布，其中标准具安装好固定在圆筒型标准具基座内，高导热纯铜材质的均热器为标准具基座可以提供能均匀温度，而三个圆周三角形分布且并联连接的TEC制冷片为均热器提供给加热和制冷，使均热器温度听从设定温度接受精密控制。TEC热电片的散热则高导热铝块散热器与外部水冷器形成热直接连接，为TEC热电片能提供很稳定的冷却功率，这都是利用TEC热电片高精度温度控制的关键。

别外要那说明的是，在均热器上同样的均匀地重新布置了三个温度传感器（图2中并未示出），其中一个以及压制传感器，另外五个以及测温传感器以监视温度均匀性。

这里还需补充的是，图2所示结构仅是目的是更方便只能说明标准具恒温装置的基本原理和功能，相关的热膨胀自动分配和隔温装置等内容却没示出。

综上所述，本文所示的解决方案从温度控制精度和均匀性两个方面很好的解决了F-P标准具的热稳定性问题，需要TEC热电技术所啊,设计的标准具恒温装置可将温度精确控制在±0.01℃的波动范围内，中心对称结构设计令标准具同时还具高挺好的温度均匀性这些长时刻稳定性。

此解决方案可以不推广应用到另外与F-P标准具相关的仪器设备中，并且还具有一定的拓展功能，解决方案的结构设计在基于高热稳定性的同时，也为高精密气压控制创造了条件了技术基础，为了标准具的应用可提供更稳定的使用环境。

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