【应用】半导体制冷片RC12-8-01L用于恒温试剂箱，可调节温度范围为10~30℃，控制精度在±2℃

时间： 2021-01-12 来源：世强

技术问答

恒温智能空气采样仪适用于测量环境空气中SO₂、NOx等有害成分的含量，它目前被环保、卫生、科研等部门应用于对大气进行常规监测和环境评价，是目前国内外最理想的环境空气采样仪器。

此采样仪在技术实现上有几个关键点，分别是：恒温试剂箱，恒流量控制，多时间段间隔采样，智能故障诊断。依据标准《HJ/T 376-2007 24小时恒温自动连续空气采样器技术要求及检测方法》的规定，采样仪工作环境温度为-10~40℃，恒温试剂箱可调节温度范围为10~30℃，控制精度在±2℃以内，温度控制响应时间不大于20min。在恒温控制上，本公司采用的方案是恒温试剂箱采用铝合金制成，外层贴泡沫保温层，加热元件选用PTC加热片，制冷元件选用半导体制冷片，将加热片和制冷片贴在铝合金外层，嵌入保温层中，加热片和制冷片的功率都在50~100W之间。

本公司选用的半导体制冷片是II-VI MARLOW（马洛）公司推出的RC12-8-01L，其热端温度50℃时，制冷功率最大可达78W，温差最大可达74℃，此时施加最大电压16.4V。本采样仪采用直流24V供电，在极端条件环境温度40℃下，将恒温试剂箱制冷至10℃，恒温试剂箱体积较小采用了保温处理，此制冷片完全能够满足要求。实际安装中，制冷片冷端涂导热硅脂贴在恒温箱铝合金外层，热端涂导热硅脂贴散热片，散热片通过4个螺丝固定在恒温箱铝合金上，通过螺丝拧紧压住制冷片，安装过程中要特别注意4个螺丝的扭矩平衡，扭矩不能过大，否则会损坏制冷片；在热端散热片上安装散热风扇，迅速将热端热量带走，保持热端温度不会过高。

半导体制冷片的驱动控制通常采用3种方法：继电器直接控制，MOSFET直接通断控制和专用控制器芯片控制。超过3A的专用控制器芯片目前没有可选的型号，直接控制系统电源电流波动较大，温度控制不够稳定，因此本采样仪制冷片RC12-8-01L的驱动控制电路采用BUCK降压电路，如图1所示电路原理图。电路采用直流24V供电，MOSFET、电感、二极管和电容组成的BUCK电路，在制冷片RC12-8-01L的两端输出0~16V的可调直流电压。单片机采集恒温箱温度，以恒温箱温度作为控制目标做闭环运算，单片机输出PWM经由驱动芯片控制MOSFET的导通，调节占空比控制制冷片RC12-8-01L两端电压，保持电压变化平稳。单片机实时采集恒温箱温度、环境温度、热端温度、直流24V电压，结合输出占空比，以及制冷时长，经过数据分析，可以诊断出制冷系统的故障，及时关闭制冷系统，提示用户对采样仪进行检查。如图2所示为制冷片RC12-8-01L的实物图。

图1 RC12-8-01L的驱动控制电路原理图

图2 RC12-8-01L的实物电路图

将采样仪放入40℃高温老化箱中进行测试，先设定恒温试剂箱温度为30℃，启动采样仪进行空气采样，稳定一段时间后，调节恒温试剂箱温度为10℃，16min后恒温试剂箱的温度能够稳定在10℃，控制精度在标准要求的±2℃以内。为了避免制冷片两端电压超过最大限制，此BUCK电路占空比不能达到100%，单片机设定最大占空比为70%，制冷片两端电压最大到16.1V，此时制冷片电流小于7A；此驱动电路在制冷片两端电压变化较平稳，温度波动较小。

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我的果果超可爱 Lv5. 技术专家 2021-02-25

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秋刀鱼 Lv6. 高级专家 2021-01-15

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好运常伴吾 Lv8. 研究员 2021-01-12

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选型指南 - II-VI MARLOW - 2017年10月27日 PDF 中文下载