納米三坐標(biāo)機(jī)之高精度微型環(huán)境箱研制.pdf

1、穩(wěn)定精密的環(huán)境是納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(Nano-CMM)測(cè)量的前提。
　　傳統(tǒng)的恒溫室存在成本高、耗能高、以及內(nèi)部人員活動(dòng)會(huì)影響溫控穩(wěn)定性等缺點(diǎn)。目前，根據(jù)綠色、微環(huán)境的理念為各類儀器定制合適的環(huán)境腔是主流做法，工業(yè)級(jí)恒溫箱的壓縮機(jī)振動(dòng)強(qiáng)、控溫精度低，而分離式恒溫箱因其風(fēng)機(jī)振動(dòng)也無(wú)法滿足微納米測(cè)量的高要求。
　　本文針對(duì)實(shí)驗(yàn)室已研制的Nano-CMM的測(cè)量需求，提出并研制了一套無(wú)振動(dòng)低成本式的高精度微型環(huán)境箱。利用電子式半導(dǎo)體制

2、冷片取代傳統(tǒng)壓縮機(jī)，并采用組合式箱體設(shè)計(jì)，避免分離式系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)帶來(lái)的振動(dòng)。
　　考慮低成本及易裝卸性，根據(jù)Nano-CMM所需空間訂制的鋁型材作為箱體支撐結(jié)構(gòu)，亞克力板和納米真空絕熱板制成輕便型隔熱箱體?？紤]到置于環(huán)境箱內(nèi)的測(cè)量設(shè)備熱源會(huì)導(dǎo)致箱內(nèi)溫度升高，且熱源分布不均勻，故采用單向制冷控溫方式，并將Nano-CMM測(cè)量平臺(tái)附近的溫度值回饋至PID控制器。均勻分布于環(huán)境箱頂部的若干個(gè)功率可調(diào)的半導(dǎo)體制冷模塊直接對(duì)箱內(nèi)空氣進(jìn)行制冷，

3、避免了風(fēng)扇帶來(lái)的振動(dòng)。箱內(nèi)冷空氣均勻向下流動(dòng)，與向上流動(dòng)的熱空氣形成自然對(duì)流，箱內(nèi)溫度將逐漸趨于PID控制器所設(shè)溫度值并保持穩(wěn)定。利用LabVIEW與MATLAB混合編程的方式實(shí)現(xiàn)了基于PID控制算法的高精度溫度控制程序。具有高親水性的硅膠制作的可循環(huán)除濕器用于抑制箱內(nèi)濕度過(guò)高。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在設(shè)定值為20℃時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.003℃，穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫度變化范圍小于0.03℃，優(yōu)于一級(jí)恒溫室規(guī)范（20±0.1℃），箱內(nèi)相對(duì)濕