納米三坐標機之高精度微型環(huán)境箱研制.pdf

1、穩(wěn)定精密的環(huán)境是納米三坐標測量機(Nano-CMM)測量的前提。
　　傳統(tǒng)的恒溫室存在成本高、耗能高、以及內部人員活動會影響溫控穩(wěn)定性等缺點。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)級恒溫箱的壓縮機振動強、控溫精度低，而分離式恒溫箱因其風機振動也無法滿足微納米測量的高要求。
　　本文針對實驗室已研制的Nano-CMM的測量需求，提出并研制了一套無振動低成本式的高精度微型環(huán)境箱。利用電子式半導體制

2、冷片取代傳統(tǒng)壓縮機，并采用組合式箱體設計，避免分離式系統(tǒng)中風機帶來的振動。
　　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構，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)境箱內的測量設備熱源會導致箱內溫度升高，且熱源分布不均勻，故采用單向制冷控溫方式，并將Nano-CMM測量平臺附近的溫度值回饋至PID控制器。均勻分布于環(huán)境箱頂部的若干個功率可調的半導體制冷模塊直接對箱內空氣進行制冷，

3、避免了風扇帶來的振動。箱內冷空氣均勻向下流動，與向上流動的熱空氣形成自然對流，箱內溫度將逐漸趨于PID控制器所設溫度值并保持穩(wěn)定。利用LabVIEW與MATLAB混合編程的方式實現(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濕度過高。
　　實驗結果表明，在設定值為20℃時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.003℃，穩(wěn)態(tài)時的溫度變化范圍小于0.03℃，優(yōu)于一級恒溫室規(guī)范（20±0.1℃），箱內相對濕