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)測量機(jī)(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(nèi)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(jī)振動強(qiáng)、控溫精度低，而分離式恒溫箱因其風(fēng)機(jī)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(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，避免分離式系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)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(jié)構(gòu)，亞克力板和納米真空絕熱板制成輕便型隔熱箱體。考慮到置于環(huán)境箱內(nèi)的測量設(shè)備熱源會導(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(diào)的半導(dǎo)體制冷模塊直接對箱內(nèi)空氣進(jìn)行制冷，

3、避免了風(fēng)扇帶來的振動。箱內(nèi)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(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)濕度過高。
　　實驗結(jié)果表明，在設(shè)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(nèi)相對濕