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[size=16px][color=#339999]摘要:为解决石英晶体微量天平这类压电传感器频率温度特性全自动测量中存在的温度控制精度差和测试效率低的问题,本文在TEC半导体制冷技术基础上,提出了小尺寸、高精度和全自动程序温控的解决方案,给出了温控装置的详细结构和实现高精度温度程序控制的具体手段。解决方案在为压电传感器频率温度特性测量提供精密温控能力的同时,关键是可快速进行全过程的自动温度程序运行,由此既保证精度又提高效率。[/color][/size][size=16px][color=#339999][/color][/size][align=center][size=16px][img=TEC半导体制冷加热式微型高精度温度环境试验箱在压电传感器频率温度特性测试中的应用,550,309]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/02/202302141513442750_3958_3221506_3.jpg!w690x388.jpg[/img][/size][/align][b][size=18px][color=#339999]1. 问题的提出[/color][/size][/b][size=16px] 石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)作为一种超高灵敏的质量检测装置,其测量精度可达纳克级,并广泛应用于化学、物理、生物、医学和表面科学等领域中,用以进行气体、液体的成分分析以及微质量的测量、薄膜厚度及粘弹性结构检测等。石英晶体微天平实际上是一种压电传感器,它利用了石英晶体的压电效应,将石英晶体电极表面质量变化转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化,进而通过计算机等其他辅助设备获得高精度的测量结果。石英晶体微天平除了具有高灵敏度高和高精度之外,最大特点是结构简单和成本低,它由一薄的石英片组成,两侧金属化,提供电接触。QCM的工作原理类似于用于时间和频率控制的晶体振荡器,但QCM表面常暴露在周围环境中,且对环境温度变化非常敏感,QCM的一个重要技术指标就是频率温度特性。在QCM的具体应用中,温度变化会严重影响QCM测量结果,因此准确测量频率温度特性是表征评价QCM的一项重要内容。但在目前的各种频率温度特性测试装置中,特别是高精度温度控制装置,还存在以下问题:[/size][size=16px] (1)在常用的-10~+70℃的温度范围内需要对QCM进行多个设定点的高精度温度控制和频率测量,而目前常用温控技术往往控制精度偏低,若提高控制精度又带来测试时间过长的问题。[/size][size=16px] (2)专门用于压电晶体频率温度特性测试的恒温装置往往体积普遍偏大,内部温度均匀性较差,同样会带来温控精度差的问题,仅能用于批量压电晶体较低精度的频率温度特性测试。[/size][size=16px] (3)尽管采用了TEC半导体制冷技术可实现QCM的高精度温度控制,实现了小型化和快速温控和频率测量,但存在的问题是多个温度点的自动化程序控制能力差,无法实现全温度区间内多个温度点的自动控制和频率测量。[/size][size=16px] 为了解决QCM这类压电传感器频率温度特性全自动测量中存在的上述问题,本文在TEC半导体制冷技术基础上,提出了高精度和全自动程序温控的解决方案,给出了温控装置的详细结构和实现高精度温度程序控制的具体手段。解决方案在为压电传感器频率温度特性测量提供精密温控能力的同时,关键是可快速进行全过程的自动温度程序运行,由此既保证精度又提高效率。[/size][size=18px][color=#339999][b]2. 解决方案[/b][/color][/size][size=16px] 为了进行石英精度微天平(QCM)的频率温度特性测量,需要将QCM放置在一个受控的热环境中。为了提高热环境的温度控制精度,热环境的尺寸空间较小,并采用TEC模组进行加热和制冷,整个热控装置的结构如图1所示。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=压电传感器频率温度测量温控系统示意图,690,209]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/02/202302141516237559_7391_3221506_3.jpg!w690x209.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图1 石英精度微天平频率温度特性温控装置结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 如图1所示,TEC被放置在铝制均热套和散热器之间,铝制均热套作为热稳定工作的密闭腔体,为整个腔体提供均匀的温度环境。散热器直接浸泡在水浴中使得TEC的工作表面达到较低的负温度,散热器也可以直接采用水冷板,水冷板内通循环冷却水。[/size][size=16px] 另外,在频率温度特性测试过程中,TEC要提供高低温范围内温度控制,那么在高低温运行时,TEC工作表面和散热器之间存在较大差异,因此,在TEC周围布置隔热材料以减少其两侧之间的热流,从而增加TEC工作面的温度均匀性。[/size][size=16px] 铝制均热套放置在TEC工作表面的顶部,在均热套与TEC之间采用银胶以减小均热套与TEC工作表面之间的接触热阻,铝制均热套被隔热材料包裹以减少与环境的热交换。[/size][size=16px] 在铝制均热套内布置了两只电阻型温度传感器,其中一只安装在铝制均热套的侧壁上作为控温传感器,此温度信号提供给超高精度的PID控制器进行温度自动控制。另一只用来测量固定在铝制支架上的QCM组件温度。[/size][size=16px] 在图1所示的温控装置中,为满足不同尺寸和结构的TEC温控装置,采用了独立的TEC换向电源以满足不同加热功率的需要。在温控器方面,则采用了超高精度的PID控制器,可直接对TEC进行加热制冷双向控制,其中AD为24位,DA为16位,最小输出百分比为0.01%,PID参数自整定,可编程程序控制,由此可实现高精度的温度控制。[/size][size=16px] 对于图1所示结构的温控装置,在全温区范围内设定点从-10变化到+70℃,步进5℃,其温度控制可实现±12mK的温度稳定性和±15mK的设定值精度。[/size][size=18px][color=#339999][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 上述压电传感器频率温度特性测试的温控解决方案,主要具备以下几个特点:[/size][size=16px] (1)采用了TEC半导体制冷组件,可低成本的实现压电传感器频率温度特性测试过程中的精密温度控制,并使得整个频率温度特性测试装置的体积非常小巧。[/size][size=16px] (2)整个温控结构的设计简便,但可以实现0.02℃以内的控制精度和重复性,完全能满足各种压电传感器的频率温度特性测试需要。[/size][size=16px] (3)由于采用了目前最高精度的工业级可编程PID控制器,具有24位AD、16位DA和0.01%的最小输出百分比,这是实现高精度TEC温度控制的必要条件。[/size][size=16px] (4)高精度的可编程PID控制器可按照设定程序进行全测试过程的温度自动控制,设定程序可通过随机的计算机软件进行编辑和修改,控制过程参数可自动进行显示和存储。[/size][size=16px] 总之,本文为实现高精度、简便小巧和低价格的压电传感器频率温度特性测试中的温度控制提供了切实可行的解决方案,为单个或少量压电传感器稳频特性评价提供了有效的技术途径。[/size][size=16px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]
微孔分布测试仪主要应用领域:催化剂,广泛用于石化、化工、医药、食品、农业、精细化工等领域;吸附剂,如活性炭、分子筛、活性氧化铝等,广泛用于环保领域;颜填料,无机颜料、碳酸钙、氧化锌、氧化硅、矿物粉等;陶瓷材料原料,氧化铝、氧化锆、氧化钇、氮化硅、碳化硅等;炭黑、白炭黑、纳米碳酸钙等用于橡塑材料的补强剂等;新型电池材料,如钴酸锂、锰酸锂、石墨等电极材料;发光稀土粉末材料;磁性粉末材料,如四氧化三铁、铁氧体等;纳米粉体材料,包括纳米陶瓷材料、纳米金属材料,纳米银粉、铁粉、铜粉、钨粉、镍粉等;其他,如超细纤维、多孔织物、复合材料、沉积物、悬浮物等 微孔分布测试仪的主要特性: 测试时间:多点BET法比表面积平均每个样品15分钟,孔径分布测试、孔隙度测试平均每个样品100分钟 主要功能:可实行BET比表面积(多点及单点)测试,Langmuir比表面积测试,炭黑外比表面积测定,吸附、脱附等温曲线测定,BJH孔径分布、总孔体积和平均孔径测定; 真空系统:极限真空度6×10-2Pa 微孔分布测试仪测量范围:比表面积≥0.01M2/g至无规定上限,孔尺寸0.7~400nm; 样品数量:可同时测定1-4个样品; 测量精度:≤±2%; 微孔分布测试仪的压力控制:高精度压力传感器,数字显示,精度0.2%,独特的充气与抽气速度自动控制系统 运行方式:高度自动化,智能化,长时间运行可以无人看管自行测试 测试气体:高纯氮气(不用氦气),氮气消耗量极小 微孔分布测试仪的吸附过程:样品不需要频繁从液氮杜瓦瓶中进出,液氮消耗极少 软件系统:在Windows平台上,提供过程控制和数据采集、处理、报告系统,多种测试方法可自由方便选择,在计算机屏幕上,同步显示吸、脱附,比表面积及微孔分布测量仪测试过程、可随时查看已完成部分的测试数据;本机软件功能强大、界面友好、兼容性高、使用方便;
[img=,690,690]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/04/202404150959313637_7870_5604214_3.jpg!w690x690.jpg[/img] 智能型多通道农药残留检测仪的应用,已经在农业生产和食品安全领域产生了深远影响。这款高科技仪器的出现,不仅提高了农药残留检测的效率和精度,也大大提升了农产品和食品的质量安全水平。 在农业生产中,智能型多通道农药残留检测仪的应用主要体现在对农药使用情况的实时监控和精准管理。传统的农药残留检测方法往往耗时耗力,难以实现对大量样品的快速检测。而智能型多通道农药残留检测仪则能够在短时间内对多个样品进行同时检测,大大提高了检测效率。同时,该仪器还能对检测结果进行精准分析,为农业生产者提供科学的用药建议,避免了过量使用农药导致的环境污染和农产品残留超标的问题。 在食品安全领域,智能型多通道农药残留检测仪的应用则更加广泛。随着人们对食品安全问题的关注度不断提高,食品生产和加工企业对于原料的农药残留检测要求也越来越高。智能型多通道农药残留检测仪的高效率和高精度,使得企业能够在短时间内对大量原料进行检测,确保食品安全。同时,该仪器还能提供详细的检测报告,为消费者提供更加透明、可靠的食品信息。 总的来说,智能型多通道农药残留检测仪的应用,为农业生产和食品安全领域带来了革命性的变化。它不仅提高了检测效率和精度,也促进了农业生产的可持续发展和食品质量的全面提升。随着科技的不断进步,相信这款仪器将在未来发挥更加重要的作用。