● 摘要
目前热电致冷器（TEC）在恒温和制冷领域的应用比较广泛，但利用其快速制冷、制热的特点，将其用于材料表面温度自适应变化的研究有限，并且不够深入。本论文针对表面温度自适应变化的材料系统，主要进行了如下研究：（1）根据热电制冷原理和TEC主要工作参数，对系统所需TEC型号的选择方法进行了总结。（2）表面自适应变温材料系统的研制。本文以单片机（MCU）为控制核心、采用PID控制方式完成了针对TEC的随动温度控制系统的原理设计、硬件搭建和软件编程；并通过将TEC、温度控制系统、电源、铝合金材料和散热器集成制作了表面自适应变温材料系统。（3）表面自适应变温材料系统工作性能的实验分析。通过实验考察了表面自适应变温材料系统工作的稳定性；验证了表面自适应变温材料系统的随动变温能力；考察了系统的环境和TEC热端的散热方式对温控性能的影响；分析了影响表面自适应变温材料系统的响应时间和温控范围的主要因素，并对系统中铝合金片表面的温度分布进行了实验测定。 本论文的研究结果表明以MCU为核心设计的数字PID随动温度控制系统能够实现对TEC的随动控制，当TEC与铝合金片材料结合后，可以实现材料表面的自适应变温。自适应变温材料系统周围的环境变化对系统工作性能存在影响，TEC的散热方式通过影响TEC热端的温度也可以对冷端铝合金片温度变化产生影响。从系统设计来说，TEC确定后，变温材料系统响应速度主要受控制算法、TEC工作电流和材料尺寸的影响，变温范围主要受TEC工作电流和材料尺寸的影响。 本文通过上述对表面自适应变温材料系统的设计、搭建和温控性能实验分析，得到了一些反映该材料系统在室温环境下温控能力的基础实验数据，为下一步表面自适应变温材料系统的优化设计和实际应用打下了很好的基础。