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微通道热压成形温度控制系统研究

韩建超  
【摘要】:随着微流控芯片在生物化学、分析化学等多个领域的广泛应用,实现其生产的自动化和批量化已成为必然趋势。本文在分析塑料微流控芯片制作技术的基础上,针对目前热压成形技术制作塑料微通道的特点,采用半导体热电致冷堆作为加热/致冷器件,研制了用于塑料微通道热压成形的温度控制系统,并对该系统的性能进行了分析和实验验证。 本文综述了塑料微流控芯片热压制作技术国内外现状,分析了热压成形过程中塑料的流动特性和温度对微通道成形的影响,对各种温度控制方法进行了研究。在此基础上,开展了如下几个方面研究: 1.对系统方案进行了研究。分析确定了半导体热电制冷堆作为加热/致冷器件,循环水辅助热电堆降温的系统方案;通过分析热电堆性能,计算出达到升/降温要求所必需的加热/制冷功率。 2.完成了装置机械结构的设计。根据热电堆安装和热压工艺的要求,确定了压头板与水箱分离的机械结构方案;分别对压头板部件和水箱部件进行设计;给出了与整机联接时的安装与调整方法。 3.设计并研制了计算机控制系统。完成了以Pt100薄膜铂电阻为测温元件,温度变送模块、I/V转换模块、A/D板卡、继电器输出板卡等的配置和电路设计;研制出通过计算机I/O输出PWM方波调节功率大小、继电器输出控制电流方向的供电电源。 4.进行了系统性能实验。通过实验测试了温度装置的升/降温速度、温度控制精度和稳态及动态情况下温度一致性等。实验结果表明,升/降温速度分别超过要求的0.5℃/s和0.3℃/s,温度控制精度为±0.2℃,经测量,在热压过程的恒温段,芯片部位的实际温度偏差小于±0.1℃。 本系统已经用于实际的塑料微流控芯片制作,使用效果表明,该系统运行可靠,满足微通道热压成形对温度控制的要求。


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