微纳米测量技术中的一个重要问题是对测量环境(恒温、恒湿、洁净、抗振)的控制，其中温度对仪器及测量精度的影响已成为越来越重要的因素。目前对温度的保障，一般将微纳米测量等高精密仪器设备放置在昂贵的恒温恒湿洁净室里，这种方法造价高，且人员在室内的活动使环境参数控制难度增大，而真正需要高精密环境的只是测量仪器本身。因此，研究小型高精密恒温纳米测量环境具有重要的意义。传统的组合式恒温箱是将恒温腔、静压腔和制冷腔组合在一个箱体内，通过自然对流或者使用风扇的方式实现整个箱体内的气流循环。本文提出了小型分离式恒温箱的研制，结构上将制冷腔与恒温腔和静压腔分离在两个不同的箱体内，外界的干扰可被隔离。在恒温控制方面，利用TEC(半导体制冷芯片)、程控电源、精密温度测量系统等组建温度控制系统，利用系统辨识理论以及MATLAB中的系统辨识工具确定恒温箱数学模型，使用各种控制方法对恒温箱进行在线仿真，并选取其中控制效果好的方法作为最终策略，控制程序采用MALTAB和LabVIEW混合编制的方法，并对环境等因素施以实时补偿，以达到精准控制恒温箱内的温度。在恒温腔内部布置多个温度传感器用于监控温度变化，通过对实验数据的研究和分析表明可以看出，利用该控制器所建立的恒温系统的单点温度波动性小于±0.02℃，温度场波动在±0.05℃内。实践证明，本系统模型建立准确，控制精度高，且达到稳定状态后，温度波动范围在±0.05℃以内，达到了高精度温度控制的目标。