簡(jiǎn)易實(shí)用模擬溫控電路設(shè)計(jì)方案

　　溫度控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等行業(yè)的儀器設(shè)備中，目前應(yīng)用最多的是單片機(jī)或微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件部分由輸人輸出接口、中央處理單元、A/D轉(zhuǎn)換、定時(shí)計(jì)數(shù)等集成模塊組成，系統(tǒng)軟件部分需要用運(yùn)算量大的PID算法編程實(shí)現(xiàn)，整套控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜和繁瑣。由分立元件組成的模擬型電路信號(hào)輸入、放大、運(yùn)算及控制輸出都由硬件電路完成，不需要軟件設(shè)計(jì)。與數(shù)字電路相比，其設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程更為簡(jiǎn)便，所以采用簡(jiǎn)易實(shí)用的模擬電路實(shí)現(xiàn)溫控電路的設(shè)計(jì)。

　　1 溫控總電路組成

　　溫控電路主要由電源部分、溫度檢測(cè)元件、信號(hào)放大、比例積分、電壓比較、移相觸發(fā)控制繼電器、超溫保護(hù)、加熱爐和LED顯示幾部分組成，其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 溫控系統(tǒng)電路組成圖

　　由溫度檢測(cè)元件可以檢測(cè)到溫度值信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過放大后輸送至比例積分電路并與溫度設(shè)定電壓比較，比較結(jié)果輸送至相觸發(fā)電路產(chǎn)生可變周期的脈沖以觸發(fā)固態(tài)繼電器中可控硅導(dǎo)通角，從而可控制加熱裝置的加熱功率，達(dá)到控制溫度的目的。溫度補(bǔ)償電路減少室溫對(duì)溫度測(cè)量準(zhǔn)確度的影響;超溫保護(hù)電路可以保證在加熱溫度超過設(shè)定值時(shí)，裝置停止加熱，起到保護(hù)設(shè)備的作用。

　　2 各分電路設(shè)計(jì)

　　2.1 電源電路

　　溫控電路中需要直流電壓的器件為運(yùn)算放大器及電子信息顯示模塊。該電壓由220V交流電壓經(jīng)整流濾波后加。至三端穩(wěn)壓器輸出得到。其電路如圖2所示。

　　圖2 電源電路圖

　　2.2 輸入溫度信號(hào)放大及溫度補(bǔ)償電路

　　用感溫元件鎳硌一鎳鉻K型熱電偶作溫度傳感器來采集溫度信號(hào)，溫度信號(hào)為mV級(jí)，實(shí)際測(cè)量時(shí)需經(jīng)過放大處理。熱電偶測(cè)量溫度信號(hào)受工作端溫度 和自由端環(huán)境溫度影響，所以測(cè)量中需要加補(bǔ)償信號(hào)消除環(huán)境溫度變化對(duì)溫度測(cè)量的影響。具體電路如圖3所示。

　　圖3 信號(hào)放大及溫度補(bǔ)償電路

　　2.3 超溫保護(hù)電路

　　以將功率為60 w將加熱裝置加熱至750℃為例，圖3中溫度信號(hào)經(jīng)過放大100倍后加到比例積分電路并與溫度設(shè)定電壓比較，比較結(jié)果輸送相觸發(fā)電路產(chǎn)生可變周期脈沖以觸發(fā)固態(tài)繼電器。為避免加熱溫 度過高設(shè)置超溫保護(hù)電路，在溫度過高時(shí)切斷加熱電壓。具體電路如圖4所示。

　　圖4 比例積分、電壓比較、移相觸發(fā)及超溫保護(hù)電路

　　3 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

　　3.1 電源電路驗(yàn)證

　　圖2設(shè)計(jì)220 V交流電壓經(jīng)變壓器變壓至整流橋T1、T2,整流為直流電壓，直流電壓經(jīng)電容濾波后輸入三端穩(wěn)壓器及穩(wěn)壓二極管，輸出±12 V、±6 V及5 V電壓。±12 V電壓為運(yùn)算放大器工作電壓;±6 V為偏置電壓;5 V電壓供LED顯示用。其測(cè)量值表1所示。

　　從測(cè)試結(jié)果來看，實(shí)測(cè)電壓與設(shè)計(jì)電壓絕對(duì)誤差在±0.1 V之間，完全滿足電路工作需要。

　　3.2 溫度信號(hào)放大及溫度補(bǔ)償電路驗(yàn)證

　　圖3是一個(gè)差分放大電路，放大器采用ICL7650,反饋網(wǎng)絡(luò)電阻比R11/R8為100,即溫度毫伏電壓信號(hào)被放大100倍。輸入溫度電壓毫伏信號(hào)為TC+與TC一端電壓差，TC一端R:為一負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)工作端溫度變化，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)也將變化，而此時(shí)熱敏電阻阻值也將減少并使TC一端電壓的電壓也發(fā)生變化。這樣總的差分輸人信號(hào)隨溫度變化被抵消。如果參數(shù)選擇合適可消除自由端溫度變化對(duì)熱電偶溫度測(cè)量的影響。

　　圖中CT取自放大以后的溫度毫伏信號(hào)，通過改變R13與R14及W2比例可取適當(dāng)電壓信號(hào)與溫度值對(duì)應(yīng)，該電壓信號(hào)接至3位半LED顯示表可顯示測(cè)量溫度值。

　　表2為溫度采集模塊輸出測(cè)試數(shù)據(jù)，由國標(biāo)K型熱電偶與電勢(shì)對(duì)應(yīng)關(guān)系表可得到熱電偶理論輸出電勢(shì)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試在不同室溫及測(cè)量溫度時(shí)，溫度采集模塊輸出端實(shí)測(cè)電壓是否符合設(shè)計(jì)要求。由測(cè)試數(shù)據(jù) 來看，通過溫度采集模塊，被測(cè)溫度電勢(shì)信號(hào)經(jīng)過室溫補(bǔ)償后，被準(zhǔn)確放大100倍。

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