恆溫智能控制器的製作方法
2023-12-10 00:45:31
專利名稱：恆溫智能控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種恆溫智能控制器，更具體地說，涉及一種用於生活用品和工業控制目的的對電加熱設備的溫度進行自動控制的裝置。
背景技術：
在現有技術中，溫度調節設備通常有兩類，即通斷控制型和通斷時間佔空比控制型，通斷型控制器適用於對溫度控制要求不高、耗熱功率變化的設備，廣泛用於熱水器、注塑機等設備上；時間佔空比控制型適用於對控制精度高但耗熱功率基本上不變的設備，廣泛用於恆溫箱、烘箱、恆溫烙鐵等設備。以切模燙金機為例，大部分用的是通斷控制型的溫控器，電熱絲盤繞在一個有繞槽的金屬塊板內，探溫頭(溫度傳感器)安裝在該金屬板(載熱體)的探溫孔內，由於電熱件無論是在通電或停電後，反應在載熱體的測溫點的溫度都滯後於電發熱件電源的通斷狀態，而且載熱體這個金屬件的實體做的愈大，它的各處的溫度就愈比較平衡但不能無限大，加上它也有傳熱過程，所以載熱體的溫度的上升或下降都要滯後於電熱件的工作狀態，也就是人們所說的慣性。具體的說在加熱過程中，溫控器檢測到測溫點的溫度等於或大於設定溫度時，溫控器就切斷電源，由於上所述的慣性的存在，載熱體的溫度還要上升，上升的幅度與載熱體的實體體積有關，這個實體體積越大，反映滯後的現象就愈嚴重。由於機器工作時要耗熱和載熱體本身的散熱，它的溫度又由高向低變化過程中，相應的降溫過程也存在慣性問題。當檢測到測溫點的溫度低於設定溫度值時溫控器又重新打開開關通電，這向上的慣性加上向下的慣性導致載熱體的溫度上下的振蕩幅度超過七八度甚至上十度之多，給電熱加工的設備的操作帶來諸多不便，也使產品加工質量受到影響，無功損耗也大。再以恆溫電烙鐵為例，通常情況下這設備上溫控器採用的是通斷時間佔空比控制模式，設計者把它看做是耗熱功率是恆定不變的。它的通電模式是按照經驗設計成固定的幾個擋位工作模式，即通電與斷電的時間段比例不同的模式工作，假如把調溫度旋鈕調到一個檔位上，那麼該溫控器的工作模式就固定了，當工作人員在使用烙鐵一段時間後停下來的一段時間內，由於耗熱功率減少，將導致電烙鐵在一定的溫度範圍內溫度升高，有可能是超過焊接溫度要求的上限(尤其在夏天的工環境下，由於散熱的快慢跟環境溫度有關)，這時再重新拿烙鐵進行焊接電子器件的話，就有可能將其燙壞，尤其是一些貼片元件或對溫度敏感的器件。所以在手工焊接電子器件的行業裡這一種所謂的恆溫烙鐵在功能方面有一些與「恆溫」確有很大的差異，尤其是對溫度特別敏感的器件尤其如此，如醫療儀器中的血氧就是如此。
發明內容
本實用新型的目的在於提供一種既能提高溫度控制精度，又能適應電熱加工設備耗熱功率變化要求的恆溫智能控制器，使電熱設備的載熱體在10-400℃的溫度範圍內任意預值，並顯示預值溫度和測溫點的溫度數。
為了達到上述目的，本實用新型提供了如下的技術方案設計一種恆溫智能控制器，包括恆溫控制器本體(1)，溫度傳感器(2)位於載熱體(3)內，具有包括溫度傳感器(2)在內的橋式信號變送電路、模擬信號輸入放大電路、二階濾波電路、信號保持電路、A/D轉換電路、復位電路、振蕩信號產生電路、微處理器CPU、數據存儲器、顯示電路、按鍵信號輸入電路和D/A轉換電路，該控制器的模擬信號輸出放大後疊加在觸發脈衝信號產生線路中，經過光電隔離後將其觸發脈衝信號放大驅動可控矽，模擬信號輸出放大電路由運放IC6和IC7、三極體T1、電阻R12和R14構成，D/A轉換器的數據輸入端與微處理器CPU直接相連，運放IC6的正負極性輸入端與D/A轉換器IC5直接相連且其正極性輸入端與地相連，運放IC6的輸出端與運放IC7的正極性輸入端相連，運放IC7負極性輸入端和輸出端相連後再和電阻R12、D/A轉換器IC5的Rfb腳連接，電阻R12的另一端與三極體T1的基極相連，三極體T1的集電極和觸發信號產生電路的電容C10與電阻R13的聯接點相連，觸發信號產生電路由電阻R13、電容C10和單結管Q1構成，電阻R13與電容C10的聯接點和三極體T1的集電極以及單結管Q1觸發極連接，電阻R13的另一端、單結管Q1的一個基極與經過整流的脈動電源1的+V連接，單結管Q1的另一個基極與光耦內部發光二極體的正極輸入端相連，光電隔離及驅動電路由光耦、電阻R15、三極體T2、二極體D1構成，光耦內發光二極體的正極與單結管Q1的一個基極連接，其負極與單片機系統電源接地線相連，光耦內的光敏接收管的集電極串接電阻R15後與脈動電源2的+V端相連，光耦內的光敏管的發射極與三極體T2的基極相連，三極體T2的集電極與脈動電源2的+V端相連，三極體T2的發射極與二極體D1的正極相連，二極體D1的負極接可控矽的控制極G，可控矽的陰極與脈動電源2的地線相連。
本實用新型的工作原理根據觸發脈衝產生部分電路中的R點電壓的改變就能改變單結管Q1的導通門限電壓(相對於脈動電源電壓而言)到來的時間，導通電信號經過光電隔離器耦合後經三極體T2放大後驅動可控矽，即改變了可控矽的導通電角度，也就是改變了對電熱元件的供電功率；根據前述的改變R點的電壓就能改變電熱元件的用電功率，由於三極體T1基極電壓來運放IC7的輸出端，運放IC7輸出電壓受微處理器CPU輸出數字量的控制，使得微處理器CPU改變輸出數字量的大小，也就改變了D/A轉換器的模擬量輸出，這個模擬量經過運放IC6、IC7的放大，而在運放IC7的輸出端得到了與微處理器CPU輸出相對應的模擬量，此模擬量經過三極體T1放大由集電極對脈衝信號產生部分的R點產生影響，運放IC7輸出的電壓越高，經過三極體TI放大後在電阻R14上獲得的電壓降越大，而相應的R點的電壓就越低，單結管Q1觸發極獲得的觸發電壓(即門限電壓)也就是觸發的時間(相對於脈動電源的相位而言)到來的越遲，此觸發信號經過隔離，再經過三極體T2放大後串接一個二極體驅動可控矽(雙向或單向均可)，單結管Q1產生的觸發信號到來的越遲，則在可控矽串接的負載RL上獲得的電功率越小，反之越大。
如何才能實現自動控制的目的呢？本實用性控制器是這樣設計的，測溫點的溫度變化引起A、B兩點的電壓變化，經過模擬信號放大和濾波，在經過A/D轉換，微處理器CPU對採集的數據進行計算，再通過原始標準(此標準數據存儲在數據存儲器中)校正，將結果與用戶設定的溫度值(此設定值也存儲在數據存儲器中)進行比較，如果當前測溫點的溫度不等於(低於或高於允許的偏差範圍)設定值，微處理器CPU將按照一定規律輸出數字量，這數字量經過運放IC5進行D/A轉換，再經過運放IC6和IC7的放大處理，(將該模擬信號送到三極體T1)改變R點的電壓即改變單結管Q1的導通滯後時間，觸發導通的電信號經過光電隔離器，三極體T2將接收到的驅動信號放大驅動可控矽。可控矽的導通電角度隨著微處理器CPU輸出數字量的改變而改變，也就是改變了對電熱件的供電功率。
與現有技術相比，本實用新型具有如下明顯的優點1、結構簡單、既能提高溫度控制精度，又能適應電熱加工設備耗熱功率變化要求；2、可廣泛用於恆溫箱、烘箱和恆溫烙鐵等設備；3、由於光電隔離器將單片機系統的供電與強電的迴路分開，保證了線路的正常工作，也給工作人員和維修人員的安全提供了保障。
以下是本實用新型的附圖說明圖1是本實用新型的電路原理框圖；圖2是本實用新型的外形結構示意圖。
圖2中，1是恆溫控制器本體，2是溫度傳感器，3是熱載體。
具體實施方式
以下通過具體的實施方式對本實用新型進行更加詳細的描述參照圖1，控制器由以下幾部分組成直流電源、信號變送電路、輸入信號放大及整形、A/D轉換、微處理器(包括晶振、電容產生頻率部分、復位部分)、D/A轉換、信號放大、觸發信號產生、光電隔離及驅動(驅動對象為可控矽)、按鍵(或按鈕或編碼開關)、顯示(含顯示驅動接口)、脈動電流電源、電熱元件等組成。信號變送電路的元件包括溫度傳感器和電阻R1、R2、R3、R4，各電阻呈電橋式聯接，其中電阻R1、R3、R4各作為一個橋臂，傳感器和電阻R2組成一個橋臂，正電源接在傳感器和電阻R1連接點，電源地接在電阻R3、R4的聯接點，電阻R1、R4聯接點B以及電阻R3、R2聯接點A為信號輸出；輸入信號放大及整形部分元件包括電容C1、C2、電阻R5、R6、R7、電容C3、運放IC1、電阻R8、R9、電容C5、C4、運放IC2、電阻R10和電容C6，信號變送電路的B點與電容C1的正極和電阻R5聯接，電阻R5的另一端聯接運放IC1的正極性輸入端，信號變送電路的A點與電容C2的正極、電阻R6、電容C3、電容R7聯接，電阻R6的另一端接運放IC1的負極性輸入端，電阻R7和電容C3並聯，電容C3和電阻R7的另一端接在運放IC1的輸出端並與電阻R8聯接，電容C1、C2的負極接地，電阻R8、R9串聯後連接運放IC2的正極性輸入端，電容C3的一端連接在R8與R9聯接點上，另一端接在運放IC2的輸出端，電容C4一端接在電阻R9與運放IC2正極性輸入端的聯接點上，另一端接地，運放IC2的負輸入端與輸出端聯接，該輸出端串接電阻R10連接到A/D轉換器和運放IC3的模擬信號輸入端，電容C6一端連接在電阻R10與A/D轉換器的聯接點上，另一端接地，A/D轉換器輸出端直接和微處理器CPU相連，數據存儲器直接和微處理器CPU相連，D/A轉換器的數據輸入端直接和微處理器CPU相連，顯示器件、按鍵或編碼信號直接和微處理器CPU聯接。
模擬信號輸出放大後疊加在觸發脈衝信號產生線路中，經過光電隔離後將其觸發脈衝信號放大驅動可控矽，模擬信號輸出放大電路由運放IC6和IC7、三極體T1、電阻R12和R14構成，D/A轉換器的數據輸入端與微處理器CPU直接相連，運放IC6的正負極性輸入端與D/A轉換器IC5直接相連且其正極性輸入端與地相連，運放IC6的輸出端與運放IC7的正極性輸入端相連，運放IC7負極性輸入端和輸出端相連後再和電阻R12、D/A轉換器IC5的Rfb腳連接，電阻R12的另一端與三極體T1的基極相連，三極體T1的集電極和觸發信號產生電路的電容C10與電阻R13的聯接點相連，三極體T1的發射極串接電阻R14後接地；觸發信號產生電路由電阻R13、電容C10和單結管Q1構成，電阻R13與電容C10的聯接點和三極體T1的集電極以及單結管Q1觸發極連接，電容C10的另一端接地，該部分的地和微處理器CPU所用的電源地相連，電阻R13的另一端、單結管Q1的一個基極與經過整流的脈動電源1的+V連接，單結管Q1的另一個基極與光耦內部發光二極體的正極輸入端相連，光電隔離及驅動電路由光耦、電阻R15、三極體T2、二極體D1構成，光耦內發光二極體的正極與單結管Q1的一個基極連接，其負極與單片機系統電源接地線相連，光耦內的光敏接收管的集電極串接電阻R15後與脈動電源2的+V端相連，光耦內的光敏管的發射極與三極體T2的基極相連，三極體T2的集電極與脈動電源2的+V端相連，三極體T2的發射極與二極體D1的正極相連，二極體D1的負極接可控矽的控制極G，可控矽的陰極與脈動電源2的地線相連。
參照圖2，恆溫控制器本體(1)通過溫度傳感器(2)與電源相連，溫度傳感器(2)位於載熱體(3)內。
權利要求1.一種恆溫智能控制器，包括恆溫控制器本體(1)，溫度傳感器(2)位於載熱體(3)內，具有包括溫度傳感器(2)在內的橋式信號變送電路、模擬信號輸入放大電路、二階濾波電路、信號保持電路、A/D轉換電路、復位電路、振蕩信號產生電路、微處理器CPU、數據存儲器、顯示電路、按鍵信號輸入電路和D/A轉換電路，其特徵在於模擬信號輸出放大後疊加在觸發脈衝信號產生線路中，經過光電隔離後將其觸發脈衝信號放大驅動可控矽，模擬信號輸出放大電路由運放IC6和IC7、三極體T1、電阻R12和R14構成，D/A轉換器的數據輸入端與微處理器CPU直接相連，運放IC6的正負極性輸入端與D/A轉換器IC5直接相連且其正極性輸入端與地相連，運放IC6的輸出端與運放IC7的正極性輸入端相連，運放IC7負極性輸入端和輸出端相連後再和電阻R12、D/A轉換器IC5的Rfb腳連接，電阻R12的另一端與三極體T1的基極相連，三極體T1的集電極和觸發信號產生電路的電容C10與電阻R13的聯接點相連，觸發信號產生電路由電阻R13、電容C10和單結管Q1構成，電阻R13與電容C10的聯接點和三極體T1的集電極以及單結管Q1觸發極連接，電阻R13的另一端、單結管Q1的一個基極與經過整流的脈動電源1的+V連接，單結管Q1的另一個基極與光耦內部發光二極體的正極輸入端相連，光電隔離及驅動電路由光耦、電阻R15、三極體T2、二極體D1構成，光耦內發光二極體的正極與單結管Q1的一個基極連接，其負極與單片機系統電源接地線相連，光耦內的光敏接收管的集電極串接電阻R15後與脈動電源2的+V端相連，光耦內的光敏管的發射極與三極體T2的基極相連，三極體T2的集電極與脈動電源2的+V端相連，三極體T2的發射極與二極體D1的正極相連，二極體D1的負極接可控矽的控制極G，可控矽的陰極與脈動電源2的地線相連。
專利摘要本實用新型公開了一種恆溫智能控制器，模擬信號輸出放大後疊加在觸發脈衝信號產生線路中，經過光電隔離後將其觸發信號放大驅動可控矽，電路由橋式信號變送電路、模擬信號輸入放大電路、二階濾波電路、信號保持電路、A/D轉換電路、復位電路、振蕩信號產生電路、微處理器CPU、數據存儲器、顯示電路、按鍵信號輸入電路和D/A轉換電路、模擬信號輸出放大電路、觸發信號電路、光電隔離及驅動電路和兩個彼此獨立的脈動電源電路組成，解決了適應電熱加工設備耗熱功率變化要求等問題，具有結構簡單、既能提高溫度控制精度，又能適應電熱加工設備耗熱功率變化要求等優點，可廣泛用於恆溫箱、烘箱、吸塑機、注塑機和恆溫烙鐵等設備。
文檔編號H05B1/00GK2690931SQ200420043918
公開日2005年4月6日 申請日期2004年3月19日 優先權日2004年3月19日
發明者常繼軍 申請人:常繼軍