CN103294084B - 一种应用于恒温装置的节能温度控制器 - Google Patents
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Abstract
一种应用于恒温装置的节能温度控制器，其包括：电源电路、温度传感电路、模拟-数字转换电路、微电脑运算电路、参数设定电路、功率放大输出电路以及显示电路，其中，电源电路产生+5V和-5V给整台设备供电，温度传感电路由热电偶获得发热体的温度信号，经放大和模数转换后传送到微电脑运算电路，作为微电脑运算电路的处理基准信号，参数设定电路被用来设定参数从而供微电脑运算电路进行运算，微电脑运算电路根据所设定的参数和所述处理基准信号进行运算，以获得运算结果，所述运算结果被传送至显示电路进行显示，同时，所述微电脑运算电路根据所述运算结果发送控制命令给功率放大输出电路，功率放大输出电路根据所述控制命令来执行加热输出、冷却输出或者不进行任何输出。
Description
技术领域
本发明涉及恒温控制领域，尤其涉及一种应用于恒温装置的节能温度控制器。
背景技术
在用于塑胶材料生产的相关外延(MOCVD)设备中，原料要保持在温度相对恒定的装置中，温度的波动会影响到所生产的材料的各项参数，从而偏离预期的实验目的。如图3中所示，一般的 MOCVD设备的原料生产似恒温装置包括比例-积分-微分(PID)温度控制器和恒温槽，在恒温槽内安装有温度传感器、加热器、制冷器和搅拌器，并且其控温模式为：使加热、冷却器处于一时开启一时关闭状态，而用PID算法控制加热器的功率实现恒温控制。
然而，前述的控制模式只能控制温度，在设定温度为一定值时，能在一个预定时间段内加热、停止加热、再加热，一直到设定的温度才停止加热。此时发热体的温度高于料管的温度，由于热传导的作用和塑胶或其它原料本身在料管内磨擦所产生的热量的共同作甪，使料管的温度高于设定的温度，于是冷却系统打开，把多余的热量带走。当冷却到设定温度时，冷却系统停止工作。这时由于发热体温度低于料管的温度，而使料管的温度低于设定温度，机器开始重新加热，……如止往返不停地加热、冷却、冷却、加热，为了保持温度在一定的范围内不得不这样做，这样就用浪费大量的能量来达到保持温度的目的。换言之，上述方式是以高能耗来换取温度的稳定。
而且，加热器和制冷器处于常开启状态会影响它的寿命；此外，现代化的设备总是希望有很高的自动化程度，希望整台设备处于一台微机的控制之下。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种应用于恒温装置的节能温度控制器，其可以应用于MOCVD设备的原料存储、生产恒温装置，以实现保持温度稳定的同时降低能量的消耗。
本发明的另一个目的在于提供一种应用于恒温装置的控温方法，以实现保持温度稳定的同时降低能量的消耗。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种应用于恒温装置的节能温度控制器，其包括：电源电路、温度传感电路、放大和模拟-数字转换电路、微电脑运算电路、参数设定电路、功率放大输出电路以及显示电路，所述的各部分电路之间电连接，所述的电源电路为控制器提供工作电源；
所述的温度传感电路感应获得发热体的温度信号后，经放大和模数转换后传送到微电脑运算电路，作为微电脑运算电路的处理基准信号；
所述的参数设定电路用于设定参数从而供微电脑运算电路进行运算，微电脑运算电路根据所设定的参数和所述处理基准信号进行运算，以获得运算结果；
所述运算结果被传送至显示电路进行显示，同时，所述微电脑运算电路根据所述运算结果发送控制命令给功率放大输出电路，功率放大输出电路根据所述控制命令来执行输出结果。
上述方案中，所述参数包括目标恒温温度、加热提前停止量、再次加热提前量、加热等待时间、冷却停止量、冷却开始量，冷却等待时间。
上述方案中，所述的参数设定电路设定目标恒温温度，当“当前温度 ＝ 目标恒温温度 － 加热提前停止量”时，停止加热；当温度下降到“当前温度 ＝ 目标恒温温度 － 再次加热提前量”时，经过一个“加热等待时间”后开始再次加热；待加热到“当前温度 ＝ 目标恒温温度 － 加热提前停止量”时，停止加热；当温度上升达到“当前温度 ＝ 目标恒温温度 + 冷却开始量”时，经过一个“冷却等待时间”开始冷却；冷却到“当前温度 ＝ 目标恒温温度 + 冷却停止量”时，停止冷却。
上述方案中，所述微电脑运算电路为一单片机。
上述方案中，所述显示电路包括：显示驱动及写入电路，显示屏，其中，所述显示屏可以是数码管型或液晶型。
上述方案中，所述恒温装置为恒温槽，所述恒温槽用于容纳液体和放置在液体液面下方的需要恒温的原料容器。
上述方案中，所述恒温槽包括搅拌器，所述搅拌器用于搅动容器槽内的液体，以使得整个恒温槽中液体的温度均匀。
上述方案中，所述的电源电路产生包括+5v和-5V的电压。
上述方案中，所述微电脑运算电路将运算得出的要加热或停等或冷却的命令传给功率放大输出电路，来命令功率放大输出电路执行加热输出或冷却输出或两种都不输出的命令。
本发明这种应用于恒温装置的控温方法，该恒温装置包括加热器、制冷器以及温度控制器，该方法包括：
（a） 利用+5V和-5V电源为所述温度控制器供电；
（b） 利用热电偶获得发热体的温度信号；
（c） 对所述温度信号进行放大和模数转换，并将经过放大和模数转换的所述温度信号作为处理基准信号；
（d） 设定用于运算的运算参数；
（e） 根据所设定的参数和所述处理基准信号进行运算，获得运算结果；
（f） 对所述运算结果进行显示，并且，根据所述运算结果，执行加热输出、冷却输出或者不进行任何输出。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、当MOCVD设备开启后处于使用状态时，恒温装置能够实现高精度的控温，使原料的存储温度恒定，与此同时，加热器和制冷器不会一直处于工作状态，大大减小了能量消耗，经实验测定，应用本发明的恒温装置在能耗上普遍较原来减少50％－85％。
2、本发明的节能温度控制器结构简单，制造成本低，便于对原有的恒温装置进行改造。
3、利用本发明，加热器和制冷器不会像现有技术那样一直处于工作状态，可以大大延长恒温装置的使用寿命。
附图说明
图1是根据本发明实施例的应用于恒温装置的节能温度控制器结构示意图；
图2是根据本发明实施例的控温方法的流程图；
图3是在现有技术中使用的用于MOCVD设备的原料存储恒温装置的示意图；
图4是根据本发明实施例的恒温装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明 进一步详细说明。
如图4所示，该恒温装置包括如下几个组件：节能温度控制器1；恒温槽2；加热器3；制冷器4；搅拌器5。恒温槽2是立方体状的(当然也可为其它形状)，用于盛放液体和埋在液面下的原料瓶，根据实际存放的原料的不同，可以盛装不同的液体；搅拌器5，搅拌器5的叶片用减速电动机(未示出)带动旋转，以使整个恒温槽2中的液体温度均匀。减速电动机固定在恒温槽下面的支架(未示出)上，通过一液体隔离轴带动 处于恒温槽腔体内的搅拌叶片旋转。
加热器3、制冷器4都固定的恒温水槽的腔壁上。搅拌器5的电动机在恒温水槽外，而叶片在水槽腔体内，两者通过液体隔离轴连接。
该恒温装置的工作原理是，节能温度控制器1探测恒温槽2中的液体的温度，通过控制加热器3或者制冷器4的功率来使恒温槽2中 的液体处于设定温度下。搅拌器5处于常开状态以使恒温槽2中的液体温度均匀。
图1是根据本发明实施例的应用于恒温装置的节能温度控制器结构图，所述节能温度控制器包括：电源电路、温度传感电路、放大和模拟-数字转换电路、微电脑运算电路、参数设定电路、功率放大输出电路以及显示电路。
工作时，电源电路产生+5V和-5V给整台设备供电，温度传感电路由热电偶获得发热体的温度信号，经放大和模数转换后传送到微电脑运算电路，作为微电脑运算电路的处理基准信号，参数设定电路被用来设定参数从而供微电脑运算电路进行运算，微电脑运算电路根据所设定的参数和所述处理基准信号进行运算，以获得运算结果，所述运算结果被传送至显示电路进行显示，同时，所述微电脑运算电路根据所述运算结果发送控制命令给功率放大输出电路，功率放大输出电路根据所述控制命令来执行加热输出、冷却输出或者不进行任何输出。
所述参数包括目标恒温温度、加热提前停止量、再次加热提前量、加热等待时间、冷却停止量、冷却开始量，冷却等待时间。
从开始加热，到“当前温度 ＝ 目标恒温温度 － 加热提前停止量”时，停止加热，当“当前温度 ＝ 目标恒温温度 － 再次加热提前量”时，经过一个“加热等待时间”开始加热；当“当前温度 ＝ 目标恒温温度 + 冷却开始量”时，经过一个“冷却等待时间”开始冷却；当“当前温度 ＝ 目标恒温温度 + 冷却停止量”时，停止冷却。
举例来说，当目标恒温温度设定在200℃，加热提前停止量设定为2℃，再次加热提前量设定为3℃，加热等待时间为6S。冷却停止量设为2℃，冷却开始量设为3℃，冷却等待时间设为6S时，当加热温度到198℃时，停止加热；当温度下降到197℃时，等待6S后开始加热；加热到198℃时又停止加热。当温度上升到203℃时，等待6S后开始冷却；当冷却到202℃时，冷却停止。就这样使料管的温度始终保持在197℃—203℃之间恒温，而加热器和制冷器则不会一直处于工作状态，既达到了节能的目的，又延长了加热器和制冷器的寿命。
优选地，所述微电脑运算电路为一单片机，所述“运算”仅仅是一个技术性称谓，其具体意义可以是比较、验证等，具体到本发明，所述运算的实质是将温度信号所代表的温度与所设定的相应参数进行比较。
优选地，所述显示电路包括：显示驱动及写入电路，显示屏，其中，所述显示屏可以是数码管型或液晶型，所设定的目标恒温温度、加热提前停止量、再次加热提前量、加热等待时间、冷却停止量、冷却开始量，冷却等待时间均同时显示在显示屏上，至于这些参数在显示屏上的位置分布、字体特征等，则不属于本发明所考虑的问题，这里不再赘述。
图2根据本发明实施例的控温方法的流程图。所述控温方法应用于恒温装置，该恒温装置包括加热器、制冷器以及温度控制器，该方法包括：
（a）利用+5V和-5V电源为所述温度控制器供电；
（b）利用热电偶获得发热体的温度信号；
（c）对所述温度信号进行放大和模数转换，并将经过放大和模数转换的所述温度信号作为处理基准信号；
（d）设定用于运算的运算参数；
（e）根据所设定的参数和所述处理基准信号进行运算，获得运算结果；
（f）对所述参数进行显示，并且，根据所述运算结果，执行加热输出、冷却输出或者不进行任何输出。
上述方法中，所述参数包括目标恒温温度、加热提前停止量、再次加热提前量、加热等待时间、冷却停止量、冷却开始量，冷却等待时间。
上述方法中，从开始加热，到“当前温度 ＝ 目标恒温温度 － 加热提前停止量”时，停止加热，当“当前温度 ＝ 目标恒温温度 － 再次加热提前量”时，经过一个“加热等待时间”开始加热；当“当前温度 ＝ 目标恒温温度 + 冷却开始量”时，经过一个“冷却等待时间”开始冷却；当“当前温度 ＝ 目标恒温温度 + 冷却停止量”时，停止冷却。
举例来说，当目标恒温温度设定在200℃，加热提前停止量设定为2℃，再次加热提前量设定为3℃，加热等待时间为6S。冷却停止量设为2℃，冷却开始量设为3℃，冷却等待时间设为6S时，当加热温度到198℃时，停止加热；当温度下降到197℃时，等待6S后开始加热；加热到198℃时又停止加热。当温度上升到203℃时，等待6S后开始冷却；当冷却到202℃时，冷却停止。就这样使料管的温度始终保持在197℃—203℃之间恒温，而加热器和制冷器则不会一直处于工作状态，既达到了节能的目的，又延长了加热器和制冷器的寿命。
其中，所述“运算”仅仅是一个技术性称谓，其具体意义可以是比较、验证等任意的信号处理方式，具体到本发明，所述运算的实质是将温度信号所代表的温度与所设定的相应参数进行比较。
其中，所设定的目标恒温温度、加热提前停止量、再次加热提前量、加热等待时间、冷却停止量、冷却开始量，冷却等待时间均同时被显示，至于这些参数在显示时的位置分布、字体特征等则不属于本发明所考虑的问题，这里不再赘述。
由此可见，利用本发明所述的节能温度控制器或者控温方法，当MOCVD设备开启后处于使用状态时，恒温装置能够实现高精度的控温，使原料的存储温度恒定，与此同时，加热器和制冷器不会一直处于工作状态，大大减小了能量消耗, 经实验测定，应用本发明的恒温装置在能耗上普遍较原来减少40％－85％。由于本发明的节能温度控制器结构简单，制造成本低，对原有恒温装置的改造也将十分便利。利用本发明，恒温装置中的加热器和制冷器不会一直处于工作状态，大大延长了恒温装置的使用寿命。
需要注意的是，虽然本发明仅仅通过对用于MOCVD设备的原料存储恒温装置以及应用与该恒温装置的温度控制器对本发明进行了描述，但是本领域技术人员应当明了，本发明所述的温度控制器也可以适用于进行温度控制的其它恒温装置。
而且，以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应当理解的是，以上所述仅为本发明的具体实 施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的 任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种应用于恒温装置的节能温度控制器，其包括：电源电路、温度传感电路、放大和模拟-数字转换电路、微电脑运算电路、参数设定电路、功率放大输出电路以及显示电路，所述的各部分电路之间电连接，其特征在于：所述的电源电路为控制器提供工作电源；所述的温度传感电路感应获得发热体的温度信号后，经放大和模数转换后传送到微电脑运算电路，作为微电脑运算电路的处理基准信号；所述的参数设定电路用于设定参数从而供微电脑运算电路进行运算，微电脑运算电路根据所设定的参数和所述处理基准信号进行运算，以获得运算结果；所述运算结果被传送至显示电路进行显示，同时，所述微电脑运算电路根据所述运算结果发送控制命令给功率放大输出电路，功率放大输出电路根据所述控制命令来执行输出结果；所述参数包括目标恒温温度、加热提前停止量、再次加热提前量、加热等待时间、冷却停止量、冷却开始量以及冷却等待时间；所述的参数设定电路设定目标恒温温度，当“当前温度＝目标恒温温度－加热提前停止量”时，停止加热；当温度下降到“当前温度＝目标恒温温度－再次加热提前量”时，经过一个“加热等待时间”后开始再次加热；待加热到“当前温度＝目标恒温温度－加热提前停止量”时，停止加热；当温度上升达到“当前温度＝目标恒温温度+冷却开始量”时，经过一个“冷却等待时间”开始冷却；冷却到“当前温度＝目标恒温温度+冷却停止量”时，停止冷却。
2.如权利要求1所述的节能温度控制器，其中，所述微电脑运算电路为一单片机。
3.如权利要求1所述的节能温度控制器，其中，所述的电源电路产生包括+5v和-5V的电压。
4.如权利要求1所述的节能温度控制器，其中，所述的温度传感电路通过热电偶提取发热体的温度信号。
5.如权利要求1所述的节能温度控制器，其中，所述微电脑运算电路将运算得出的要加热或停等或冷却的命令传给功率放大输出电路，来命令功率放大输出电路执行加热输出或冷却输出或两种都不输出的命令。
6.如权利要求1所述的节能温度控制器，其中，所述显示电路为液晶显示电路。
7.如权利要求1所述的节能温度控制器，其中，所述显示电路为数码管显示电路。
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