CN104028906A - 一种检测实验室用热电偶焊接电路及热电偶焊接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测实验室用热电偶焊接电路及热电偶焊接装置，该焊接电路包括控制芯片、焊接电流控制电路模块、电容放电电路模块、人机交互模块和存储模块。并以此焊接电路为基础构造了热电偶焊接装置。通过控制芯片输出不同占空比的PWM信号去调节焊接电流大小，实现了焊接过程中焊接电流可调可控，可快速安全地焊接出性能优良的热电偶。

Description

一种检测实验室用热电偶焊接电路及热电偶焊接装置
技术领域
本发明涉及一种检测实验室用热电偶焊接电路及热电偶焊接装置。
背景技术
热电偶是电气安全类检测实验室进行器具温升测量常见的检测手段。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势。由于热电偶具有结构简单、制造容易、测量方便等优点，可以在-270至2800℃的广泛温区进行测量，故在检测类实验室温度测量领域中得到广泛应用。目前实验室中常用的焊接热电偶的方式为碰接法和电解质法。这两种方法焊接热电偶的本质都是以热电偶金属丝作为导体短路电源两级，产生瞬时高温以焊接构成热电偶的两种金属丝，存在以下弊端：1、焊接电流不可控，热电偶焊接端很难形成直径为线径两倍的球形焊接体；2、无保护电路，容易烧坏电源电路；3、碰焊法电极属于易触及带电部件，蓄积在电容C中的电量不符合IEC60065-1第8.1.4条的要求；
而电解质法本身使用非安全特低电压，操作人员有触电危险。
发明内容
本发明的目的是提供一种焊接电流可调可控的检测实验室用热电偶焊接电路及热电偶焊接装置，具有焊接效果好和操作过程安全简便的特点。
本发明所述的检测实验室用热电偶焊接电路,包括：
控制芯片，与复位电路、晶振电路构成最小系统，并以计时器中断方式输出不同占空比的PWM信号；
焊接电流控制电路模块，包括双向可控硅和过零触发可控硅输出型光耦，过零触发可控硅输出型光耦输入端接控制芯片发送过来的PWM信号，输出端接双向可控硅并驱动双向可控硅控制焊接电流。
本发明所述的检测实验室用热电偶焊接电路，通过控制芯片输出不同占空比的PWM信号控制过零触发可控硅输出型光耦驱动双向可控硅，从而调节焊接电流大小，实现了焊接过程中焊接电流可调可控，可快速安全地焊接出性能优良的热电偶。
另外，该检测实验室用热电偶焊接电路还包括：
人机交互模块，包括按键输入电路、LED显示电路、蜂鸣器声音提示电路，按键输入电路输出端与控制芯片输入端连接，控制芯片输出端分别与LED显 示电路、蜂鸣器声音提示电路输入端连接；
存储模块，与控制芯片相连接，用于保存焊接电流的设置值；
电容放电电路模块，该电容放电电路模块包括继电器和功率电阻，控制芯片输出端与三极管基极连接，三极管发射极与继电器线圈连接，继电器常开端与功率电阻串联后接地。
通过配备人机交互模块、存储模块和电容放电电路模块，用户可通过键盘输入要设定的电流值，并通过显示屏显示，更方便和人性化；存储模块可以让实验过程中设置的最优电流值得以保存，方便下次使用；电容放电电路模块可让电路中的电量得以释放，起到保护电路的作用。
本发明还以此焊接电路构造出电偶焊接装置，包括壳体、壳体内安装有焊接电路板，以及连接焊接电路板对焊接电路板进行供电的电源模块，控制电源模块供电通断的电源开关安装在壳体上，焊接电路板设置有上述所述的检测实验室用热电偶焊接电路。
本发明电偶焊接装置的工作过程是：用户通过按键电路输入参数。控制芯片实时存储相应参数；开始运行后，控制芯片按照设置输出相应占空比的PWM信号，从而触动焊接电路控制电路输出具有相应电流数值大小的焊接电流。根据不同的电热偶焊接要求，调节不同大小的焊接电流，高效快捷。
附图说明
图1为检测实验室用热电偶焊接电路最小系统和焊接电流控制电路模块框架图。
图2 为检测实验室用热电偶焊接电路框架图。
图3 为控制芯片AT89C2051引脚资源配置图。
图4 为焊接电流控制电路。
图5 为焊接电路电容放电模块电路图。
图6为焊接电路工作流程图。
图7为热电偶焊接装置焊接钳的结构示意图。
图8为热电偶焊接装置焊接钳结构局部示意图。
具体实施方式
如图1、2、3所示，检测实验室用热电偶焊接电路包括控制芯片、焊接电流控制电路模块、人机交互模块（即键盘输入、显示屏显示和声音提示）、存储模块和电容放电电路模块。
控制芯片的型号为AT89C2051，与复位电路、晶振电路构成最小系统，并以计时器中断方式输出不同占空比的PWM(脉冲宽度调制)信号， PWM信号的周期和占空比与电路中使用的电容和所需焊接电流有关，满足以下关系 ，在电容值不变的情况下，改变PWM信号的周期和占空比的大小就可以实现改变焊接电流大小。
如图4所示的一焊接电流控制电路模块，包括双向可控硅和过零触发可控硅输出型光耦，双向可控硅的型号为BTA16，可控硅输出型光耦的型号为MOC3052，MOC3052可控硅输出型光耦的第2脚与控制芯片AT89C2051的P3.7脚连接，双向可控硅作为PWM控制焊接电流的开关，过零触发可控硅输出型光耦输出端连接双向可控硅并驱动双向可控硅，由线电压峰值和光耦的重复浪涌电流峰值决定，。
人机交互模块，包括按键输入电路、LED显示电路、蜂鸣器声音提示电路，按键输入电路输出端S2、S3分别与控制芯片输入端P3.4、P3.5连接，控制芯片输出端与LED显示电路连接一个74LS47的BCD7段译码器，可有效节省AT89C2051有限的引脚资源，控制芯片AT89C2051的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分别连接74LS47的BCD7段译码器第7、1、2、6脚，控制芯片AT89C2051的P1.4与蜂鸣器声音提示电路输入端连接。
存储模块，使用的器件为串行E2PROM的24C02，24C02器件使用I2C总线协议与控制芯片进行通讯。本电路因为对于只用一个24C02器件，因而不需要分辨不同的地址，只要WP保护功能正常就可以了，这只要断开WP与CPU连线且保持高电平，再试一下系统数据读写功能是否正常就可以了。24C02与控制芯片的接口非常简单， A0，A1，A2为器件地址线，WP为写保护引脚，SCL，SDA为二线串行接口，符合I2C总线协议。串行E2PROM是基于I2C-BUS 的存储器件，遵循二线制协议，具有接口方便，体积小，数据掉电不挥发等特点。用户可保存最佳的焊接电流以便下次使用。
如图5所示的一电容放电电路模块，包括继电器和功率电阻，该电容放电电路模块包括继电器和功率电阻，控制芯片输出端与三极管基极连接，三极管发射极与继电器线圈连接，继电器常开端与功率电阻串联后接地。通过控制芯片控制继电器的吸和能彻底释放电容C中的电量，使蓄积在电容C中的电量彻底释放。继电器第1脚接+25V电压，第3脚与一个1欧10瓦的功率电阻连接。通过连接有电容放电电路，可有效保护电路并保证使用人员的安全。
如图6所示，本发明工作过程是：控制芯片先进行初始化处理，并读取保存的电流值，用户通过键盘电路输入参数，控制芯片实时存储相应参数；开始运行后，控制芯片判断是否有按键被按下，若有按键按下，控制芯片按照设置输出相应占空比的PWM信号，从而触动焊接电路控制电路输出具有相应电流数值大小的焊接电流。根据不同的电热偶焊接要求，调节不同大小的焊接电流，高效快捷。
本发明还以此焊接电路构造出电热偶焊接装置，包括壳体、壳体内安装有焊接电路板，以及连接焊接电路板对焊接电路板进行供电的电源模块，控制电源模块对焊接电路供电和断开的电源开关安装在壳体上，控制复位电路工作的复位开关同样安装在壳体上，焊接电路输出端连接有碰焊炭块，焊接电路与本文所述的检测实验室用热电偶焊接电路一致。焊接装置壳体表面设有LED显示屏、焊接电流调节按钮、放电按钮，LED显示屏与LED显示电路输出端连接，焊接电流调节按钮、放电按钮与按键输入电路连接。另外，在电热偶焊接装置还配有保护屏，能有效保证焊接人员安全地操作。
如图7、8所示，电热偶焊接装置还包括焊接钳，焊接钳包括腔体21，腔体21采用长方体或圆柱体的塑料壳体均可，腔体内设置有推杆22，推杆的一端设置有卡位块，另一端设置有推柄，推柄为塑料圆板，卡位块位于腔体内，腔体与推杆平行的一端设有开口，金属导体23的一端连接卡位块，另一端设有卡钩231并从腔体开口引出，腔体开口与卡钩之间的金属导体外围套有金属筒管24，金属筒管外围套有塑料筒管25，卡位块与腔体开口的金属导体套有弹簧26，弹簧一端与卡位块连接，另一端与腔体开口一侧的腔壁连接，检测实验室用热电偶焊接电路的输出端正极与金属导体连接，输出端负极与炭槽连接。操作时，通过按压推柄，推杆推动金属导体从而让卡钩偏离金属筒管，将热电偶焊接处放置于卡钩与金属筒管之间，这时弹簧在卡位块的推动作用下处于压紧状态；松开按压推柄时，处于压紧状态的弹簧反向推动卡位块，卡位块拉动金属导体让卡钩往金属筒管方向运动，从而把热电偶焊接处压紧在卡钩与金属筒管之间，通过按压推柄即可夹紧热电偶焊接处，然后将夹紧的热电偶与碳槽接触，连接焊接电路的输出端正极的金属导体与连接焊接电路输出端负极的碳槽接触到一起产生热量将热电偶焊化，操作简单方便。另外，本发明的热电偶焊接装置的焊接钳只有挂钩部分是裸露在外面的金属，操作人员不容易接触到，减少触电的危险，更加安全。在腔体开口与卡钩之间的金属导体外围套有金属筒管，既增加了电流载流容量，又使得焊接时产生的热量能及时散发，以免外部塑料筒管因受热软化从而损坏焊接钳，让焊接钳更加耐用。
焊接钳还设有抓柄，抓柄固定连接于腔体与塑料筒管连接处外围，抓柄可为圆形的塑料板，当用焊接钳夹取热电偶时，操作人员可用拇指按压推柄，其他手指按住抓柄，这样按压时更加省力，也更符合人的抓握习惯。

Claims (10)

1.一种检测实验室用热电偶焊接电路，其特征在于：所述电路包括:
控制芯片，与复位电路、晶振电路构成最小系统，并以计时器中断方式输出不同占空比的PWM(脉冲宽度调制) 信号；
焊接电流控制电路模块，包括双向可控硅和过零触发可控硅输出型光耦，过零触发可控硅输出型光耦输入端接控制芯片发送过来的PWM信号，输出端接双向可控硅并驱动双向可控硅控制焊接电流。
2.根据权利要求1所述的检测实验室用热电偶焊接电路，其特征在于：检测实验室用热电偶焊接电路还包括人机交互模块，该模块包括按键输入电路、LED显示电路、蜂鸣器声音提示电路；按键输入电路的输出端与控制芯片输入端连接，控制芯片输出端分别与LED显示电路、蜂鸣器声音提示电路输入端连接。
3.根据权利要求1所述的检测实验室用热电偶焊接电路，其特征在于：检测实验室用热电偶焊接电路还包括存储模块，该存储模块与控制芯片连接，用于保存由按键输入电路输入的焊接电流的设置值。
4.根据权利要求1所述的检测实验室用热电偶焊接电路，其特征在于：检测实验室用热电偶焊接电路还包括电容放电电路模块，该电容放电电路模块包括继电器和功率电阻，控制芯片输出端与三极管基极连接，三极管发射极与继电器线圈连接，继电器常开端与功率电阻串联后接地。
5.根据权利要求1所述的检测实验室用热电偶焊接电路，其特征在于：所述控制芯片为控制芯片AT89C2051、双向可控硅的型号为BTA16、可控硅输出型光耦的型号为MOC3052。
6.一种热电偶焊接装置，其特征在于：包括壳体、壳体内安装有焊接电路板，以及连接焊接电路板对焊接电路板进行供电的电源模块，控制电源模块供电通断的电源开关安装在壳体上，焊接电路板设置有权利要求1至 5任一所述的检测实验室用热电偶焊接电路。
7.根据权利要求6所述的热电偶焊接装置，其特征在于：热电偶焊接装置壳体表面设有LED显示屏、焊接电流调节按钮，LED显示屏与LED显示电路输出端连接，焊接电流调节按钮与按键输入电路连接。
8.根据权利要求6所述的热电偶焊接装置，其特征在于：热电偶焊接装置壳体表面设有控制复位电路工作让控制芯片重新启动的复位开关。
9.根据权利要求6所述的热电偶焊接装置，其特征在于：热电偶焊接装置还包括焊接钳和炭槽，焊接钳包括腔体，腔体内设置有推杆，推杆的一端设置有卡位块，另一端设置有推柄，卡位块位于腔体内，腔体与推杆平行的一端设有开口，金属导体的一端连接卡位块，另一端设有卡钩并从腔体开口引出，腔体开口与卡钩之间的金属导体外围套有金属筒管，金属筒管外围套有塑料筒管，卡位块与腔体开口的金属导体套有弹簧，弹簧一端与卡位块连接，另一端与腔体开口一侧的腔壁连接；检测实验室用热电偶焊接电路的输出端正极与金属导体连接，输出端负极与炭槽连接。
10.根据权利要求9所述的热电偶焊接装置，其特征在于：所述焊接钳还设有抓柄，抓柄固定连接于腔体与塑料筒管连接处外围。
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