CN104050854A - 一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱 - Google Patents

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刘家菊
钱良存
穆姝慧
黎珉
李锐
温鹏程
张凌峰
解彬彬
陶大明
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Abstract

本发明公开了一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱，包括有箱体、箱盖，箱体中设有基板，箱体的内部设有装水的容器、大功率直流稳压电源，箱体的背面板上设有散热风扇、溢水口、排水口、保险丝底座、电源底座，箱盖前端设有锁扣、后端设有合页，箱盖内部设有口袋，箱体的前面板上设有与锁扣对应的锁销，箱体前端中部设有把手。本发明在学生进行实验的使用过程中，学生可根据现有的电路图在实验箱基板上连线实验，通过此实验让学生了解三极管VT内部结构，掌握继电器工作原理及恒温控制原理与应用，使用方便。

Description

一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱
技术领域
本发明主要涉及大学物理实验装置领域，尤其涉及一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱。
背景技术
电路技术的应用在生产生活、科研中越来越普遍、重要。温度报讯和温度控制在我们的日常生活和生产、科研中具有广泛的应用，例如，火警报讯器、恒温烘箱、电冰箱、冷暖空调等。在这些应用装置中，常常是由电信号被“加工”以后去控制执行机构工作的。但在“加工”之前，首先必须把由被控系统给出的温度信号转换为相应的电信号。为了对一些恒温控制原理进行研究，需要发明一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱，其特征在于：包括有箱体、箱盖，箱体中设有基板，基板的上部区域内设有电源开关、12V直流电源、温控开关，基板的下部区域内设有加水口、制热片、左右两个三极管、电阻、感温探头、制冷片，基板的中部区域内设有左右两个继电器，左右两个继电器之间设有用于连接电阻的两个接线柱，用于连接电阻的两个接线柱下方设有用于连接感温探头的两个接线柱，左右两边继电器的下方分别设有用于连接制热片或制冷片的接线柱和用于连接三极管的三个接线柱，用于连接制热片或制冷片的接线柱分别连接一组工作指示灯；箱体的内部设有装水的容器、大功率直流稳压电源，箱体的背面板上设有散热风扇、溢水口、排水口、保险丝底座、电源底座，容器上端与加水口相连通，容器前后端面分别与水泵、水位表连接，容器的右侧壁与溢水口、排水口、制热片连通，水泵、制热片的另一端均与制冷片连通；所述的箱盖前端设有锁扣、后端设有合页，箱盖内部设有口袋，箱体的前面板上设有与锁扣对应的锁销，箱体前端中部设有把手。
所述的一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱，其特征在于：所述的每组工作指示灯包括一个红色指示灯、一个绿色指示灯。
所述的一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱，其特征在于：所述的电阻的阻值取24KΩ。
所述的一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱，其特征在于：所述的大功率直流稳压电源是将电压器输出的12V交流电，通过1N4007稳压二极管组成的整流桥和电容进行整流滤波，再通过三极管进行小电流放大、最后实现输出为大功率12V直流稳压电，将用接线柱将大功率直流稳压电源正负两端连接到实验箱基板上。
所述的一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱，其特征在于：所述的各接线柱均使用4mm安全型香蕉插头底座，并使用4mm安全型香蕉插头的导线。
本发明的优点是：
本发明在学生进行实验的使用过程中，学生可根据现有的电路图在实验箱基板上连线实验，通过此实验让学生了解三极管VT内部结构，掌握继电器工作原理及恒温控制原理与应用，使用方便。
附图说明
图1为发明的基板的结构示意图。
图2为箱体内部部件分布平面图。
图3为箱体背面板平面图。
图4为箱盖平面图。
图5为大功率直流稳压电源的电路原理图。
图6为恒温控制工作原理图。
图7为控制加热片和制冷片工作的电路图。
具体实施方式
如图1-4所示，一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱，包括有箱体、箱盖，箱体中设有基板，基板的上部区域内设有电源开关1、12V直流电源2、温控开关3，基板的下部区域内设有加水口10、制热片11、左右两个三极管12、电阻13、感温探头14、制冷片15，基板的中部区域内设有左右两个继电器4，左右两个继电器4之间设有用于连接电阻13的两个接线柱5，用于连接电阻13的两个接线柱5下方设有用于连接感温探头14的两个接线柱8，左右两边继电器4的下方分别设有用于连接制热片11或制冷片15的接线柱6和用于连接三极管12的三个接线柱7，用于连接制热片11或制冷片15的接线柱6分别连接一组工作指示灯9；箱体的内部设有装水的容器23、大功率直流稳压电源25，箱体的背面板上设有散热风扇16、溢水口18、排水口19、保险丝底座20、电源底座21，容器23上端与加水口10相连通，容器23前后端面分别与水泵22、水位表26连接，容器23的右侧壁与溢水口18、排水口19、制热片11连通，水泵22、制热片11的另一端均与制冷片15连通；箱盖前端设有锁扣29、后端设有合页31，箱盖内部设有口袋30，箱体的前面板上设有与锁扣29对应的锁销27，箱体前端中部设有把手28。
本发明的实验箱主要包括：基板、箱体、箱盖，各部件的具体介绍如下：
基板(图1)
1、电源开关，控制整个实验箱电源的通断；
2、12V直流电源，用接线柱将表头的输入两端连接到实验箱基板上；
3、温控开关，主要由液晶显示屏和按键组成，显示屏幕上，显示当前室温和设置温度，按键为：“设置”、“←”、“→”、“▲”、“▼”；
按“设置”键，设置的温度的数字开始闪动，按“←”、“→”移动设置的温度数值的位置，再按“▲”、“▼”设置温度的大小，通过温控系统判断，当“设置温度<当前温度”，启动制冷片工作，直到“设置温度＝当前温度”制冷片停止工作，当“设置温度>当前温度”，启动加热片工作，直到“设置温度＝当前温度”加热片停止工作，如此重复上述过程。所以箱体的温度始终保持在给定温度附近的一个小范围内，基本上达到恒温自动控制的目的。
4、继电器J，由电磁铁、弹簧的衔片和两对触点式开关组成，控制制冷片或制热片工作电路的通断。
当有大于继电器吸合的电流通过继电器时，电磁铁产生很强的磁场，磁场吸引弹簧的衔片一端，使弹簧的衔片接触常开触点，即常开触点是吸合的，常闭触点是断开的，制热片或制冷片开始工作(制热片和制冷片在基板图的下面一排，实验接线时，将制热片和制冷片连接到电路图中)，红色指示灯发光；当无电流通过继电器时，电磁铁不能产生磁场，弹簧的衔片自动接触常闭触点，常开触点是断开的，常闭触点是接通的，制热片或制冷片停止工作，绿色指示灯发光。继电器吸合和断开都能听到“劈啪”的响声，这是继电器弹簧衔片来回搭接的声音
5、预留的两个接线柱，为了连接电阻R，在电路图的下方，有电阻R元件；
6、预留的接线柱，为了连接制冷片或制热片元件，不需要接元件的接线柱，用导线短接；
7、预留的三个接线柱，为了连接三极管，在电路图的下方，有三极管元件；
8、预留的两个接线柱，为了连接NTC温度传感器，在电路图的下方，有NTC温度传感器元件；
9、工作指示灯，当回路通电，继电器中常开触点吸合，制热片或制冷片开始工作，红色指示灯发光；当无电流通过继电器时，常开触点是断开的，常闭触点是接通的，制热片或制冷片停止工作，绿色指示灯发光。
10、加水口，需要实验时，通过加水口注入实验用水；
11、制热片元件；
12、三极管元件，由发射极、基极和集电极组成，主要用途：交流信号放大、直流信号放大和电路开关。
当整流后的直流电压加在发射结上，通过R和RJ的匹配，使三极管VT的b e端处于正偏，b c端反偏，三极管处于放大状态。经基极b的电流I被放大β倍后流过集电极c，则集电极电流IC＝βIb通过继电器J；当基极和集电极电位相等，三极管处于截止状态，整个三极管VT相当于开关处于断开状态，因此IC的电流很小，几乎为零，故基本无电流通过继电器J，三极管VT主要起小电流放大的作用；
13、固定电阻元件R取适合的阻值24KΩ，在实验装置中，通过R和RJ的匹配，使三极管VT在放大状态时集电极电流IC稍大于继电器的吸合电流；
14、感温探头，放置在装水容器中进行感温，通过NTC温度传感器，把温度升、降转化为电信号通、断的装置。这样就把温度升降转化为电信号的通断，从而实现温度的控制，用接线柱将两端连接到实验箱基板上；
15、制冷片元件；
箱体(图2)内
16、散热风扇，当制冷片工作时，风扇向箱体外进行散热；
17、制冷片，通过制冷片进行制冷降温，将制冷片用接线柱将两端连接到实验箱基板上；
18、溢水口，当通过加水口对容器加水，当超过最高水位线，水自动通过溢水口溢出；
19、排水口，当实验结束时，打开排水口，排干容器的实验用水；
20、保险丝底座，保护供电线路；
21、电源底座，直接插上220V左右市电，给实验箱供电，节能环保。
22、水泵，当通过制热片或制冷片工作时，水泵同时工作，进行水循环；
23、装水的容器，用保温水管连接制热片、制冷片、水泵、溢水口等；
24、制热片，通过制热片对水进行加热升温，将制热片用接线柱将两端连接到实验箱基板上；
25、大功率直流稳压电源E(图5、原理图)。将电压器输出的12V交流电，通过1N4007稳压二极管组成的整流桥和电容进行整流滤波，再通过三极管进行小电流放大、最后实现输出为大功率12V直流稳压电，将用接线柱将电源正负两端连接到实验箱基板上，并在箱体侧面安装电源散热风扇；
接线柱均使用4mm安全型香蕉插头底座，使用4mm安全型香蕉插头的导线，防止接触不良现象。
26、水位表，在箱体前端安装水位表，且设有最低水位和最高水位告警灯；
27、锁销，箱体前端设有两个锁销与箱盖前端的两个锁扣配合连接使用；
28、把手，箱体前端中间部分设有一个把手，方便实验箱的搬动。
箱体背面(图3)，箱盖(图4)
29、锁扣，箱盖前端设有两个锁扣与锁销配合连接；
30、箱盖内有一口袋，放安全型香蕉插头测试线和电源线；
31、箱盖后端设有两个合页连接箱体。
本发明在学生进行实验的使用过程中，学生可根据现有的电路图(图7)在实验箱基板上连线实验，通过此实验让学生了解三极管VT的工作原理,掌握继电器工作原理及恒温控制原理(图6)与应用。接通工作电路后，红色指示灯亮，电热丝加热，箱内温度升高，当箱内温度达到温度计金属丝A所指的温度时，控制电路断开，衔铁被弹簧拉起，工作电路断开(或停止工作)，电热丝停止加热，绿色指示灯亮。当箱内温度低于金属丝A所指的温度时，工作电路再次工作，控制电路接通，电磁铁有磁性，衔铁被吸下，电热丝加热，从而保持恒温箱内温度恒定。

Claims (5)

1.一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱，其特征在于：包括有箱体、箱盖，箱体中设有基板，基板的上部区域内设有电源开关、12V直流电源、温控开关，基板的下部区域内设有加水口、制热片、左右两个三极管、电阻、感温探头、制冷片，基板的中部区域内设有左右两个继电器，左右两个继电器之间设有用于连接电阻的两个接线柱，用于连接电阻的两个接线柱下方设有用于连接感温探头的两个接线柱，左右两边继电器的下方分别设有用于连接制热片或制冷片的接线柱和用于连接三极管的三个接线柱，用于连接制热片或制冷片的接线柱分别连接一组工作指示灯；箱体的内部设有装水的容器、大功率直流稳压电源，箱体的背面板上设有散热风扇、溢水口、排水口、保险丝底座、电源底座，容器上端与加水口相连通，容器前后端面分别与水泵、水位表连接，容器的右侧壁与溢水口、排水口、制热片连通，水泵、制热片的另一端均与制冷片连通；所述的箱盖前端设有锁扣、后端设有合页，箱盖内部设有口袋，箱体的前面板上设有与锁扣对应的锁销，箱体前端中部设有把手。
2.根据权利要求1所述的一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱，其特征在于：所述的每组工作指示灯包括一个红色指示灯、一个绿色指示灯。
3.根据权利要求1所述的一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱，其特征在于：所述的电阻的阻值取24KΩ。
4.根据权利要求1所述的一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱，其特征在于：所述的大功率直流稳压电源是将电压器输出的12V交流电，通过1N4007稳压二极管组成的整流桥和电容进行整流滤波，再通过三极管进行小电流放大、最后实现输出为大功率12V直流稳压电，将用接线柱将大功率直流稳压电源正负两端连接到实验箱基板上。
5.根据权利要求1所述的一种用于学生研究恒温控制原理与应用的实验箱，其特征在于：所述的各接线柱均使用4mm安全型香蕉插头底座，并使用4mm安全型香蕉插头的导线。
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