一种能够精确控制温度的电磁蒸发装置
技术领域
本发明涉及一种电磁蒸发装置,具体的说涉及一种用于化工蒸发工艺中的能够精确控制温度的电磁蒸发装置,属于电子技术领域。
背景技术
现在市场上大部分的蒸发装置都是用蒸汽作为加热源,蒸汽的来源大部分是用煤炭产生的,大量的蒸汽耗费大量有限的煤炭资源,煤炭的燃烧产生的废渣废气也造成了环境污染。
目前,也有一些用电作为加热源对蒸发装置进行加热的,但是都无法做到精确控制釜腔内的温度,不能满足蒸发装置的具体要求。
发明内容
本发明要解决的问题就是提供一种能够精确控制釜腔内温度的电磁蒸发装置,利用电磁感应原理将电能转换为热能,使物料达到沸腾的状态,从而达到蒸发的目的,而且温度的稳定性高,同时又节能环保,节约了煤炭资源。
为了解决上述问题,本发明采用以下技术方案:一种能够精确控制温度的电磁蒸发装置,包括蒸发器,蒸发器的外圆周上靠近底部的位置设有若干道加热线圈,加热线圈电连接有电路主板。
所述电路主板集成有主电源电路、开机电路、低压直流电源电路、过/欠压保护电路、同步电路、过温保护电路、釜腔检测电路、过流保护电路、驱动电压形成电路、延时开机电路和风扇驱动及检测电路。
其中,低压直流电源电路主要产生专供单片机工作的电源;
釜腔检测电路用于判断电磁蒸发装置釜腔内有没有物料;
驱动电压形成电路的作用是为IGBT提供开关脉冲电压;
延时开机电路可以防止开机瞬间造成IGBT损坏。
所述低压直流电源电路包括变压器T2,变压器T2的一端经二极管D10输出+20V直流电压,变压器T2的一端接二极管D12的负极,二极管D12的正极接地,二极管D12的正极经电容C10接集成电路IC6的第一端,集成电路IC6的第一端接变压器T2的抽头端,集成电路IC6的第一端经串联的电容C9、二极管D13和二极管D11输出+20V直流电压,二极管D13的正极接地,集成电路IC6的第二端经电容C11输出+20V直流电压,电容C11接地,集成电路IC6的第三端经串联的电容C45、稳压二极管ZD2和电阻R31输出+20V直流电压,集成电路IC6的第三端经串联的电容C45和稳压二极管ZD2输出+12V直流电压,集成电路IC6的第三端接电容C46的一端,电容C46的另一端经并联的电容C12和电容C27输出+12V直流电压,电容C46的另一端接地,稳压二极管ZD2的正极接地;集成电路IC6的第三端输出+5V直流电压。
所述釜腔检测电路包括电压比较器U2,电压比较器U2的同向输入端接地,电压比较器U2的反向输入端经电阻R7接地,电压比较器U2的反向输入端接电阻R8的一端,电阻R8的另一端经串联的电阻R5和电阻R4接P2,电阻R8的另一端接电阻R6的一端,电阻R6的另一端接电压比较器U1的同向输入端,电阻R6的另一端经电阻R9接地,电阻R6的另一端经电容C10接电压比较器U1的反向输入端,电压比较器U1的反向输入端经电阻R3接P1,电压比较器U1的反向输入端经电阻R2接地,电压比较器U1的反向输入端经电容C9接地,电压比较器U1的反向输入端经电容C8接CN1-5,电压比较器U1的输出端接CN1-3,电压比较器U1的输出端经电阻R10接直流+5V电压,电压比较器U1的输出端经串联的电容C11和二极管D6接直流+5V电压,电压比较器U1的输出端经电容C11接电压比较器U3的反向输入端,电压比较器U3的反向输入端接电阻R11的一端,电阻R11的另一端接直流+18V电压,电阻R11的另一端经并联的电容C12和电容C13接地,电压比较器U3的输出端接驱动电路。
所述驱动电压形成电路包括电压比较器U4,电压比较器U4的输入端接同步电路,电压比较器U4的输出端接开机电路,电压比较器U4的输出端接二极管D7的负极,二极管D7的正极经串联的电阻R12和电容C14接地,二极管D7的正极经电阻R12接电压比较器U5的反向输入端,二极管D7的正极接电阻R13的一端,电阻R13的另一端接直流+19V电压,电阻R13的另一端经电阻R14接三极管Q1的集电极,三极管Q1的基极接电压比较器U5的输出端,三极管Q1的发射极接地,电阻R13的另一端经电阻R17接开机电路,电阻R13的另一端接三极管Q2的集电极,三极管Q2的发射极经电阻R18接VD,三极管Q2的发射极接稳压二极管D11的负极,稳压二极管D11的正极接地,稳压二极管D11的正极经电容C15接电压比较器U5的正向输入端,稳压二极管D11的正极经串联的二极管D9和二极管D8接电压比较器U4的输出端,稳压二极管D11的正极接三极管Q1的发射极,三极管Q2的发射极经二极管D10接电压比较器U4的输出端,三极管Q2的基极接三极管Q1的集电极,三极管Q2的集电极经并联的电容C16和电容C17接地。
所述电路延时开机电路包括电压比较器U6,电压比较器U6的反向输入端经电容C18接地,电压比较器U6的反向输入端经并联的电阻R19和二极管12接直流+5V电压,电压比较器U6的正向输入端接电阻R23的一端,电阻R23的另一端经电阻R24接地,电阻R23的另一端经电容C21接电压比较器U6的输出端,电压比较器U6的正向输入端接二极管D13的负极,二极管D13的正极经并联的电容C20和电阻R22接地,二极管D13的正极接电阻R21的一端,电阻R21的另一端经并联的电阻R20和电容C19接直流+300V电压,电压比较器U6的输出端经电阻R25接直流+15V电压,电压比较器U6的输出端经电阻R26接三极管Q3的基极,三极管Q3的集电极经电容C22接功率电平,三极管Q3的集电极经二极管D14接三极管Q4的基极,三极管Q3的集电极经电阻R27接地,三极管Q3的发射极接地,三极管Q4的发射极接地,三极管Q4的集电极接驱动电路。
所述加热线圈与蒸发器之间设有绝缘层。
所述蒸发器内具有蒸发器腔。
所述蒸发器的底部设有放料口,上部设有蒸发器出口和蒸发器进料口。
所述蒸发器的一侧安装有上液位计口和下液位计口。
本发明优点表现为:本发明利用电磁感应原理将电能转换为热能,由整流电路将50/60Hz的交流电压转换成直流电压(AC-DC-AC、交流-直流-交流),再经过电路将直流电压转换成频率为20~35KHz的高频电压,高速变化的电流流过线圈产生高速变化的磁场,当磁场内的磁力线通过蒸发器的底部产生无数的小涡流,使蒸发装置本身自行高速发热,然后再加热蒸发器内的物料,使物料达到沸腾的状态,从而达到蒸发的目的,节约了煤炭资源,避免了因煤炭的燃烧产生的废渣废气造成的环境污染,节能环保;另外,本发明能够精确控制温度的电磁蒸发装置的电路主板集成有主电源电路、开机电路、低压直流电源电路、过/欠压保护电路、同步电路、过温保护电路、釜腔检测电路、过流保护电路、驱动电路、延时开机电路和风扇驱动及检测电路,能够精确的控制釜腔内的温度在±1℃范围内,同时,提高了釜腔内温度的稳定性,使釜腔内的温度始终保持在要求温度±1℃范围内,满足蒸发装置的具体要求。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
附图1是本发明实施例中能够精确控制温度的电磁蒸发装置的结构示意图;
附图2是本发明实施例中低压直流电源电路的原理图;
附图3是釜腔检测电路的原理图;
附图4是驱动电压形成电路的原理图;
附图5是延时开机电路的原理图。
图中:1-蒸发器出口;2-蒸发器进料口;3-上液位计口;4-下液位计口;5-加热线圈;6-绝缘层;7-蒸发器腔;8-放料口;9-加热盘进线;10-电路主板;11-加热盘回线;12-蒸发器。
具体实施方式
实施例,如附图1所示,一种能够精确控制温度的电磁蒸发装置,包括蒸发器12,蒸发器12的外圆周上靠近底部的位置设有若干道加热线圈5,所述加热线圈5与蒸发器12之间设有绝缘层6,所述加热线圈5通过加热盘进线9和加热盘回线11电连接有电路主板10。
蒸发器12内具有蒸发器腔7,蒸发器的底部设有放料口8,上部设有蒸发器出口1和蒸发器进料口2,所述蒸发器的一侧安装有上液位计口3和下液位计口4。
电路主板10集成有主电源电路、开机电路、低压直流电源电路、过/欠压保护电路、同步电路、过温保护电路、釜腔检测电路、过流保护电路、驱动电压形成电路、延时开机电路和风扇驱动及检测电路。
如附图2所示,低压直流电源电路包括变压器T2,变压器T2的一端经二极管D10输出+20V直流电压,变压器T2的一端接二极管D12的负极,二极管D12的正极接地,二极管D12的正极经电容C10接集成电路IC6的第一端,集成电路IC6的第一端接变压器T2的抽头端,集成电路IC6的第一端经串联的电容C9、二极管D13和二极管D11输出+20V直流电压,二极管D13的正极接地,集成电路IC6的第二端经电容C11输出+20V直流电压,电容C11接地,集成电路IC6的第三端经串联的电容C45、稳压二极管ZD2和电阻R31输出+20V直流电压,集成电路IC6的第三端经串联的电容C45和稳压二极管ZD2输出+12V直流电压,集成电路IC6的第三端接电容C46的一端,电容C46的另一端经并联的电容C12和电容C27输出+12V直流电压,电容C46的另一端接地,稳压二极管ZD2的正极接地;集成电路IC6的第三端输出+5V直流电压。
低压直流电源电路是能够精确控制温度的电磁蒸发装置中比较重要的电路,此部分电路主要产生专供单片机工作的电源,部分保护电路取样用的+5V电源,供电压比较器LM339、散热风扇电机和功率管驱动电压输出级等的+18V电源,变压器降压,再经二极管整流、电容滤波的形式。
T2为带中间抽头的变压器,交流220V电压经T2降压,经D10~D13进行桥式整流、电容C11滤波后,输出约+18V直流电压给功率IGBT驱动部分及风扇电机提供电源。另外,+18V电源经电阻R31限流、稳压二极管ZD2稳压后,产生+12V电压作电压比较器和过压保护的电源,从中间抽头获得的直流电压经C9、C10滤波,IC6稳压,C45、C46滤波后产生较为平直的+5V直流电压,供单片机、过温保护电路、开机电路等电路。
如附图3所示,釜腔检测电路包括电压比较器U2,电压比较器U2的同向输入端接地,电压比较器U2的反向输入端经电阻R7接地,电压比较器U2的反向输入端接电阻R8的一端,电阻R8的另一端经串联的电阻R5和电阻R4接P2,电阻R8的另一端接电阻R6的一端,电阻R6的另一端接电压比较器U1的同向输入端,电阻R6的另一端经电阻R9接地,电阻R6的另一端经电容C10接电压比较器U1的反向输入端,电压比较器U1的反向输入端经电阻R3接P1,电压比较器U1的反向输入端经电阻R2接地,电压比较器U1的反向输入端经电容C9接地,电压比较器U1的反向输入端经电容C8接CN1-5,电压比较器U1的输出端接CN1-3,电压比较器U1的输出端经电阻R10接直流+5V电压,电压比较器U1的输出端经串联的电容C11和二极管D6接直流+5V电压,电压比较器U1的输出端经电容C11接电压比较器U3的反向输入端,电压比较器U3的反向输入端接电阻R11的一端,电阻R11的另一端接直流+18V电压,电阻R11的另一端经并联的电容C12和电容C13接地,电压比较器U3的输出端接驱动电路。
电磁蒸发装置处于待机状态时,经电阻分压,同步电路的电压比较器U1的反相输入端的电压约为3.07V(以直流电压为+310V计算),同相输入端的电压约为3.34V。因此,当电磁炉处于待机状态时,电压比较器U1的输出端输出为高电平,按下开机按钮后,单片机通过插线排CN1-5输出数微秒宽的高电平开机脉冲信号IGBTEN,该高电平开机脉冲信号通过电容C8耦合至电压比较器U1的反相输入端,并使该脚的电平高于同相输入端的电平,从而改变同步电路的电压比较器U1在待机时的平衡状态,电压比较器U1的输出端变为低电平,电压比较器U1的输出端输出低电平信号后,电压比较器U3的反相输入端的电压瞬时降低,并且低于同相输入端的脉宽调制电压信号,则输出端输出高电平,IGBT的驱动电压信号输出电路输出驱动电压信号,使IGBT突然导通,然后高频谐振电容与安装在釜底部的加热线圈盘产生高频振荡。当电磁蒸发装置釜腔有物料时,高频振荡时释放出的能量被釜腔内物料吸收,此时高频振荡相当于阻尼振荡,在单位时间内,从电压比较器U1的输出端输出的脉冲个数相对较少;当电磁蒸发装置釜腔内上没有物料时,高频振荡电路相当于是自由振荡,在单位时间内,从电压比较器U1的输出端输出的脉冲个数相对较多,单片机根据此端口在单位时间内输入的脉冲个数的多少,与其内部程序设定的数值进行比较,从而判断电磁蒸发装置釜腔内有没有物料。
如附图4所示,能够精确控制温度的电磁蒸发装置的驱动电压形成电路包括电压比较器U4,电压比较器U4的输入端接同步电路,电压比较器U4的输出端接开机电路,电压比较器U4的输出端接二极管D7的负极,二极管D7的正极经串联的电阻R12和电容C14接地,二极管D7的正极经电阻R12接电压比较器U5的反向输入端,二极管D7的正极接电阻R13的一端,电阻R13的另一端接直流+19V电压,电阻R13的另一端经电阻R14接三极管Q1的集电极,三极管Q1的基极接电压比较器U5的输出端,三极管Q1的发射极接地,电阻R13的另一端经电阻R17接开机电路,电阻R13的另一端接三极管Q2的集电极,三极管Q2的发射极经电阻R18接VD,三极管Q2的发射极接稳压二极管D11的负极,稳压二极管D11的正极接地,稳压二极管D11的正极经电容C15接电压比较器U5的正向输入端,稳压二极管D11的正极经串联的二极管D9和二极管D8接电压比较器U4的输出端,稳压二极管D11的正极接三极管Q1的发射极,三极管Q2的发射极经二极管D10接电压比较器U4的输出端,三极管Q2的基极接三极管Q1的集电极,三极管Q2的集电极经并联的电容C16和电容C17接地。
电磁蒸发装置电路中IGBT的驱动电压形成电路的作用是为IGBT提供开关脉冲电压,该电路处于整机电路的后级也是功率输出驱动级电路。驱动电路是否工作受到开、关机电路、功率整定电路及过温、过流、过压等保护电路的控制。
由于电磁蒸发装置的单片机控制电路相对于电源电压的建立具有一定的延迟,电磁蒸发装置通电开机的瞬间,如果不采取一定保护措施,IGBT有可能受到过流的冲击而损坏。因此,为了防止开机瞬间造成IGBT损坏,电磁蒸发装置电路中必须设置有延迟开机电路,也称缓启动电路。该电路一般接在IGBT的驱动电压信号(VD)输出电路处。电磁蒸发装置通电瞬间,该延迟电路使IGBT的驱动电压输出电路处于截止状态,一般延迟时间在1s左右,通过控制IGBT的驱动信号电压来达到延时开机的目的。
如附图5所示,能够精确控制温度的电磁蒸发装置的电路延时开机电路包括电压比较器U6,电压比较器U6的反向输入端经电容C18接地,电压比较器U6的反向输入端经并联的电阻R19和二极管12接直流+5V电压,电压比较器U6的正向输入端接电阻R23的一端,电阻R23的另一端经电阻R24接地,电阻R23的另一端经电容C21接电压比较器U6的输出端,电压比较器U6的正向输入端接二极管D13的负极,二极管D13的正极经并联的电容C20和电阻R22接地,二极管D13的正极接电阻R21的一端,电阻R21的另一端经并联的电阻R20和电容C19接直流+300V电压,电压比较器U6的输出端经电阻R25接直流+15V电压,电压比较器U6的输出端经电阻R26接三极管Q3的基极,三极管Q3的集电极经电容C22接功率电平,三极管Q3的集电极经二极管D14接三极管Q4的基极,三极管Q3的集电极经电阻R27接地,三极管Q3的发射极接地,三极管Q4的发射极接地,三极管Q4的集电极接驱动电路。
220V交流市电由整流桥堆整流后,经电阻R20、R21、R22分压后,获得约为3.6V的电压,该电压再经过二极管D13加至电压比较器U6的同相输入端,电压比较器U6的反相输入端一路通过电阻R19接+5V电源,另一路经电容C18接电源负极。电压比较器U6的输出端一路经电阻R25接+15V电源,另一路经电阻R26接至三极管Q3的基极。电磁蒸发装置通电瞬间,由于电容C18的充电作用,电压比较器U6的反相输入端的电位低于同相输入端的电位,输出端相当于与电路断开,三极管Q3经电阻R703、R702接+15V电源,从而正向偏置而导通。三极管Q3导通后,三极管Q4截止,从而使IGBT因无驱动电压信号而截止。电容经过1S后充电结束,电压比较器U6的反相输入端的电压高于同相输入端的电压,输出端输出低电平,三极管Q3基极因无正向偏置而截止,电磁蒸发装置进入正常待机状态。电磁蒸发装置在进入正常待机状态后,延迟开机电路就变成了+300V过压保护电路了。当+300V电压因故偏高时,电压比较器U6的反相输入端电位将高于同相输入端的电位,则输出端相当于与电路断开,则三极管Q3又会因正向偏置而导通。三极管Q3导通后,将来自功率整定电路的驱动脉冲电压信号拉低,则IGBT的驱动电压输出电路停止工作,IGBT因无驱动电压而截止,从而达到保护IGBT的目的。
能够精确控制温度的电磁蒸发装置的主电源电路、开机电路、过/欠压保护电路、同步电路、过温保护电路、过流保护电路和风扇驱动及检测电路均采用市面可购买的公知电路即可实现,此处不再赘述。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。