CN110933785A - 一种智能控温加热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能控温加热器，包括：加热模块、开关模块和测控模块，加热模块，为薄膜型电加热片；电加热片形状与加热对象的形状一致；开关模块，通过电路与所述加热模块及测控模块连接，开关模块接收测控模块的指令，控制对所述加热模块的电源供给，启动或停止对受热体的加热；测控模块，用于检测受热体的实时温度值，并判断所述温度检测值是否小于温度阈值下限或大于温度阈值上限，并给开关模块输出通断控制信号。本发明是一种兼具加热、测温、控制三种功能的智能控温加热器，相较于传统的复杂控温系统，重量轻、成本低、结构简单、体积紧凑、使用便捷、实时自控、精度优良。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能控温加热器，特别是涉及一种智能控温、自动识别当前温度且自动加热的装置。
背景技术
当前，控温加热器已经应用到各个领域，是现代社会发展不可或缺的重要装置，广泛应用于航天、航空、石油、化工、煤炭、兵器等等领域。
传统的主动控制电加热器由温度传感器、加热器、控制器、处理器和电缆共同组成，有着庞大的软、硬件资源消耗。不同应用场合对控温器的要求不同，随着科学技术的发展，对其要求越来越高，需要更加智能、简单、可靠，甚至要求无缆化。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种智能控温加热器，实现实时控制、自动加热。
本发明解决技术的方案是：
一种智能控温加热器，包括：加热模块、开关模块和测控模块，
加热模块，为薄膜型电加热片，上、下两面采用耐温性好、绝缘性能佳的聚酰亚胺薄膜，中间层为特殊金属箔或丝制成的电阻性电路，加热时，产生热量；
电加热片形状与加热对象的形状一致；在规定的电源电压下，根据要求加热功率设计所需的电阻；将金属箔或丝布满电加热片；
开关模块，通过电路与所述加热模块及测控模块连接，开关模块接收测控模块的指令，控制对所述加热模块的电源供给，启动或停止对受热体的加热；
测控模块，用于检测受热体的实时温度值，并判断所述温度检测值是否小于温度阈值下限或大于温度阈值上限，并给开关模块输出通断控制信号。
进一步的，开关模块的工作状态为常开或常闭，选用VDMOS管。
进一步的，测控模块匹配受热体的温度测量精度要求。
进一步的，测控模块预设温度阈值，存储温度阈值上限TH和阈值下限TL；将温度检测值与存储的TH、TL比较，自主输出温度的准确控制信号。
进一步的，测控模块比较控制逻辑：将实时温度与自身存储的温度阈值比对，如果低于温度阈值下限，则给开关模块发送开始加热指令；如果达到或高于预设温度阈值上限，则给开关模块发送停止加热指令，实现自动判定。
进一步的，选用数字恒温器，以数字量输出温度值，并适配各种微控制器；在信号传输模式上，选择单总线传输的方式或单独回传方式传输温度数据。
进一步的，控温实现方法为：
(1)对测控模块进行数据设置，将温度阈值上、下限TH、TL写入状态寄存器，再将测控芯片焊接到薄膜电路板上；
(2)将测控模块和开关模块置于加热模块的上顶面上，薄膜电路板与薄膜型电加热片做成一体，做成一体的方法：选用微型贴片器件焊接封装，采用柔性电路印制技术，电路连接的同时进行固定连接，最终形成全柔性电路形式；
(3)控温时，测控模块检测受热体的温度值，并与自身存储的预设温度阈值进行比较，若温度低于预设温度阈值下限，测控模块控制开关模块通，使加热模块通电加热；若温度达到或高于预设温度阈值上限，测控模块控制开关模块断，使加热模块停止加热。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明加热模块采用薄膜型电加热片，上、下两面采用耐温性好、绝缘性能佳的聚酰亚胺薄膜，中间层为特殊金属箔或丝制成的电阻性电路，具有重量轻、升温迅速、环境适应好、功率密度高、寿命长的优点；
(2)本发明是一种兼具加热、测温、控制三种功能的智能控温加热器，相较于传统的复杂控温系统，重量轻、成本低、结构简单、体积紧凑、使用便捷、实时自控、精度优良。
附图说明
图1为本发明智能控温加热器原理框图；
图2为本发明智能控温加热器结构示意图；
图3为本发明智能控温加热器实施例电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
一种智能控温加热器，如图1所示，包括：加热模块、开关模块和测控模块，
加热模块，为薄膜型电加热片，上、下两面采用耐温性在-200℃-300℃之间、绝缘电阻大于100MΩ的聚酰亚胺薄膜，中间层为特殊金属箔或丝制成的电阻性电路，特殊金属为康铜或镍铬，加热时，产生热量；
电加热片形状与加热对象的形状一致；在规定的电源电压下，根据要求加热功率设计所需的电阻；将金属箔或丝的布满电加热片；
开关模块，通过电路与所述加热模及测控模块连接，开关模块接收测控模块的指令，控制对所述加热模块的电源供给，启动或停止对受热体的加热；
测控模块，用于检测受热体的实时温度值，并判断所述温度检测值是否小于温度阈值下限或大于温度阈值上限，并给开关模块输出通断控制信号。
开关模块的工作状态为常开或常闭，选用VDMOS管，如771所研制生产的国产抗辐照LCS7591U3RH。
测控模块匹配受热体的温度测量精度要求，测控模块预设温度阈值，存储温度阈值上限TH和阈值下限TL；将温度检测值与存储的TH、TL比较，自主输出温度的准确控制信号。测控模块比较控制逻辑：将实时温度与自身存储的温度阈值比对，如果低于温度阈值下限，则给开关模块发送开始加热指令；如果达到或高于预设温度阈值上限，则给开关模块发送停止加热指令，实现自动判定。
选用数字恒温器，以数字量输出温度值，并适配各种微控制器；在信号传输模式上，选择单总线传输的方式或单独回传方式传输温度数据。
控温实现方法为：
(1)对测控模块进行数据设置，将温度阈值上、下限TH、TL写入状态寄存器，再将测控芯片焊接到薄膜电路板上；
(2)将测控模块和开关模块置于加热模块的上顶面上，具体的如图2所示，将数字恒温器5和晶体管电子开关6置于薄膜型电加热片4的上顶面上，薄膜电路板与薄膜型电加热片做成一体，做成一体的方法：选用微型贴片器件焊接封装，采用柔性电路印制技术，电路连接的同时进行固定连接，最终形成全柔性电路形式；
(3)控温时，测控模块检测受热体的温度值，并与自身存储的预设温度阈值进行比较，若温度低于预设温度阈值下限，测控模块控制开关模块通，使加热模块通电加热；若温度达到或高于预设温度阈值上限，测控模块控制开关模块断，使加热模块停止加热。
本发明的一种实施方式见图3，包括以下几部分：
1)测控模块U2选择美国DALLAS半导体公司的数字恒温器DS1621，其可作为温度传感器，用于检测温度值，同时端口Tout为温度调节输出端，在比较当前温度和预先设定的温度阈值后，可输出温度的控制信号，Tout上的有效电平可自行定义；通过IIC串行总线接口可将温度阈值上限TH与阈值下限TL写入非易失性的EEPROM存储器，掉电后不会丢失。
在将DS1621集成前，通过IIC串行总线引脚预先写入DS1621的状态寄存器为连续转换模式，其可脱离外围CPU等元器件独立工作，相当于热继电器；预先定义端口Tout输出的电平极性和温度阈值上限TH与下限TL。为确保写入的数据安全，将两个IIC引脚作接地或接高电平处理，避免悬空状态不定。
2)J1可接入电压为+6～+24V的电源，为智能控温加热器供电。由电容C1和稳压器U1组成稳压过滤电路，为DS1621提供稳定的5V电源，如果使用环境可以另外提供5V稳压电源，则不需要这部分电路，其中C1为0.1μF的滤波电容，U1选用美国Texas Instruments公司的LM2936Z-5线性稳压器；
3)Q1接收DS1621端口Tout输出的控制信号，选用电压控制型N沟道或P沟道MOS管，最大限度省掉偏置电阻。电阻R2将电路中Vcc、Q1隔离，使Q1的电压小于Vcc，R2的阻值大小与Vcc、Q1之间的压差有关，如果J1接入+10V的电源，R2可选择10MΩ。
4)开关模块Q2为大功率MOS管电子开关，接收Q1的控制信号，控制加热模块电源的接通或断开；
5)加热模块R1为薄膜型电加热片，将电源的功率转化成热能，实现加热功能。
6)DS1621支持采用总线传输温度数据。如果智能控温器预留DS1621的信号引脚SDA、SCL，连接在对应的总线接口上，可以输出被测温度的数字量到中心处理器。通过此方式，若干个智能控温器可以组合应用，以维持受热体的温度均匀性。
具体工作原理：
在受热体上装智能控温加热器，DS1621测得温度数据，同时与内部存储的控制温度阈值进行比较，端口Tout输出电平信号给开关模块，控制MOS管电子开关完成加热片电源的接通或断开，从而实现对受热体的自动加热控制。
具体工作流程：
1)通过硅橡胶或不干胶，将智能控温加热器粘贴在受热体表面；
2)通过表面贴合的DS1621测量受热体温度；
3)DS1621测量得到的温度数据与其内部设置的上、下限阀值TH、TL并进行比较；
4)根据比较结果，DS1621的端口Tout输出控制信号通过MOS管Q1控制MOS管开关Q2的导通或关闭，实现对薄膜型电加热片R1的电源通断，从而完成对环境温度的控制。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种智能控温加热器，其特征在于，包括：加热模块、开关模块和测控模块，
加热模块，为薄膜型电加热片，上、下两面采用聚酰亚胺薄膜，中间层为金属箔或丝制成的电阻性电路，加热时，产生热量；
电加热片形状与加热对象的形状一致；在规定的电源电压下，根据要求加热功率设计所需的电阻；将金属箔或丝布满电加热片；
开关模块，通过电路与所述加热模块及测控模块连接，开关模块接收测控模块的指令，控制对所述加热模块的电源供给，启动或停止对受热体的加热；
测控模块，用于检测受热体的实时温度值，并判断所述温度检测值是否小于温度阈值下限或大于温度阈值上限，并给开关模块输出通断控制信号。
2.根据权利要求1所述的一种智能控温加热器，其特征在于：开关模块的工作状态为常开或常闭，选用VDMOS管。
3.根据权利要求1所述的一种智能控温加热器，其特征在于：测控模块匹配受热体的温度测量精度要求。
4.根据权利要求1所述的一种智能控温加热器，其特征在于：测控模块预设温度阈值，存储温度阈值上限TH和阈值下限TL；将温度检测值与存储的TH、TL比较，自主输出温度的准确控制信号。
5.根据权利要求1所述的一种智能控温加热器，其特征在于：测控模块比较控制逻辑：将实时温度与自身存储的温度阈值比对，如果低于温度阈值下限，则给开关模块发送开始加热指令；如果达到或高于预设温度阈值上限，则给开关模块发送停止加热指令，实现自动判定。
6.根据权利要求1所述的一种智能控温加热器，其特征在于：选用数字恒温器，以数字量输出温度值，并适配各种微控制器；在信号传输模式上，选择单总线传输的方式或单独回传方式传输温度数据。
7.根据权利要求1所述的一种智能控温加热器，其特征在于：控温实现方法为：
(1)对测控模块进行数据设置，将温度阈值上、下限TH、TL写入状态寄存器，再将测控芯片焊接到薄膜电路板上；
(2)将测控模块和开关模块置于加热模块的上顶面上，薄膜电路板与薄膜型电加热片做成一体；
(3)控温时，测控模块检测受热体的温度值，并与自身存储的预设温度阈值进行比较，若温度低于预设温度阈值下限，测控模块控制开关模块通，使加热模块通电加热；若温度达到或高于预设温度阈值上限，测控模块控制开关模块断，使加热模块停止加热。
8.根据权利要求7所述的一种智能控温加热器，其特征在于：薄膜电路板与薄膜型电加热片做成一体方法为：选用微型贴片器件焊接封装，进行柔性电路印制，电路连接的同时进行固定连接，最终形成全柔性电路形式。
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