CN111459206B - 一种温度控制稳定装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温度控制稳定装置，包括温度测量模块，用于测量温度控制区域的温度数据；温度调节模块，用于对温度控制区域进行加热或冷却；工作电流补偿模块，用于对工作电流进行实时调节；控制模块，用于根据温度数据控制温度调节模块的工作电流，并根据温度调节模块的实际工作电流控制工作电流补偿模块进行工作电流实时调节。本发明能够改进现有技术的不足，提高了温度控制的精度。

Description

一种温度控制稳定装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及温度高精度控制技术领域，尤其是一种温度控制稳定装置及其控制方法。
背景技术
在很多高精度测试工作中，对于测试温度的控制精度要求较高，所以需要专门的温度控制稳定装置对其测试温度进行精确控制。现有技术中，温度控制通常是采用电加热板、制冷片等控温器件进行温控，而这些控温器件的工作电流则有控制器根据实时温度进行调节。由于现有的控温器件没有专门的工作电流精调装置，导致实际工作电流会与理论值存在偏差，导致温度控制出现波动。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种温度控制稳定装置及其控制方法，能够解决现有技术的不足，提高了温度控制的精度。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种温度控制稳定装置，包括，
温度测量模块，用于测量温度控制区域的温度数据；
温度调节模块，用于对温度控制区域进行加热或冷却；
工作电流补偿模块，用于对工作电流进行实时调节；
控制模块，用于根据温度数据控制温度调节模块的工作电流，并根据温度调节模块的实际工作电流控制工作电流补偿模块进行工作电流实时调节。
作为优选，所述温度调节模块包括串联设置的电流源、稳流电路和温度调节器，稳流电路的输入侧与电流源连接，输入侧的正极和负极之间连接有第一电容，输入侧的正极和负极之间串联有第一电阻和第二电阻，第一电阻和第二电阻之间通过第二电容连接至输入侧的负极，第一电阻和第二电阻之间连接至第一三极管的基极，第一三极管的发射极通过反向设置的第一二极管连接至输入侧的负极，第一三极管的集电极通过第三电阻连接至输入侧的正极，输入侧的正极连接至第二三极管的集电极，第二三极管的基极通过第四电阻连接至第三三极管的发射极，第二三极管的集电极通过第三电容连接至第二三极管的基极，第一三极管的集电极通过正向设置的第二二极管连接至第三三极管的发射极，第一三极管的发射极通过第五电阻连接至第三三极管的集电极，第三三极管的基极通过第四电容连接至输入侧的负极，第二三极管的基极通过第六电阻连接至第一运放的反向输入端，第一运放的正向输入端通过第七电阻连接至输入侧的负极，第二三极管的发射极通过第五电容连接至第一运放的反向输入端，第一运放的反向输入端通过串联的第八电阻和第六电容连接至稳流电路的输出侧的正极，输出侧的正极通过第九电阻连接至第四三极管的集电极，第一运放的输出端连接至第四三极管的基极，第四三极管的发射极通过串联的第七电容和第十电阻连接至输入侧的负极，第四三极管的发射极连接至第五三极管的发射极，第五三极管的集电极通过第十一电阻连接至输入侧的负极，第五三极管的发射极通过第八电容连接至输出侧的正极，第五三极管的基极通过串联的第十二电阻、第九电容和第十电容连接至第二运放的正向输入端，第九电容和第十电容之间通过第十三电阻连接至第二运放的输出端，第二运放的正向输入端与第二运放的反向输入端之间连接有第十一电容，第二运放的反向输入端通过第十四电阻连接至输入侧的负极，第二运放的反向输入端通过第十五电阻连接至第二运放的输出端，第二运放的输出端通过第十二电容连接至输出侧的正极，第二运放的输出端通过第十六电阻连接至输入侧的负极，输入侧的负极与输出侧的负极直连；第五三极管的基极连接至工作电流补偿模块的输出端。
一种上述的温度控制稳定装置的控制方法，包括以下步骤：
A、温度测量模块测量温度控制区域的温度数据，并将温度数据发送至控制模块；
B、控制模块根据温度数据控制温度调节模块的工作电流；
C、控制模块实时监测温度调节模块的实际工作电流，根据监测的实际工作电流控制工作电流补偿模块进行工作电流实时调节。
作为优选，步骤C中，对工作电流实时调节包括以下步骤，
C1、提取温度变化曲线和工作电流变化曲线的历史记录；
C2、建立温度变化曲线和工作电流变化曲线的关联函数集；
C3、根据关联函数集计算温度实时值对应的工作电流计算值；
C4、当工作电流计算值与实际工作电流的差值大于设定阈值时，根据差值启动工作电流补偿模块进行工作电流实时调节。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过使用工作电流补偿模块对工作电流进行调节，实现对于温度调节模块工作电流的精确控制。为了保证工作电流的调节效果，本发明专门设计了稳流电路，第一运放前端为一级稳流模块，第一运放与第二运放之间为二级稳流模块，一级稳流模块用来过滤电流中大幅值、长时间的电流分量，二级稳流模块用来对电流进行补偿来提高稳定性。而第一运放组成的PID调节模块可以对经过一级稳流模块的电流偏移进行补偿。第二运放组成的高通滤波器，是在现有高通滤波器的基础上改进而来的，通过在第二运放的两个输入端之间使用电容连接，可以有效降低第二运放产生的差分干扰。而将工作电流补偿输入端设置在二级稳流模块和高通滤波器之间，可以利用二级稳流模块的隔离作用，降低补偿电流对PID调节模块的干扰。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的原理图。
图2是本发明一个具体施方式中温度调节模块的电路图。
具体实施方式
参照图1-2，本发明一个具体实施方式包括，
温度测量模块1，用于测量温度控制区域的温度数据；
温度调节模块2，用于对温度控制区域进行加热或冷却；
工作电流补偿模块3，用于对工作电流进行实时调节；
控制模块4，用于根据温度数据控制温度调节模块2的工作电流，并根据温度调节模块2的实际工作电流控制工作电流补偿模块3进行工作电流实时调节。
温度调节模块2包括串联设置的电流源Is、稳流电路和温度调节器Tc，稳流电路的输入侧IN与电流源Is连接，输入侧IN的正极和负极之间连接有第一电容C1，输入侧IN的正极和负极之间串联有第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2之间通过第二电容C2连接至输入侧IN的负极，第一电阻R1和第二电阻R2之间连接至第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的发射极通过反向设置的第一二极管D1连接至输入侧IN的负极，第一三极管Q1的集电极通过第三电阻R3连接至输入侧IN的正极，输入侧IN的正极连接至第二三极管Q2的集电极，第二三极管Q2的基极通过第四电阻R4连接至第三三极管Q3的发射极，第二三极管Q2的集电极通过第三电容C3连接至第二三极管Q2的基极，第一三极管Q1的集电极通过正向设置的第二二极管D2连接至第三三极管Q3的发射极，第一三极管Q1的发射极通过第五电阻R5连接至第三三极管Q3的集电极，第三三极管Q3的基极通过第四电容C4连接至输入侧IN的负极，第二三极管Q2的基极通过第六电阻R6连接至第一运放A1的反向输入端，第一运放A1的正向输入端通过第七电阻R7连接至输入侧IN的负极，第二三极管Q2的发射极通过第五电容C5连接至第一运放A1的反向输入端，第一运放A1的反向输入端通过串联的第八电阻R8和第六电容C6连接至稳流电路的输出侧OUT的正极，输出侧OUT的正极通过第九电阻R9连接至第四三极管Q4的集电极，第一运放A1的输出端连接至第四三极管Q4的基极，第四三极管Q4的发射极通过串联的第七电容C7和第十电阻R10连接至输入侧IN的负极，第四三极管Q4的发射极连接至第五三极管Q5的发射极，第五三极管Q5的集电极通过第十一电阻R11连接至输入侧IN的负极，第五三极管Q5的发射极通过第八电容C8连接至输出侧OUT的正极，第五三极管Q5的基极通过串联的第十二电阻R12、第九电容C9和第十电容C10连接至第二运放A2的正向输入端，第九电容C9和第十电容C10之间通过第十三电阻R13连接至第二运放A2的输出端，第二运放A2的正向输入端与第二运放A2的反向输入端之间连接有第十一电容C11，第二运放A2的反向输入端通过第十四电阻R14连接至输入侧IN的负极，第二运放A2的反向输入端通过第十五电阻R15连接至第二运放A2的输出端，第二运放A2的输出端通过第十二电容C12连接至输出侧OUT的正极，第二运放A2的输出端通过第十六电阻R16连接至输入侧IN的负极，输入侧IN的负极与输出侧OUT的负极直连；第五三极管Q5的基极连接至工作电流补偿模块3的输出端。
其中，第一电阻R1为2.5kΩ、第二电阻R2为2kΩ、第三电阻R3为0.5kΩ、第四电阻R4为1kΩ、第五电阻R5为3.3kΩ、第六电阻R6为0.25kΩ、第七电阻R7为1kΩ、第八电阻R8为1.5kΩ、第九电阻R9为1kΩ、第十电阻R10为8kΩ、第十一电阻R11为7kΩ、第十二电阻R12为1kΩ、第十三电阻R13为1kΩ、第十四电阻R14为3kΩ、第十五电阻R15为2kΩ、第十六电阻R16为2.5kΩ。第一电容C1为450μF、第二电容C2为350μF、第三电容C3为180μF、第四电容C4为800μF、第五电容C5为120μF、第六电容C6为350μF、第七电容C7为500μF、第八电容C8为50μF、第九电容C9为100μF、第十电容C10为430μF、第十一电容C11为600μF、第十二电容C12为150μF。
一种上述的温度控制稳定装置的控制方法，包括以下步骤：
A、温度测量模块测量温度控制区域的温度数据，并将温度数据发送至控制模块4；
B、控制模块4根据温度数据控制温度调节模块2的工作电流；
C、控制模块4实时监测温度调节模块2的实际工作电流，根据监测的实际工作电流控制工作电流补偿模块3进行工作电流实时调节。
步骤C中，对工作电流实时调节包括以下步骤，
C1、提取温度变化曲线和工作电流变化曲线的历史记录；
C2、建立温度变化曲线和工作电流变化曲线的关联函数集；
C3、根据关联函数集计算温度实时值对应的工作电流计算值；
C4、当工作电流计算值与实际工作电流的差值大于设定阈值时，根据差值启动工作电流补偿模块3进行工作电流实时调节；
对工作电流进行调节时，分为三个阶段，第一阶段采用100％的补偿电流进行补偿，第二阶段采用30％的补偿电流进行补偿，第三阶段采用100％的补偿电流进行补偿。在补偿过程中，通过在中间阶段采用小电流补偿的方式，可以给予稳流电路对补偿电流充分的吸收缓冲时间，从而进一步提高工作电流调节的稳定性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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。

Claims (3)

1.一种温度控制稳定装置，其特征在于：包括，
温度测量模块(1)，用于测量温度控制区域的温度数据；
温度调节模块(2)，用于对温度控制区域进行加热或冷却；
工作电流补偿模块(3)，用于对工作电流进行实时调节；
控制模块(4)，用于根据温度数据控制温度调节模块(2)的工作电流，并根据温度调节模块(2)的实际工作电流控制工作电流补偿模块(3)进行工作电流实时调节；
温度调节模块(2)包括串联设置的电流源(Is)、稳流电路和温度调节器(Tc)，稳流电路的输入侧(IN)与电流源(Is)连接，输入侧(IN)的正极和负极之间连接有第一电容(C1)，输入侧(IN)的正极和负极之间串联有第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间通过第二电容(C2)连接至输入侧(IN)的负极，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间连接至第一三极管(Q1)的基极，第一三极管(Q1)的发射极通过反向设置的第一二极管(D1)连接至输入侧(IN)的负极，第一三极管(Q1)的集电极通过第三电阻(R3)连接至输入侧(IN)的正极，输入侧(IN)的正极连接至第二三极管(Q2)的集电极，第二三极管(Q2)的基极通过第四电阻(R4)连接至第三三极管(Q3)的发射极，第二三极管(Q2)的集电极通过第三电容(C3)连接至第二三极管(Q2)的基极，第一三极管(Q1)的集电极通过正向设置的第二二极管(D2)连接至第三三极管(Q3)的发射极，第一三极管(Q1)的发射极通过第五电阻(R5)连接至第三三极管(Q3)的集电极，第三三极管(Q3)的基极通过第四电容(C4)连接至输入侧(IN)的负极，第二三极管(Q2)的基极通过第六电阻(R6)连接至第一运放(A1)的反向输入端，第一运放(A1)的正向输入端通过第七电阻(R7)连接至输入侧(IN)的负极，第二三极管(Q2)的发射极通过第五电容(C5)连接至第一运放(A1)的反向输入端，第一运放(A1)的反向输入端通过串联的第八电阻(R8)和第六电容(C6)连接至稳流电路的输出侧(OUT)的正极，输出侧(OUT)的正极通过第九电阻(R9)连接至第四三极管(Q4)的集电极，第一运放(A1)的输出端连接至第四三极管(Q4)的基极，第四三极管(Q4)的发射极通过串联的第七电容(C7)和第十电阻(R10)连接至输入侧(IN)的负极，第四三极管(Q4)的发射极连接至第五三极管(Q5)的发射极，第五三极管(Q5)的集电极通过第十一电阻(R11)连接至输入侧(IN)的负极，第五三极管(Q5)的发射极通过第八电容(C8)连接至输出侧(OUT)的正极，第五三极管(Q5)的基极通过串联的第十二电阻(R12)、第九电容(C9)和第十电容(C10)连接至第二运放(A2)的正向输入端，第九电容(C9)和第十电容(C10)之间通过第十三电阻(R13)连接至第二运放(A2)的输出端，第二运放(A2)的正向输入端与第二运放(A2)的反向输入端之间连接有第十一电容(C11)，第二运放(A2)的反向输入端通过第十四电阻(R14)连接至输入侧(IN)的负极，第二运放(A2)的反向输入端通过第十五电阻(R15)连接至第二运放(A2)的输出端，第二运放(A2)的输出端通过第十二电容(C12)连接至输出侧(OUT)的正极，第二运放(A2)的输出端通过第十六电阻(R16)连接至输入侧(IN)的负极，输入侧(IN)的负极与输出侧(OUT)的负极直连；第五三极管(Q5)的基极连接至工作电流补偿模块(3)的输出端。
2.一种权利要求1所述的温度控制稳定装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
A、温度测量模块测量温度控制区域的温度数据，并将温度数据发送至控制模块(4)；
B、控制模块(4)根据温度数据控制温度调节模块(2)的工作电流；
C、控制模块(4)实时监测温度调节模块(2)的实际工作电流，根据监测的实际工作电流控制工作电流补偿模块(3)进行工作电流实时调节。
3.根据权利要求2所述的温度控制稳定装置的控制方法，其特征在于：步骤C中，对工作电流实时调节包括以下步骤，
C1、提取温度变化曲线和工作电流变化曲线的历史记录；
C2、建立温度变化曲线和工作电流变化曲线的关联函数集；
C3、根据关联函数集计算温度实时值对应的工作电流计算值；
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