CN112004271A - 一种小型无人机空速管的智能加热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有线性升温和恒定温度加热的小型无人机空速管的智能加热器，利用热敏电阻随温度升高而阻值增大的原理，使由测温电阻和温度稳定电阻构成的桥式电路的两路输出差也随着温度的升高而减小，通过增益和线性处理电路和三极管处理电路实现了对加热空速管电阻电流的线性控制，使空速管加热电阻电流与桥式比较电路的两路输出差成线性正比例，即当热敏电阻的阻值小于温度稳定电阻时，对加热电阻进行线性递减加热，当热敏电阻的阻值等于温度稳定电阻时，对加热电阻进行恒定加热。本发明设计合理，结构简单合理，加热便捷准确，通用性强。

Description

一种小型无人机空速管的智能加热器
技术领域
本发明属于小型空速管智能加热技术，涉及一种具有线性升温和恒定温度加热的小型无人机空速管的智能加热器，尤其是具有使小型空速管线性升温和恒定温度加热的功能。
背景技术
目前，公知的空速管加热主要有：直接加热，单继电器控制加热，程序控制加热等。直接加热利用电阻通电发热的原理直接进行加热；单继电器控制加热利用单继电器的通断对电阻进行加热或不加热，继电器接通，电阻加热，继电器关闭，电阻加热也关闭；程序控制加热是利用软件控制PWM波的占空比来控制对电阻加热。已公知的空速管直接加热装置对于小型空速管容易造成电阻丝的过热烧断；单继电器控制加热采取阶跃控制通断的方式，达到控制加热电阻的电流通断，没有连续型，导致继电器在阶跃点会不停的吸合，容易造成继电器的损坏；程序控制加热都是通过中央处理器CPU来搭建一套控制系统来进行加热处理，比较复杂，成本较高，对于小体积小成本的无人机不太实用。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种具有线性升温和恒定温度加热的小型无人机空速管的智能加热器，利用测温电阻的特性测量空速管的实际温度，通过加热温度处理电路、增益和线性处理电路使加热电阻电流与阻值差(即测温电阻与温度稳定电阻的阻值差)成线性正比例，然后经过三极管处理电路，从而控制三极管射级的空速管加热电阻的电流，达到空速管的线性升温，恒定温度的需求。
技术方案
一种小型无人机空速管的智能加热器，其特征在于包括加热温度处理电路、增益和线性处理电路和三极管处理电路；所述加热温度处理电路包括-5V电源驱动电路，+5V供电电源，+12V供电电源和桥式比较电路；所述桥式比较电路包括三个温度稳定电阻R2和分压电阻R1以及热敏电阻R；所述增益和线性处理电路包括三个运算放大器N1、N2、N3和两个跟随电阻R3、第二放大倍数调节电阻R5和第三放大倍数调节电阻R6以及一个第一放大倍数调节电阻R4；所述三极管处理电路包括三极管N4和加热稳定电阻R7、上拉电阻R8和空速管的加热电阻R9；连接关系为：+5V供电电源通过分压电阻R1连接桥式电路，三个温度稳定电阻R2与热敏电阻R组成桥式电路；两个温度稳定电阻R2之间的抽头连接增益和线性处理电路的第一运算放大器N1的正端，温度稳定电阻R2与热敏电阻R之间的抽头连接增益和线性处理电路的第二运算放大器N2的正端；两个运算放大器的输出并联两个跟随电阻R3与第一放大倍数调节电阻R4的串联电路，三个电阻的两个分压点反馈分别连接两个运算放大器的负端；同时，第一运算放大器N1的输出端和第二运算放大器N2的输出端分别连接第三运算放大器N3的正负输入端，第三运算放大器N3的输出端通过加热稳定电阻R7连接三极管N4的基极，发射极连接加热电阻R9，集电极连接+12V供电电源；第三运算放大器N3的正输入端通过一个第三放大倍数调节电阻R6接地，另一个第三放大倍数调节电阻R6跨接在第三运算放大器N3的负输入端与输出端。
所述-5V电源驱动电路采用纹波小于50mV的DC-DC模块。
所述测温电阻采用热敏电阻PT100。
所述三极管N4选择SS8050的大功率三极管。
所述三个运算放大器选择OPA4277。
所述温度稳定电阻的阻值R2的阻值选取当空速管要求加热温度稳定到的温度时所对应的热敏电阻PT100的阻值。
所述电路中各个电阻的阻值配合为：分压电阻R1选用1K，跟随电阻R3选用10k，运放处理电路的放大倍数调节电阻R4选用20k，运放处理电路的放大倍数调节电阻R5选用10k，运放处理电路的放大倍数调节电阻R6选用10k，加热稳定电阻R7选用180欧，上拉电阻R8选用24欧，空速管的加热电阻R9选用20欧。
有益效果
本发明提出的一种具有线性升温和恒定温度加热的小型无人机空速管的智能加热器，利用热敏电阻随温度升高而阻值增大的原理，使由测温电阻和温度稳定电阻构成的桥式电路的两路输出差也随着温度的升高而减小，通过增益和线性处理电路和三极管处理电路实现了对加热空速管电阻电流的线性控制，使空速管加热电阻电流与桥式比较电路的两路输出差成线性正比例，即当热敏电阻的阻值小于温度稳定电阻时，对加热电阻进行线性递减加热，当热敏电阻的阻值等于温度稳定电阻时，对加热电阻进行恒定加热。本发明设计合理，结构简单合理，加热便捷准确，通用性强。
附图说明
图1是本发明的示意图
图2为本发明的具体电路的示意图
左虚框为桥式比较电路的示意图：R－热敏电阻PT100，R1－分压电阻，R2－温度稳定电阻；
中虚框为增益和线性处理电路的示意图：N1—OPA4277的第一路运算放大器，N2—OPA4277的第二路运算放大器，N3—OPA4277的第三路运算放大器，R3－运放处理电路的跟随电阻，R4－运放处理电路的放大倍数调节电阻，R5－运放处理电路的放大倍数调节电阻，R6－运放处理电路的放大倍数调节电阻；
右虚框为三极管处理电路的示意图：N4—SS8050三极管，R7—为加热稳定电阻，R8—上拉电阻，R9—空速管的加热电阻。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明包括：供电电源电路，桥式比较电路，增益和线性处理电路和三极管处理电路组成。
所述供电电源电路由-5V电源驱动电路，+5V供电电源，+12V供电电源组成。
所述-5V电源驱动电路，为公知纹波小于50mV的DC-DC模块，将外部供电+12V转换为后续电路所需的-5V,同时利用公知的电源滤波器，以保证装置电源的电磁兼容性要求和提高电源输出品质。
所述桥式比较电路由测温电阻(热敏电阻PT100)和温度稳定电阻(如当空速管要求加热温度稳定到80度时，则选取温度稳定电阻的阻值为80度时所对应的热敏电阻PT100的阻值，当要求加热温度稳定到别的度数时，可通过调节温度稳定电阻的阻值来实现)组成，当空速管内测温电阻的阻值小于温度稳定电阻的阻值时，桥式比较电路的两路输出差大于零，当空速管内测温电阻的阻值达到温度调节电阻的阻值时，桥式比较电路的两路输出差等于零。其中分压电阻R1选用1K的电阻，温度稳定电阻R2选择180欧(对应温度为80度)。
所述的增益和线性处理电路，以运算放大器为中心，把桥式比较电路的两路输出信号经过运算放大器转换为相应一路输出信号，运放处理电路的输出电流信号与桥式比较电路的两路输出差成线性正比例。
对桥式比较电路的两路输出信号差进行线性放大，运算放大器选择低噪声，电磁兼容性的OPA4277，对运算放大器进行双电源供电，+5V和-5V供电，负向和正向接桥式比较电路的两路输出，输出端接三极管处理电路的输入，运放处理电路的跟随电阻R3选用10k，运放处理电路的放大倍数调节电阻R4选用20k，运放处理电路的放大倍数调节电阻R5选用10k，运放处理电路的放大倍数调节电阻R6选用10k。
所述的三极管处理电路，以三极管为中心，把运放处理电路的输出信号作为三极管的基级信号，利用三极管的截止和放大特性，从而控制三极管射级的空速管加热电阻的电流，达到空速管的线性升温，恒定温度的功能。
利用三极管的截止和放大特性，通过利用增益和线性处理电路的输出电压的改变，从而达到对空速管的加热电阻电流进行线性控制，从而使空速管的加热电阻电流与热敏电阻的阻值成线性关系，当热敏电阻的阻值与温度稳定电阻的阻值差比较大时，利用三极管的放大特性，对加热电阻进行大电流加热，当热敏电阻的阻值与温度稳定电阻的阻值差逐渐接近零时，加热电阻的电流也逐渐变小，当热敏电阻的阻值等于温度稳定电阻的阻值时，利用三极管的截止特性，对加热电阻进行小电流恒定加热，其中三极管选择SS8050的大功率三极管，加热稳定电阻R7选用180欧，上拉电阻R8选用24欧，空速管的加热电阻R9选用20欧。
本发明利用热敏电阻随温度升高而阻值增大的原理，使由测温电阻和温度稳定电阻构成的桥式电路的两路输出差也随着温度的升高而减小，通过增益和线性处理电路和三极管处理电路实现了对加热空速管电阻电流的线性控制，使空速管加热电阻电流与桥式比较电路的两路输出差成线性正比例，即当热敏电阻的阻值小于温度稳定电阻时，对加热电阻进行线性递减加热，当热敏电阻的阻值等于温度稳定电阻时，对加热电阻进行恒定加热。本发明设计合理，结构简单合理，加热便捷准确，通用性强。

Claims (7)

1.一种小型无人机空速管的智能加热器，其特征在于包括加热温度处理电路、增益和线性处理电路和三极管处理电路；所述加热温度处理电路包括-5V电源驱动电路，+5V供电电源，+12V供电电源和桥式比较电路；所述桥式比较电路包括三个温度稳定电阻R2和分压电阻R1以及热敏电阻R；所述增益和线性处理电路包括三个运算放大器N1、N2、N3和两个跟随电阻R3、第二放大倍数调节电阻R5和第三放大倍数调节电阻R6以及一个第一放大倍数调节电阻R4；所述三极管处理电路包括三极管N4和加热稳定电阻R7、上拉电阻R8和空速管的加热电阻R9；连接关系为：+5V供电电源通过分压电阻R1连接桥式电路，三个温度稳定电阻R2与热敏电阻R组成桥式电路；两个温度稳定电阻R2之间的抽头连接增益和线性处理电路的第一运算放大器N1的正端，温度稳定电阻R2与热敏电阻R之间的抽头连接增益和线性处理电路的第二运算放大器N2的正端；两个运算放大器的输出并联两个跟随电阻R3与第一放大倍数调节电阻R4的串联电路，三个电阻的两个分压点反馈分别连接两个运算放大器的负端；同时，第一运算放大器N1的输出端和第二运算放大器N2的输出端分别连接第三运算放大器N3的正负输入端，第三运算放大器N3的输出端通过加热稳定电阻R7连接三极管N4的基极，发射极连接加热电阻R9，集电极连接+12V供电电源；第三运算放大器N3的正输入端通过一个第三放大倍数调节电阻R6接地，另一个第三放大倍数调节电阻R6跨接在第三运算放大器N3的负输入端与输出端。
2.根据权利要求1所述小型无人机空速管的智能加热器，其特征在于：所述-5V电源驱动电路采用纹波小于50mV的DC-DC模块。
3.根据权利要求1所述小型无人机空速管的智能加热器，其特征在于：所述测温电阻采用热敏电阻PT100。
4.根据权利要求1所述小型无人机空速管的智能加热器，其特征在于：所述三极管N4选择SS8050的大功率三极管。
5.根据权利要求1所述小型无人机空速管的智能加热器，其特征在于：所述三个运算放大器选择OPA4277。
6.根据权利要求1所述小型无人机空速管的智能加热器，其特征在于：所述温度稳定电阻的阻值R2的阻值选取当空速管要求加热温度稳定到的温度时所对应的热敏电阻PT100的阻值。
7.根据权利要求1所述小型无人机空速管的智能加热器，其特征在于：所述电路中各个电阻的阻值配合为：分压电阻R1选用1K，跟随电阻R3选用10k，运放处理电路的放大倍数调节电阻R4选用20k，运放处理电路的放大倍数调节电阻R5选用10k，运放处理电路的放大倍数调节电阻R6选用10k，加热稳定电阻R7选用180欧，上拉电阻R8选用24欧，空速管的加热电阻R9选用20欧。
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