CN115390599A - 一种应用于标准光电高温计的多点控温系统 - Google Patents

一种应用于标准光电高温计的多点控温系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，属于温度控制技术领域。本发明通过分析标准光电高温计内部容易受温度影响的元件位置，将多个温控模块布置在内壳相应元件的位置上，实现对标准光电高温计的多点控温，保障标准光电高温计内部关键元件在稳定的温度环境下工作，实现标准光电高温计的高精度测温。此外，采用的温控模块根据热敏电阻随温度变化阻值随之变化的特点，热敏电阻同分压电阻组成分压电路，由预设电压可调电路设置参考电压，通过比较热敏电阻分压和参考电压大小，由比较控制电路判断后控制加热开关通断，实现对标准光电高温计加热温度的高精度控制。本发明能够基于纯模拟电路实现，能耗低、易于实现。

Description

一种应用于标准光电高温计的多点控温系统
技术领域
本发明属于温度控制技术领域，特别是涉及一种便携式辐射测温仪器温控技术领域。
背景技术
标准光电高温计类的便携式测温仪器内部探测器、滤光片及前置放大电路等元件需要在稳定的温度环境下工作，才能得到高精度的测试数据，为保证测试仪器的精密性，需要对仪器进行温度控制，保证高精度的测试。目前市面上的标准光电高温计对内部元件不控温，或者采用单点控温方式，或者分部位单独控温，浪费空间且效果不好。
并且市面上的温控模块多采用TEC半导体制冷片或应用可控硅加热，其中TEC半导体制冷片应用时需要配合良好的散热，并且控温电路所需功率较大，无形之中加大了体积要求，而可控硅更适用于体积较大的加热设备中应用。
对于仪器整机的温度控制只要保证稳定在高于室温的温度点工作即可。并且要求安装在仪器中应具备体积小、功率自适应的特点。
发明内容
本发明主要目的是提供一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，通过分析标准光电高温计内部容易受温度影响的元件位置，将多个温控模块布置在内壳相应元件的位置上，实现对标准光电高温计的多点控温，保障标准光电高温计内部关键元件在稳定的温度环境下工作，实现标准光电高温计的高精度测温。此外，采用的温控模块根据热敏电阻随温度变化阻值随之变化的特点，热敏电阻同分压电阻组成分压电路，由预设电压可调电路设置参考电压，通过比较热敏电阻分压和参考电压大小，由比较控制电路判断后控制加热开关通断，控制加热元件工作与否，以达到预设温度，实现对标准光电高温计内部温度的高精度控制。本发明的控温电路能够基于纯模拟电路实现，能耗低、易于实现。本发明还具有体积小、重量轻、易于控制等优点。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
本发明公开的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，包括若干温控模块、双壳体标准光电高温计。所述双壳体标准光电高温计包括外层壳体、内层壳体、目镜、物镜、目视光路、关键元件，所述关键元件包括第一探测器和第一前置放大电路、第二探测器和第二前置放大电路、滤光片和分光片、视场光阑。由于所述双壳体标准光电高温计采用双壳体设计，外层壳体起到保护和美观作用，内层壳体用于包裹所述关键元件，且便于多个温控模块布置在内层壳体。通过分析双壳体标准光电高温计内部容易受温度影响的多个元件位置，将多个温控模块布置在内层壳体需控温的相应元件的位置上，实现对标准光电高温计的多点整体控温，保障标准光电高温计内部关键元件在稳定的温度环境下工作，实现标准光电高温计的高精度测温。
作为优选，采用的温控模块包括温控电路和铜块两部分，温控电路通过螺钉固定在铜块上方，铜块背面用导热硅脂与标准光电高温计内层壳体紧密贴合。铜块起到固定与传热的作用，提升导热性能，实现协同互补控温。
作为优选，温控电路包括热敏电阻分压电路、预设电压可调电路、比较控制电路、加热开关、加热元件。所述热敏电阻分压电路和预设电压可调电路分别接入比较控制电路，所述比较控制电路输出连接加热开关，加热开关连接加热元件。若热敏电阻分压高于参考电压，比较控制电路控制加热开关导通，加热元件加热。热敏电阻分压低于参考电压，比较控制电路控制加热开关断开，加热元件停止加热。比较控制电路输出接两个显示灯，显示加热或平稳状态，直至实现对标准光电高温计的多点整体协同控温。
作为优选，温控电路的加热元件供电两端焊接在电路上，加热元件本体粘贴在铜块上，夹于电路板与铜块之间。
作为优选，温控电路的热敏电阻两端焊接在电路上，铜块上表面开槽，应用导热性能好的材料将热敏电阻固定于槽内。
作为进一步优选，所述内层壳体采用导热性好、密度小的材料，有助于缩短控温稳定时间、控制仪器重量，提升标准光电内部控温均匀性，实现协同互补控温。
作为优选，通过调节所述温控模块的位置、尺寸，能够调节改善对标准光电高温计的多点整体协同控温效果。
作为优选，所述温控电路由热敏电阻、滑动变阻器、运算放大器、电阻、电容等模拟元器件组成。体积小，易于控制。
作为进一步优选，所述预设电压可调电路主要器件为滑动变阻器，通过调节滑动变阻器的阻值，得到不同的参考电压，实现可调温度功能。
作为进一步优选，所述比较控制电路为运算放大器搭建的比较器，所述滑动变阻器的滑动端接入运算放大器一端，其他两端分别接入电源和地，所述热敏电阻与一分压电阻串联，其与电阻串联一端接入运算放大器另一端，同时电阻另一端与热敏电阻另一端分别接入电源和地。
作为进一步优选，运算放大器负输入端与输出端之间连接电阻和电容组成的纯积分电路，降低高频增益，避免电路在加热和冷却状态之间来回震荡。
作为进一步优选，比较控制电路输出连接的两个指示灯指示运放输出电平，上指示灯发光表示到达设定温度值，下指示灯发光表示未到达设定温度值。指示灯可以是发光二极管或者其他电压驱动的发光器件。
作为进一步优选，若选用的热敏电阻为NTC型，则接入运算放大器的正端，若选用的热敏电阻为PTC型，则接入运算放大器的负端。
作为进一步优选，所述加热元件选用电阻式加热片，与被控对象贴合。
本发明公开的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统的工作方法为：多点控温系统的若干温控模块布置在标准光电高温计的内层壳体上，对应着内部容易受环境温度影响的元件，通过预设电压可调电路设置控温温度点对应的电压值，采集热敏电阻两端电压与预设电压通过比较控制电路进行比较，若热敏电阻分压高于预设电压，比较控制电路控制加热开关导通，加热元件加热。热敏电阻分压低于预设电压，比较控制电路控制加热开关断开，加热元件停止加热，直至实现对标准光电高温计的多点整体协同控温，实现标准光电高温计的高精度测温。
有益效果：
1、本发明公开的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，通过分析标准光电高温计内部容易受温度影响的元件位置，将多个温控模块布置在内壳相应元件的位置上，实现对标准光电高温计的多点整体协同控温，保障标准光电高温计内部关键器件在稳定的温度环境下工作，实现标准光电高温计的高精度测温。
2、本发明公开的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，采用的温控模块根据热敏电阻随温度变化阻值随之变化的特点，热敏电阻同分压电阻组成分压电路，由预设电压可调电路设置参考电压，通过比较热敏电阻分压和参考电压大小，由比较控制电路判断后控制加热开关通断，以达到预设温度，实现对标准光电高温计加热温度的高精度控制。
3、本发明公开的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，纯模拟电路设计，其主要元器件为热敏电阻、滑动变阻器、运算放大器、电阻、电容等，体积小、易于控制。
4、本发明公开的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，选取的内壳材料导热性好、重量轻，控温效果好。
5、本发明公开的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，其温控模块中的温控电路通过螺钉固定在铜块上方，加热元件置于温控电路与铜块之间，铜块背面用导热硅脂与标准光电高温计内层壳体紧密贴合，提升导热性能，实现协同互补控温。
附图说明
图1是本发明公开的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统元件结构分布图。
图2是本发明实施例的多点控温系统温控模块分布图。
图3是本发明实施例的温控模块系统框图。
图4是本发明实施例的温控模块的电路图。
其中：1—温控模块、2—双壳体标准光电高温计、2.1—外层壳体、2.2—内层壳体、2.3—目镜、2.4—物镜、2.5—目视光路、2.6—关键元件、1.1—温控电路、1.2—第一温控模块、1.3—第二温控模块、1.4—第三温控模块、1.7—第七温控模块、1.8—第八温控模块、1.9—第九温控模块、1.1.1—热敏电阻分压电路、1.1.2—预设电压可调电路、1.1.3—比较控制电路、1.1.4—加热开关、1.1.5—加热元件、2.6.1—第一探测器和前放、2.6.2—第二探测器和前放、2.6.3—滤光片和分光片、2.6.4—视场光阑。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例公开的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，包括若干温控模块1、双壳体标准光电高温计2。所述双壳体标准光电高温计包括外层壳体2.1、内层壳体2.2、目镜2.3、物镜2.4、目视光路2.5、关键元件2.6，所述关键元件包括第一探测器和第一前置放大电路2.6.1、第二探测器和第二前置放大电路2.6.2、滤光片和分光片2.6.3、视场光阑2.6.4。由于所述双壳体标准光电高温计采用双壳体设计，外层壳体起到保护和美观作用，内层壳体用于包裹所述关键元件，且便于多个温控模块布置在内层壳体。
如图2所示，本实施例公开的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，通过分析双壳体标准光电高温计内部容易受温度影响的关键元件位置，靠近关键元件2.6的上面板分布3块温控模块(图2中1.2,1.3,1.4)，底面板同上面板对应位置分布3块温控模块(图2中未标出)，侧面靠近关键元件2.6的位置设置2块温控模块(图2中1.8,1.9)，另一侧布置1块温控模块(图2中1.7)。9块温控模块对整机进行温度控制，从而减小外界环境温度变化对测温结果的影响。实现标准光电高温计的高精度测温。
如图3所示，所述温控电路1.1，其主要特征在于，包括热敏电阻分压电路1.1.1、预设电压可调电路1.1.2、比较控制电路1.1.3、加热开关1.1.4、加热元件1.1.5。
如图4所示，热敏电阻分压电路1.1.1中分压电阻R1与热敏电阻NTC串联后接于电源与地之间组成分压电路。可选的，本具体实施例中热敏电阻为NTC型。其一端接入运算放大器U1的负输入端。
如图4所示，预设电压可调电路1.1.2的主要构成滑动变阻器R3，其滑变端接入U1的正输入端，其他两端分别接于电源和地。通过查表，得到预设温度对应的热敏电阻阻值，通过热敏电阻分压电路计算得到该电压，在预设电压可调电路中，调节滑动变阻器的阻值，使滑动变阻器两端电压值与热敏电阻两端电压值相等，完成控温温度的设定。计算公式如(1)所示：
Figure BDA0003803199300000041
其中，V—待计算的热敏电阻两端电压值，Vcc—电源电压为5V，R1—分压电阻阻值取值为10kΩ，Rt—热敏电阻在30℃温度下的阻值为8kΩ。
如图4所示，比较控制电路1.1.3为运算放大器搭建的比较器，滑动变阻器R3的滑动端接入运算放大器负端，热敏电阻NTC与分压电阻串联的一端接入运算放大器正端。
如图4所示，R4与C1组成纯积分电路，跨接于运算放大器负端及输出端，目的在于降低高频增益，避免电路在加热和冷却状态之间来回震荡。可选的R4阻值为1M并且C1容值为22uF电容(要求是无极性的)。
如图4所示，指示运算放大器输出电压的指示灯，本具体实例中选取的是发光二极管D1和D2，D1、电阻R5、D2与电阻R6串联接于电源和地之间。电阻R5、R6为发光二极管的分压电阻。D1亮起时说明到达设定温度，D2亮起时说明未到达设定温度。
如图4所示，加热开关1.1.4Q1选用三极管，三极管集电极连接加热片，发射极连接地，基极与运算放大器的输出连接，若输出为正，三极管导通，加热元件1.1.5工作，若输出为负，三极管不导通，加热元件不工作。
如另有实施例若选用热敏电阻为PTC型，则接入运算放大器负端，当PTC分压过高即温度高于预设温度时，比较器输出为负，三极管开关不导通，加热停止。此时D1亮起说明到达预设温度。
本实施例公开的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统的工作方法为：多点控温系统的若干温控模块布置在标准光电高温计的内层壳体上，对应着内部容易受环境温度影响的关键元件，多点控温系统中的温控模块与被控对象紧密贴合，根据预设温度查表得到热敏电阻的阻值，在分压电路中计算其两端分压，调节滑动变阻器两端电压值与其相同，完成控温温度设定。模块上电，观测若D1亮起，则达到预设温度，若D2亮起，则仍在加热工作中未达到预设温度。直至实现对标准光电高温计的多点整体协同控温，实现标准光电高温计的高精度测温。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，其特征在于：包括若干温控模块(1)、双壳体标准光电高温计(2)；所述双壳体标准光电高温计包括外层壳体(2.1)、内层壳体(2.2)、目镜(2.3)、物镜(2.4)、目视光路(2.5)、关键元件(2.6)，所述关键元件(2.6)包括第一探测器和第一前置放大电路(2.6.1)、第二探测器和第二前置放大电路(2.6.2)、滤光片和分光片(2.6.3)、视场光阑(2.6.4)；由于所述双壳体标准光电高温计采用双壳体设计，外层壳体(2.1)起到保护和美观作用，内层壳体(2.2)用于包裹所述关键元件(2.6)，且便于多个温控模块布置在内层壳体(2.2)；通过分析双壳体标准光电高温计内部容易受温度影响的多个元件位置，将多个温控模块布置在内层壳体(2.2)需控温的相应关键元件的位置上，实现对标准光电高温计的多点整体控温，保障标准光电高温计内部关键器件在稳定的温度环境下工作，实现标准光电高温计的高精度测温。
2.如权利要求1所述的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，其特征在于：采用的温控模块(1)包括温控电路(1.1)和铜块两部分，温控电路通过螺钉固定在铜块上方，铜块背面用导热硅脂与标准光电高温计内层壳体紧密贴合；铜块起到固定与传热的作用，提升导热性能，实现协同互补控温。
3.如权利要求2所述的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，其特征在于：温控电路(1.1)包括热敏电阻分压电路(1.1.1)、预设电压可调电路(1.1.2)、比较控制电路(1.1.3)、加热开关(1.1.4)、加热元件(1.1.5)；所述热敏电阻分压电路和预设电压可调电路分别接入比较控制电路，所述比较控制电路输出连接加热开关，加热开关连接加热元件；若热敏电阻分压高于参考电压，比较控制电路控制加热开关导通，加热元件加热；热敏电阻分压低于参考电压，比较控制电路控制加热开关断开，加热元件停止加热；比较控制电路输出接两个显示灯，显示加热或平稳状态，直至实现对标准光电高温计的多点整体协同控温。
4.如权利要求3所述的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，其特征在于：温控电路(1.1)的加热元件供电两端焊接在电路上，加热元件本体粘贴在铜块上，夹于电路板与铜块之间；
温控电路(1.1)的热敏电阻两端焊接在电路上，铜块上表面开槽，应用导热性能好的材料将热敏电阻固定于槽内。
5.如权利要求5所述的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，其特征在于：通过调节所述温控模块(1)的位置、尺寸，能够调节改善对标准光电高温计的多点整体协同控温效果；
所述温控电路(1.1)主要由模拟元器件热敏电阻、滑动变阻器、运算放大器、电阻、电容组成。
6.如权利要求5所述的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，其特征在于：所述内层壳体(2.6)采用导热性好、密度小的材料，有助于缩短控温稳定时间控制仪器重量，提升标准光电内部控温均匀性，实现协同互补控温。
7.如权利要求6所述的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，其特征在于：所述预设电压可调电路主要器件为滑动变阻器，通过调节滑动变阻器的阻值，得到不同的参考电压，实现可调温度功能；
所述比较控制电路为运算放大器搭建的比较器，所述滑动变阻器的滑动端接入运算放大器一端，其他两端分别接入电源和地，所述热敏电阻与一分压电阻串联，其与电阻串联一端接入运算放大器另一端，同时电阻另一端与热敏电阻另一端分别接入电源和地；
运算放大器负输入端与输出端之间连接电阻和电容组成的纯积分电路，降低高频增益，避免电路在加热和冷却状态之间来回震荡；
比较控制电路输出连接的两个指示灯指示运放输出电平，上指示灯发光表示到达预设温度，下指示灯发光表示未到达预设温度；指示灯可以是发光二极管或者其他电压驱动的发光器件。
8.如权利要求7所述的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，其特征在于：若选用的热敏电阻为NTC型，则接入运算放大器的正端，若选用的热敏电阻为PTC型，则接入运算放大器的负端。
9.如权利要求8所述的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，其特征在于：所述加热元件选用电阻式加热片，与被控对象贴合。
10.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的一种应用于标准光电高温计的多点控温系统，其特征在于：工作方法为，多点控温系统的若干温控模块布置在标准光电高温计的内层壳体上，对应着内部容易受环境温度影响的关键元件，通过预设电压可调电路设置控温温度点对应的电压值，采集热敏电阻两端电压与预设电压通过比较控制电路进行比较，若热敏电阻分压高于预设电压，比较控制电路控制加热开关导通，加热元件加热；热敏电阻分压低于预设电压，比较控制电路控制加热开关断开，加热元件停止加热，直至实现对标准光电高温计的多点整体协同控温，实现标准光电高温计的高精度测温。
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