CN202735872U - 一种工业机柜自动温控电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工业机柜自动温控电路，包括测温单元、放大单元、分压单元、比较单元、输出控制单元。整个电路采用硬控和软控两种方式达到温度控制目的。由惠斯通电桥实现测温，得到电压信号，经放大电路得到放大后的放大电压V1。软件控制方式为放大电压V1经信号采集处理模块计算得到实测温度值，与设定温度值比较输出高电平或低电平。硬件控制方式为放大电压V1与依据设定温度计算得到的设定电压Vset1、Vset2进行比较，输出高电平或低电平，经光耦隔离后控制继电器输出，从而启动制冷或加热设备；本实用新型采用硬件和软件两种控制方式，提高了自动温控电路的可靠性、降低了成本，可方便的应用于工业机柜或其它温控电路中。

Description

一种工业机柜自动温控电路

技术领域

本实用新型涉及一种低成本、高可靠性自动温控电路，特别是涉及一种低成本、高可靠性的工业机柜自动温控电路。

背景技术

工业机柜运行环境复杂，低温可到零下三四十度，而高温高达五六十度。这要求机柜温控电路能可靠的调节柜内温度到常温范围。温控电路设计需考虑的因素很多，如柜壁可使用保温层，柜内设计良好的气流循环等。最核心的是温度电气控制部分，目前采用的方案成本都很高，应用较广泛的是采用多个温控器控制加热器和制冷器，具有成本高、尺寸大、不方便安装等缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型低成本、高可靠性的工业机柜自动温控电路，实现低于预设的低温值时自动启动加热，高于预设的高温值自动启动制冷，常温时控制风扇气流循环。成本低廉、运行可靠。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：

一种工业机柜自动温控电路，其特征在于：包括测温单元、放大单元、分压单元、比较单元、输出控制单元；

所述测温单元中惠斯通电桥的两个桥臂输出的两个桥臂电压经所述放大单元放大得到放大电压V1；

所述放大电压V1经信号采集处理模块计算得到一实测温度值，将实测温度值与设定温度值进行比较，分别输出高电平或低电平的软件控制电压Vsoft1、Vsoft2；

依据设定温度值计算设定电压Vset1、Vset2，由所述比较单元对设定电压Vset1、Vset2和放大电压V1进行比较，分别输出高电平或低电平的硬件控制电压Vout1、Vout2；

所述软件控制电压Vsoft1、Vsoft2和硬件控制电压Vout1、Vout2可触发所述输出控制单元中的继电器动作，以启动制冷或加热设备。

所述测温单元采用惠斯通电桥电路，惠斯通电桥电路由温度传感器PT100和三个电阻构成，并采用三端可调分流基准源作为电桥的精准电压源。

计算模块中通过软件计算得到实测温度值是依据测量电压，得到PT100的电阻值，再查询PT100分度表得到实测温度值；将实测温度与设定温度比较，由软件控制输出有效电平；

所述放大单元为具有运算放大器的减法器电路。

所述设定电压Vset1、Vset2经分压单元分压得到，所述分压单元采用三端可调分流基准源作为精准电压源并经高精度电阻进行分压。

所述比较单元中包含两个比较器，第一比较器的输入为放大电压V1和设定电压Vset1，第一比较器的输出为硬件控制电压Vout1；第二比较器的输入为放大电压V1和设定电压Vset2，第二比较器的输出为硬件控制电压Vout2。运算放大器构成的比较器中运算放大器设计成正反馈电路。

还包含一信号隔离单元，将输入信号与输出控制隔离。

所述信号隔离单元为光耦隔离。光耦隔离实现输入信号与输出控制完全隔离，提供抗干扰能力。

所述输出控制单元中包含继电器，由继电器控制实现对采用交流220V供电的设备如加热器、制冷器、风扇等动作。

本实用新型的有益效果是：本实用新型工业机柜自动温控电路，由PT100温度传感器、惠斯通电桥、精密可调基准电源、运算放大器、光耦、继电器等构成，电路简单，成本较低。温度控制部分采用“双保险”设计，通过硬件比较和软件计算两种方式控制，有效防止硬件或软件出错而影响控制输出。可灵活设定所需温度值，实现低于预设的某低温值时自动启动加热设备，高于预设的某高温值时自动启动制冷设备，常温时控制风扇气流循环，运行可靠，可方便集成于各个产品设计方案中。

附图说明

图1是本实用新型的工业机柜自动温控电路图；

图2是惠斯通电桥测温单元和放大单元电路示意图；

图3是分压单元和比较单元电路示意图；

图4是信号隔离及输出控制单元控制制冷设备示意图；

图5是信号隔离及输出控制单元控制加热设备示意图；

图6是自动温控电路工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，工业机柜自动温控电路，包括测温单元1、放大单元2、分压单元3、运算放大器构成的比较单元4及输出控制单元5。

比较单元与输出控制单元5之间可以设置信号隔离，信号隔离可采用光耦隔离，实现输入信号与输出控制完全隔离，提供抗干扰能力。

输出控制单元5可由继电器K1、K2作为控制器件，实现对采用交流220V供电的大功率设备如加热器、制冷器、风扇等控制。

如图2所示，测温单元1包含惠斯通电桥，温度传感器PT100、电阻R1、R2、R3、精准稳压源构成惠斯通电桥，两个桥臂分别输出两个桥臂电压。其中，使用三端可调分流基准源作为电桥的精准稳压源。温度变化时，温度传感器PT100中的铂电阻阻值随之变化，对应桥臂电压也随之变化。

放大单元2中由运算放大器OPAMP1、电阻R4、R5、R6、R7构成减法器，将测温单元1中电桥输出的两个桥臂电压先做减法运算，然后放大得到放大电压V1。

放大电压V1送给信号采集处理模块进行采集和软件计算得到实测温度值，将实测温度值与设定温度值进行比较，并输出软件控制电压Vsoft1、Vsoft2为5V或0V。当实测温度值大于设定温度值Vset1时，软件控制电压Vsoft1为0V；当实测温度值小于设定温度值Vset1时，软件控制电压Vsoft1为5V。当实测温度值小于设定温度值Vset2时，软件控制电压Vsoft2为0V；当实测温度值大于设定温度值Vset2时，软件控制电压Vsoft2为5V。

其中，通过软件计算得到实测温度值是依据测量电压，得到PT100的电阻值，再查询PT100分度表得到测量温度；与设定温度比较，再由软件控制输出有效电平。

如图3所示，分压单元3包含精准稳压源和精密电阻R13、R14、R15构成的分压器，设定电压Vset1、Vset2需根据设定温度对应的电压值进行设定，并经分压单元的分压得到该设定电压Vset1、Vset2。

比较单元4中包含运算放大器OPAMP2、OPAMP3、电阻R8、R9、R10、R11、R16、R17、R18、R19构成的比较器，对输入的设定电压Vset1和放大电压V1进行比较，当V1 > Vset1时，比较器1输出硬件控制电压Vout1为 0V；当V1< Vset1时，比较器1输出硬件控制电压Vout1为 5V；对输入的设定电压Vset2和放大电压V1进行比较，当V1 > Vset2时，比较器2输出硬件控制电压Vout2为 5V；当V1< Vset2时，比较器2输出硬件控制电压Vout2为 0V；

如图4、图5所示，软件控制电压Vsoft 1= 0V或硬件控制电压Vout 1= 0V，则触发输出控制单元5中的继电器K1动作，启动制冷设备工作。Vsoft 1= 5V或Vout 1= 5V时，则停止制冷设备工作。软件控制电压Vsoft 2= 0V或硬件控制电压Vout 2= 0V，则触发输出控制单元5中的继电器K2动作，启动加热设备工作。Vsoft 2= 5V或Vout2= 5V时，则停止加热设备工作。

如图6所示，自动温控电路工作过程为：

由惠斯通电桥组成的PT100测温单元输出的两个桥臂电压经放大单元放大后得到放大电压V1；

放大电压V1送给信号采集处理模块计算得到实测温度值，将实测温度值与设定温度值进行比较，并输出软件控制电压Vsoft1、Vsoft2的高低电平；

精准稳压源经分压单元分压后得到设定电压Vset1、Vset2。其中Vset1为高温值，Vset2为低温值。由比较单元将实测温度值与设定温度值进行比较，当实测温度值V1大于设定高温值Vset1时，比较器输出硬件控制电压Vout1为 0V，经光耦T1和继电器K1后启动制冷设备；当实测温度值V1小于设定高温值Vset1时，比较器输出硬件控制电压Vout1为 5V，停止制冷设备。对输入的设定电压Vset2和放大电压V1进行比较，当实测温度值V1大于设定低温值Vset2时，比较器输出硬件控制电压Vout2为 5V，停止加热设备；当实测温度值V1小于设定低温值Vset2时，比较器输出硬件控制电压Vout2为 0V，启动加热设备。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解。本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (8)

1.一种工业机柜自动温控电路，其特征在于：包括测温单元、放大单元、分压单元、比较单元、输出控制单元；

所述测温单元中惠斯通电桥的两个桥臂输出的两个桥臂电压经所述放大单元放大得到放大电压V1；

所述放大电压V1经信号采集处理模块计算得到一实测温度值，将实测温度值与设定温度值进行比较，分别输出高电平或低电平的软件控制电压Vsoft1、Vsoft2；

依据设定温度值计算设定电压Vset1、Vset2，由所述比较单元对设定电压Vset1、Vset2和放大电压V1进行比较，分别输出高电平或低电平的硬件控制电压Vout1、Vout2；

所述软件控制电压Vsoft1、Vsoft2和硬件控制电压Vout1、Vout2可触发所述输出控制单元中的继电器动作，以启动制冷或加热设备。

2.根据权利要求1所述的一种工业机柜自动温控电路，其特征在于： 所述测温单元采用惠斯通电桥电路，惠斯通电桥电路由温度传感器PT100和三个电阻构成，并采用三端可调分流基准源作为电桥的精准电压源。

3.根据权利要求1所述的一种工业机柜自动温控电路，其特征在于：所述放大单元为具有运算放大器的减法器电路。

4.根据权利要求1所述的一种工业机柜自动温控电路，其特征在于：所述设定电压Vset1、Vset2分别经分压单元分压得到，所述分压单元采用三端可调分流基准源作为精准电压源并经电阻进行分压。

5.根据权利要求1所述的一种工业机柜自动温控电路，其特征在于：所述比较单元中包含两个比较器，第一比较器的输入为放大电压V1和设定电压Vset1，输出为硬件控制电压Vout1；第二比较器的输入为放大电压V1和设定电压Vset2，输出为硬件控制电压Vout2。

6.根据权利要求1所述的一种工业机柜自动温控电路，其特征在于：还包含一信号隔离单元，将输入信号与输出控制隔离。

7.根据权利要求6所述的一种工业机柜自动温控电路，其特征在于：所述信号隔离单元为光耦隔离。

8.根据权利要求1所述的一种工业机柜自动温控电路，其特征在于：所述输出控制单元中包含继电器，由继电器控制采用交流220V供电的设备动作。

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