CN204650318U - 一种实用模拟温度控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及温度控制技术领域，尤其是一种实用模拟温度控制系统。它包括用于提供直流电压的电源电路、用于减少室温对温度测量准确度影响的温度补偿电路、用于保证在加热温度超过设定值停止加热的超温保护电路、信号放大电路、比例积分电路、电压比较电路、移相触发电路和固态继电器；信号放大电路将检测的温度信号进行放大处理后输送至比例积分电路积分，电压比较电路将采集的温度信号与设定电压比较后输出比较结果至移相触发电路产生可变周期脉冲触发固态继电器中可控硅导通角来控制加热装置。该系统由分立元件组成的模拟型电路信号输入、放大、运算及控制输出都由硬件电路完成，与单片机温控系统相比，其设计过程更为简便，降低了成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及温度控制技术领域，尤其是一种实用模拟温度控制系统。
背景技术
温度控制系统被广泛应用于工业、农业、医疗等行业的仪器设备中，目前应用最多的是单片机或微机系统设计的温度控制系统。系统硬件部分由输入输出接口、中央处理单元、A/D转换、定时计数等集成模块组成，系统软件部分需要用运算量大的PID算法编程实现，整套控制系统设计及实现较为复杂和繁琐，并增加了设计成本。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、成本低、整个温控过程均由硬件电路完成的实用模拟温度控制系统。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种实用模拟温度控制系统，它包括用于提供直流电压的电源电路、用于减少室温对温度测量准确度影响的温度补偿电路、用于保证在加热温度超过设定值停止加热的超温保护电路、信号放大电路、比例积分电路、电压比较电路、移相触发电路和固态继电器；
所述电源电路连接所述信号放大电路和比例积分电路，所述温度补偿电路连接信号放大电路，所述超温保护电路连接于所述比例积分电路的两端；
所述信号放大电路将检测元件检测到的温度信号进行放大处理后输送至所述比例积分电路，所述电压比较电路将采集的温度信号与设定电压比较后输出比较结果，所述移相触发电路接收比较结果后产生可变周期脉冲触发所述固态继电器中可控硅导通角来控制加热装置的加热功率。
优选地，所述信号放大电路与温度补偿电路的连接结构包括一ICL7650型运算放大器；
ICL7650型运算放大器的1脚与2脚之间依次串联有第二电容与第三电容、3脚与6脚相连、4脚依次通过第六电阻、第一电位器和第一电阻连接温度信号的TC-端、4脚还依次通过第十一电阻连接ICL7650型运算放大器的输出端、5脚依次通过第九电阻和第七电阻连接温度信号的TC+端、5脚还依次通过第十二电阻和第二电阻连接温度信号的TC-端；ICL7650型运算放大器的输出端依次通过第二电位器、第十四电阻、第十三电阻和第十二电阻连接ICL7650型运算放大器的同相输入端；
所述第一电阻与第七电阻之间依次串联有第三电阻与第五电阻；所述第二电阻与第七电阻之间连接有第一电容，所述第一电容之间连接有第十电阻，所述第三电阻与第二电阻之间连接有第四电阻。
优选地，所述比例积分电路、电压比较电路、移相触发电路和超温保护电路的连接结构包括LM324型差分放大器、LM324型电压跟随器、NPN型三极管、单结晶体管；
所述LM324型差分放大器的同相输入端通过第十八电阻接地、反相输入端通过第十五电阻连接ICL7650型运算放大器的输出端、反相输入端还依次通过第十六电阻和第四电容连接LM324型差分放大器的输出端；
所述LM324型电压跟随器的反相输入端分两支路，一支路依次通过第二十电阻和第三电位器连接-6V电压、另一支路通过第二十一电阻接地；LM324型电压跟随器的输出端通过第十七电阻连接所述LM324型差分放大器的反相输入端；
所述NPN型三极管的基极通过第一二极管连接ICL7650型运算放大器的输出端、基极与发射极之间连接有第二十二电阻、发射极与集电极之间连接有第五电容、发射极通过第十九电阻连接所述LM324型差分放大器的输出端、发射极还依次通过第二十六电阻、第四电位器和第二二极管接地；所述单结晶体管的发射极连接所述NPN型三极管的集电极、第一基极连接所述固态继电器的a端并通过第二十三电阻分别连接所述NPN型三极管的发射极和固态继电器的b端，所述固态继电器的c端与d端之间连接220V电源与加热装置,所述第二十三电阻两端连接有第三二极管，所述单结晶体管的第二基极通过第二十四电阻后分两支路，一支路通过第二十五电阻连接+12V电压、另一支路连接所述第二二极管的正极。
由于采用了上述方案，本实用新型由温度检测元件可以检测到温度值信号，该信号经过放大后输送至比例积分电路并与温度设定电压比较，比较结果输送至相触发电路产生可变周期的脉冲以触发固态继电器中可控硅导通角，从而可控制加热装置的加热功率，达到控制温度的目的。该系统由分立元件组成的模拟型电路信号输入、放大、运算及控制输出都由硬件电路完成而不需要软件设计，与单片机温控系统相比，其设计及过程更为简便，降低了成本且工作状态稳定可靠，实用性强。可应用于工业、农业产生及实验室等需要进行温度控制的场所。
附图说明
图1是本实用新型实施例的系统组成图；
图2是本实用新型实施例的信号放大电路与温度补偿电路的连接结构图；
图3是本实用新型实施例的比例积分电路、电压比较电路、移相触发电路和超温保护电路的连接结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，本实施例的一种实用模拟温度控制系统，它包括用于提供直流电压的电源电路、用于减少室温对温度测量准确度影响的温度补偿电路、用于保证在加热温度超过设定值停止加热的超温保护电路、信号放大电路、比例积分电路、电压比较电路、移相触发电路和固态继电器JXD。
电源电路连接信号放大电路和比例积分电路，温度补偿电路连接信号放大电路，超温保护电路连接于比例积分电路的两端。
信号放大电路将检测元件检测到的温度信号进行放大处理后输送至所述比例积分电路，电压比较电路将采集的温度信号与设定电压比较后输出比较结果，移相触发电路接收比较结果后产生可变周期脉冲触发固态继电器JXD中可控硅导通角来控制加热装置的加热功率。
如图2所示，本实施例的信号放大电路与温度补偿电路的连接结构包括一ICL7650型运算放大器A1；ICL7650型运算放大器A1的1脚与2脚之间依次串联有第二电容C2与第三电容C3、3脚与6脚相连、4脚依次通过第六电阻R6、第一电位器W1和第一电阻R1连接温度信号的TC-端、4脚还依次通过第十一电阻R11连接ICL7650型运算放大器A1的输出端、5脚依次通过第九电阻R9和第七电阻R7连接温度信号的TC+端、5脚还依次通过第十二电阻R12和第二电阻R2连接温度信号的TC-端；ICL7650型运算放大器A1的输出端依次通过第二电位器W2、第十四电阻R14、第十三电阻R13和第十二电阻R12连接ICL7650型运算放大器A1的同相输入端。
第一电阻R1与第七电阻R7之间依次串联有第三电阻R3与第五电阻R5；第二电阻R2与第七电阻R7之间连接有第一电容C1，第一电容C1之间连接有第十电阻R10，第三电阻R3与第二电阻R2之间连接有第四电阻R4。
本实施例的检测元件采用镍硌-镍铬K型热电偶作温度传感器来采集温度信号，温度信号为mV级，实际测量时需要经过信号放大电路的处理，热电偶测量温度信号受工作端温度和自由端环境温度影响，所以测量中需要加温度补偿电路消除环境温度变化对温度测量的影响。其中，反馈网络第十一电阻R11与第八电阻R8的比值为100，即温度毫伏电压信号被放大100倍，温度毫伏电压信号为TC+与TC-端电压差，TC-端的第二电阻R2为温度系数热敏电阻，当工作端温度变化，热电偶产生的热电势也将变化，而此时热敏电阻也将减少并使TC-端电压的电压也变化，这样总的差分输入信号随温度变化被抵消。如果参数选择合适可消除自由端温度变化对热电偶温度测量的影响。
如图3所示，本实施例的比例积分电路、电压比较电路、移相触发电路和超温保护电路的连接结构包括LM324型差分放大器A2、LM324型电压跟随器A3、NPN型三极管Q2、单结晶体管Q1。
LM324型差分放大器A2的同相输入端通过第十八电阻R18接地、反相输入端通过第十五电阻R15连接ICL7650型运算放大器A1的输出端、反相输入端还依次通过第十六电阻R16和第四电容C4连接LM324型差分放大器A2的输出端。
LM324型电压跟随器A3的反相输入端分两支路，一支路依次通过第二十电阻R20和第三电位器W3连接-6V电压、另一支路通过第二十一电阻R21接地；LM324型电压跟随器A3的输出端通过第十七电阻R17连接LM324型差分放大器A2的反相输入端。
NPN型三极管Q2的基极b通过第一二极管D1连接ICL7650型运算放大器A1的输出端、基极b与发射极e之间连接有第二十二电阻R22、发射极e与集电极c之间连接有第五电容C5、发射极e通过第十九电阻R19连接LM324型差分放大器A2的输出端、发射极e还依次通过第二十六电阻R26、第四电位器W4和第二二极管D2接地。
单结晶体管Q1的发射极e连接NPN型三极管Q2的集电极c、第一基极b1连接固态继电器JXD的a端并通过第二十三电阻R23分别连接NPN型三极管Q2的发射极e和固态继电器JXD的b端，固态继电器JXD的c端与d端之间连接220V电源与加热装置,第二十三电阻R23两端连接有第三二极管D3，单结晶体管Q1的第二基极b2通过第二十四电阻R24后分两支路，一支路通过第二十五电阻R25连接+12V电压、另一支路连接第二二极管D2的正极。
其中，LM324型差分放大器A2与第四电容C4、第十五电阻R15、第十六电阻R16和第十八电阻R18组成比例积分电路，该电路对放大后的温度信号进行积分，图中的-6V电压经过第三电位器W3、第二十电阻R20、第二十一电阻R21分压在第二十一电阻R21上产生压降，通过第三电位器W3调节使第二十一电阻R21上压降为-3.12V，该电路通 过LM324型电压跟随器A3输出与温度放大信号进行比较，将比较结果送至后端移相触发电路。
图3中的NPN型三极管Q2、第二十二电阻R22、第二十六电阻R26及第一二极管D1组成超温保护电路，单结晶体管Q1、第五电容C5、第二十四电阻R24、固态继电器JXD和加热装置等器件组成移相触发电路。如果加热装置温度超过设定值，则图3中的温度信号经过放大后ICL7650型运算放大器A1的输出电压大于3.12V,此时第一二极管D1即稳压二极管被反向击穿，流经第二十六电阻R26的电流因NPN型三极管Q2基极e电位降至0.3～0.5V，移相触发电路不输出加热电压，此时起到超温保护作用。
另外，单结晶体管Q1、第五电容C5、第二十六电阻R26、第二十四电阻R24和第二十三电阻R23利用单结晶体管Q1负阻特性构成震荡电路，在实际应用中，通过调节第三电位器W3改变电压比较电路中LM324型电压跟随器A3输出比较电压的大小来控制震荡电路输出波形导通角，可以达到控制电源输出功率大小的目的，从而改变加热装置的加热功率。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种实用模拟温度控制系统，其特征在于：它包括用于提供直流电压的电源电路、用于减少室温对温度测量准确度影响的温度补偿电路、用于保证在加热温度超过设定值停止加热的超温保护电路、信号放大电路、比例积分电路、电压比较电路、移相触发电路和固态继电器；
所述电源电路连接所述信号放大电路和比例积分电路，所述温度补偿电路连接信号放大电路，所述超温保护电路连接于所述比例积分电路的两端；
所述信号放大电路将检测元件检测到的温度信号进行放大处理后输送至所述比例积分电路进行积分，所述电压比较电路将采集的温度信号与设定电压比较后输出比较结果，所述移相触发电路接收比较结果后产生可变周期脉冲触发所述固态继电器中可控硅导通角来控制加热装置的加热功率。
2.如权利要求1所述的一种实用模拟温度控制系统，其特征在于：所述信号放大电路与温度补偿电路的连接结构包括一ICL7650型运算放大器；
ICL7650型运算放大器的1脚与2脚之间依次串联有第二电容与第三电容、3脚与6脚相连、4脚依次通过第六电阻、第一电位器和第一电阻连接温度信号的TC-端、4脚还依次通过第十一电阻连接ICL7650型运算放大器的输出端、5脚依次通过第九电阻和第七电阻连接温度信号的TC+端、5脚还依次通过第十二电阻和第二电阻连接温度信号的TC- 端；ICL7650型运算放大器的输出端依次通过第二电位器、第十四电阻、第十三电阻和第十二电阻连接ICL7650型运算放大器的同相输入端；
所述第一电阻与第七电阻之间依次串联有第三电阻与第五电阻；所述第二电阻与第七电阻之间连接有第一电容，所述第一电容之间连接有第十电阻，所述第三电阻与第二电阻之间连接有第四电阻。
3.如权利要求1所述的一种实用模拟温度控制系统，其特征在于：所述比例积分电路、电压比较电路、移相触发电路和超温保护电路的连接结构包括LM324型差分放大器、LM324型电压跟随器、NPN型三极管、单结晶体管；
所述LM324型差分放大器的同相输入端通过第十八电阻接地、反相输入端通过第十五电阻连接ICL7650型运算放大器的输出端、反相输入端还依次通过第十六电阻和第四电容连接LM324型差分放大器的输出端；
所述LM324型电压跟随器的反相输入端分两支路，一支路依次通过第二十电阻和第三电位器连接-6V电压、另一支路通过第二十一电阻接地；LM324型电压跟随器的输出端通过第十七电阻连接所述LM324型差分放大器的反相输入端；
所述NPN型三极管的基极通过第一二极管连接ICL7650型运算放大器的输出端、基极与发射极之间连接有第二十二电阻、发射极与集电极之间连接有第五电容、发射极通过第十九电阻连接所述LM324型差分放大器的输出端、发射极还依次通过第二十六电阻、第四电位器和第二二极管接地；
所述单结晶体管的发射极连接所述NPN型三极管的集电极、第一基极连接所述固态继电器的a端并通过第二十三电阻分别连接所述NPN型三极管的发射极和固态继电器的b端，所述固态继电器的c端与d端之间连接220V电源与加热装置，所述第二十三电阻两端连接有第三二极管，所述单结晶体管的第二基极通过第二十四电阻后分两支路，一支路通过第二十五电阻连接+12V电压、另一支路连接所述第二二极管的正极。
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