CN205071336U - 一种低温环境设备保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低温环境设备保护装置，安装在设备保护箱内，包括：加热电路，加热电路包括PTC加热模块；测温控制电路，与加热电路连接，用于检测保护箱内的当前温度，并在当前温度小于设定温度时，控制加热电路导通，以使PTC加热模块进行加热。本低温环境设备保护装置，实现了消除设备故障隐患，保证设备正常运行的技术效果。

Description

一种低温环境设备保护装置

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种低温环境设备保护装置。

背景技术

设备低温环境，是指温度低于设备正常工作范围的温度范围的环境。一般，设备的低温极限在零下5-15℃左右，因此，零下15℃以下的温度即可视作设备低温环境。在我国内蒙古、新疆、东北等北部部分地区，冬季室外通常可达到零下25℃，某些地区极端低温可达到零下40℃。

目前，在这些低温环境中，不少工业企业采取将设备布置在室内。但是，还是有大量设备不得不在室外，这些设备存在故障隐患，易出现问题，严重影响设备的正常运行，严重的将会给企业带来重大经济损失。

实用新型内容

本申请实施例通过提供一种低温环境设备保护装置，解决了现有技术中处于低温环境中的设备，存在故障隐患的技术问题。

本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：

一种低温环境设备保护装置，安装在设备保护箱内，包括：

加热电路，所述加热电路包括正温度系数PTC加热模块；

测温控制电路，与所述加热电路连接，用于检测所述设备保护箱内的当前温度，并在所述当前温度小于设定温度时，控制所述加热电路导通，以使所述PTC加热模块进行加热。

优选地，所述加热电路，还包括：

交流电源，用于给所述PTC加热模块供电。

优选地，所述低温环境设备保护装置，还包括：

继电器，所述继电器的两个常开触点串联在所述PTC加热模块和所述交流电源之间，所述继电器的线圈串联在所述测温控制电路中；

其中，在所述测温控制电路控制所述线圈通电时，所述两个常开触点闭合，所述加热电路导通；在所述测温控制电路控制所述线圈断电时，所述两个常开触点断开，所述加热电路断开。

优选地，所述测温控制电路，包括：

检测模块，用于检测所述当前温度，并输出表示所述当前温度的当前温度信息；

显示模块，与所述检测模块连接，用于接收所述当前温度信息，并显示所述当前温度信息；

设定模块，用于基于用户的设定操作，确定所述设定温度，并输出表示所述设定温度的设定温度信息；

控制模块，与所述检测模块、以及所述设定模块连接，用于接收所述当前温度信息、以及所述设定温度信息，并基于所述当前温度信息、以及所述设定温度信息，比较所述当前温度和所述设定温度的大小，若所述当前温度小于所述设定温度，则控制所述继电器的线圈通电。

优选地，所述检测模块，包括：

PTC感温探头；

第一运算放大器，所述PTC感温探头串联在所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间。

优选地，所述显示模块，包括：

电流表；

第二运算放大器，所述第二运算放大器的反向输入端与所述PTC感温探头连接，所述第二运算放大器的输出端与所述电流表连接。

优选地，所述设定模块，包括：

电位器；

第三运算放大器，所述第三运算放大器的反相输入端与电位器连接，其中，所述第三运算放大器的放大倍数与所述第一运算放大器的放大倍数相同。

优选地，所述控制模块，包括：

比较器，所述比较器的同相输入端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述比较器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端连接；

晶体管，所述晶体管的基极与所述比较器的输出端连接，所述晶体管的集电极与直流电源的正极连接，所述继电器的线圈串联在所述晶体管的集电极和所述直流电源的正极之间，所述晶体管的发射极接地。

优选地，所述第一运算放大器、所述第二运算放大器、所述第三运算放大器、以及所述比较器均集成在LM324芯片中。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、在本申请实施例中，公开了一种低温环境设备保护装置，安装在设备保护箱内，包括：加热电路，加热电路包括PTC加热模块；测温控制电路，与加热电路连接，用于检测保护箱内的当前温度，并在当前温度小于设定温度时，控制加热电路导通，以使PTC加热模块进行加热。所以，有效解决了现有技术中处于低温环境中的设备，存在故障隐患的技术问题。在保护箱内的当前温度小于设定温度时，通过PTC加热模块提高保护箱内的温度，进而实现了消除设备故障隐患，保证设备正常运行的技术效果。

2、在本申请实施例中，采用高可靠的表面型PTC加热器作为PTC加热模块RL的主加热部件，并通过把铝制高面积散热片和表面型PTC加热器粘合密封成型，制得的PTC加热模块具有体积小、重量轻、便于安装、安全性高、不易漏电、不易燃烧等优点。

3、在本申请实施例中，本低温环境设备保护装置，可以根据设定的设定温度，自动控制PTC加热模块进行加热和停止加热，具有自动化程度高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中低温环境设备保护装置的电路图；

图2为本申请实施例中表面型PTC加热器的示意图；

图3为本申请实施例中表面型PTC加热器的发热与功率的关系图；

图4为本申请实施例中PTC加热模块的实物图；

图5为本申请实施例中PTC加热模块的外形尺寸图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种低温环境设备保护装置，解决了现有技术中处于低温环境中的设备，存在故障隐患的技术问题。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一种低温环境设备保护装置，安装在设备保护箱内，包括：加热电路，所述加热电路包括正温度系数PTC加热模块；测温控制电路，与所述加热电路连接，用于检测所述设备保护箱内的当前温度，并在所述当前温度小于设定温度时，控制所述加热电路导通，以使所述PTC加热模块进行加热。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种低温环境设备保护装置，安装在处于低温环境中的设备保护箱内，在设备保护箱内设置有需要保护的设备，该低温环境设备保护装置，包括：

加热电路，加热电路包括PTC(PositiveTemperatureCoefficient，正温度系数)加热模块RL；

测温控制电路，与加热电路连接，用于检测设备保护箱内的当前温度，并在当前温度小于设定温度时，控制加热电路导通，以使PTC加热模块RL进行加热，从而提高了设备保护箱内的温度，进而对设备保护箱内的设备进行保护，保证了设备的正常工作。

在具体实施过程中，该设定温度可以为设备低温环境的最高温度(例如：零下5℃)，也可以为根据设备的具体情况确定的最低工作温度(例如：零下10℃、零下15℃、零下20℃等等)，对于该设定温度的具体取值，本实施例不做具体限制。

在实际应用中，由于设备保护箱体体积不大，现场条件有限，所以要求加热部件功率不能大，还必须安全性高，防止漏电、防烧。

经过不断的测试替换选择后，确定采用高可靠的表面型PTC加热器作为PTC加热模块RL的主加热部件，其中，PTC(PositiveTemperatureCoefficient，正温度系数)，泛指温度系数很大的半导体材料原件，简称PTC热敏电阻。本低温环境设备保护装置，采用的是BaTiO3为基的PTC陶瓷材料。

如图2所示，PTC陶瓷发热膜均匀地敷设(或印刷)在耐热冲击瓷基片(瓷管或)上，由于大面积的PTC陶瓷发热膜都很薄，其自身的热向表面传导的热阻几乎可以忽略，通过加热器发热膜向空气传导的热及发热膜的热辐射，空气本身就是热负载，整个表面型PTC加热器为加热的介质所包裹，表现了优良的速热效果及高的热效率。

图3为表面型PTC加热器的发热Tc(℃)与功率p(w)的关系图，由图3可知，表面型PTC加热器的PTC陶瓷发热膜具有宽的红外辐射频谱，是一种优良的PTC红外发热材料。由于它采用陶瓷工艺及在高温(例如：1300℃)烧结，适合于制成大功率高温加热器。在本实施例中，采用的表面型PTC加热器安装了大面积铝制散热片，速热及热辐射效果较好。

在具体实施过程中，如图4所示，通过把铝制高面积散热片和表面型PTC加热器粘合密封成型，制得的PTC加热模具有体积小、重量轻、便于安装、安全性高、不易漏电、不易燃烧等优点。其中，PTC加热模块的具体尺寸，详见图5。

进一步，所述加热电路，还包括：

交流电源(～220V)，用于给PTC加热模RL块供电。

进一步，本低温环境设备保护装置，还包括：

继电器K，继电器K的两个常开触点(即：触点j和触点k)串联在PTC加热模块RL和交流电源(～220V)之间，继电器K的线圈串联在测温控制电路中；

其中，在测温控制电路控制继电器K的线圈通电时，两个常开触点(即：触点j和触点k)闭合，加热电路导通，PTC加热模块RL通电放热；在测温控制电路控制继电器K的线圈断电时，两个常开触点(即：触点j和触点k)断开，加热电路断开，PTC加热模块RL断电不再放热。继电器K可以采用：型号为JZX-22FAC的中间继电器。

进一步，所述测温控制电路，包括：

检测模块，用于检测当前温度，并输出表示当前温度的当前温度信息；

显示模块，与检测模块连接，用于接收当前温度信息，并显示当前温度信息；

设定模块，用于基于用户的设定操作，确定设定温度，并输出表示设定温度的设定温度信息；

控制模块，与检测模块、以及设定模块连接，用于接收当前温度信息、以及设定温度信息，并基于当前温度信息、以及设定温度信息，比较当前温度和设定温度的大小，若当前温度小于设定温度，则控制继电器K的线圈通电。

进一步，所述检测模块，具体包括：

PTC感温探头(例如：RT1、RT2、……、RTn)，用于采集设备保护箱内的当前温度，并输出第一电信号，第一电信号用于承载当前温度信息；

第一运算放大器D1，PTC感温探头串联在第一运算放大器的反相输入端a1和输出端c1之间；其中，第一电信号经过第一运算放大器D1的放大后输出。

在具体实施过程中，所述PTC感温探头，包括：

N个PTC感温探头(即：RT1、RT2、……、RTn)，N个PTC感温探头的规格各不相同，N个PTC感温探头的一端均与第一运算放大器D1的反相输入端a1连接，N为大于等于2的正整数；

此时，所述检测电路，还包括：

转换开关S，串联在第一运算放大器的输出端c1和N个PTC感温探头的另一端之间，其中，可以根据现场的实际情况，通过切换转换开关S，将N个PTC感温探头中的任一PTC感温探头接入检测电路中，从而更准确地采集到设备保护箱内的当前温度。

进一步，所述显示模块，具体包括：

微安电流表uA；

第二运算放大器D2，第二运算放大器D2的反向输入端a2与感温探头连接，第二运算放大器的输出端c2与微安电流表uA连接，其中，感温探头输出的第一电信号会经过第二运算放大器D2的放大，放大后的第一电信号对流经微安电流表uA，此时，微安电流表uA显示的电流值可以用于表示设备保护装置内的当前温度值。

进一步，所述设定模块，具体包括：

电位器(即：第四电位器RP4)，用户可以根据需要设定的设定温度，调节第四电位器RP4的阻值，生成第二电信号，第二电信号用于承载表示设定温度的设定温度信息；

第三运算放大器D3，第三运算放大器D3的反相输入端a3与第四电位器RP4连接，第三运算放大器D3用于对第二电信号进行放大，并通过第三放大器的输出端c3输出放大后的第二电信号；其中，第三运算放大器D3的放大倍数与第一运算放大器D1的放大倍数相同。

进一步，所述控制模块，具体包括：

比较器D4，比较器D4的反相输入端a4与第一运算放大器D1的输出端c1连接，比较器D4的同相输入端b4与第三运算放大器D3的输出端c3连接；

晶体管VT，晶体管VT的基极与比较器D4的输出端c4连接，晶体管VT的集电极与直流电源的正极(+15V)连接，继电器K的线圈串联在晶体管VT的集电极和直流电源的正极(+15V)之间，晶体管VT的发射极接地，其中，晶体管VT可以采用型号为3DK12的晶体管。

在具体实施过程中，第一运算放大器D1输出的第一电信号与第三运算放大器D3输出的第二电信号构成比较器D4的差模输入电压，在设备保护箱内的当前温度低于设定温度时，比较器D4同相输入电压的绝对值小于反相输入电压的绝对值，比较器D4的输出端c4输出高电位，从而使晶体管VT饱和导通，继电器K线圈得电，两个常开触点(触点j和触点k)吸合，PTC加热模块RL得电并进行加热。在设备保护箱内的当前温度升到设定温度以上时，比较器D4的同相输入电压的绝对值大于反相电压的绝对值，比较器D4输出低电位，从而导致晶体管VT截止，继电器K失电释放两个常开触点(触点j和触点k)，发热电路断路，PTC加热模块RL不再发热。如此反复运行，达到控温目的。

在具体实施过程中，可以采用LM324芯片，利用其中的4个独立的运算放大器分别作为第一运算放大器D1、第二运算放大器D2、第三运算放大器D3、以及比较器D4，从而提高本低温环境设备保护装置的集成度、可靠性和稳定性。

另外，该电路在正式使用前，需要进行调试：主要是调整微安电流表uA的零点和满度指示。如图1所示，首先，将转换开关S接通电阻R0(267Ω)，调节第一电位器RP1使微安表uA指示零，同时，调节第四电位器RP4使其阻值与第一电位器RP1相同，保持第一运算放大器D1与第三运算放大器D3的对称性，使得第一运算放大器D1与和第三运算放大器D3具有相同的放大倍数；然后，将转换开关S接通到电阻R1(1064Ω)，调节第二电位器RP2使微安表uA指示满度；最后，得到阻值-温度曲线，基于阻值-温度曲线将第三电位器RP3调节到设定温度的相应阻值后，即可投入正常使用。

试验证明，本低温环境设备保护装置具有高效、可靠、低功率、自动化加热等优点，安装在设备保护箱体即可实现，并且在室外很多区域都可以简单安装、替换原有箱体，或者在原有箱体内改装即可完成，可广泛应用于冶金、煤矿、电力、石化等各种工业设备在极端低温环境下安全使用中。

据统计，在内蒙古巴彦淖尔乌拉特中旗的一个用户单位，冬季有80天以上的夜间温度低于零下20℃，室外的中小型设备多达3000台以上，原本这些设备在冬季故障率高达30％以上，各种设备损坏严重，处于不停的更换备件中，而且会影响生产。现在通过本低温环境设备保护装置的实际应用，现在室外设备故障率大幅下降到3％-5％，基本解决了户外设备过冬的问题，大大降低了该企业的设备维护开销。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

1、在本申请实施例中，公开了一种低温环境设备保护装置，安装在设备保护箱内，包括：加热电路，加热电路包括PTC加热模块；测温控制电路，与加热电路连接，用于检测保护箱内的当前温度，并在当前温度小于设定温度时，控制加热电路导通，以使PTC加热模块进行加热。所以，有效解决了现有技术中处于低温环境中的设备，存在故障隐患的技术问题。在保护箱内的当前温度小于设定温度时，通过PTC加热模块提高保护箱内的温度，进而实现了消除设备故障隐患，保证设备正常运行的技术效果。

2、在本申请实施例中，采用高可靠的表面型PTC加热器作为PTC加热模块RL的主加热部件，并通过把铝制高面积散热片和表面型PTC加热器粘合密封成型，制得的PTC加热模块具有体积小、重量轻、便于安装、安全性高、不易漏电、不易燃烧等优点。

3、在本申请实施例中，本低温环境设备保护装置，可以根据设定的设定温度，自动控制PTC加热模块进行加热和停止加热，具有自动化程度高的优点。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种低温环境设备保护装置，安装在设备保护箱内，其特征在于，包括：

加热电路，所述加热电路包括正温度系数PTC加热模块；

测温控制电路，与所述加热电路连接，用于检测所述设备保护箱内的当前温度，并在所述当前温度小于设定温度时，控制所述加热电路导通，以使所述PTC加热模块进行加热。

2.如权利要求1所述的低温环境设备保护装置，其特征在于，所述加热电路，还包括：

交流电源，用于给所述PTC加热模块供电。

3.如权利要求2所述的低温环境设备保护装置，其特征在于，所述低温环境设备保护装置，还包括：

继电器，所述继电器的两个常开触点串联在所述PTC加热模块和所述交流电源之间，所述继电器的线圈串联在所述测温控制电路中；

其中，在所述测温控制电路控制所述线圈通电时，所述两个常开触点闭合，所述加热电路导通；在所述测温控制电路控制所述线圈断电时，所述两个常开触点断开，所述加热电路断开。

4.如权利要求3所述的低温环境设备保护装置，其特征在于，所述测温控制电路，包括：

检测模块，用于检测所述当前温度，并输出表示所述当前温度的当前温度信息；

显示模块，与所述检测模块连接，用于接收所述当前温度信息，并显示所述当前温度信息；

设定模块，用于基于用户的设定操作，确定所述设定温度，并输出表示所述设定温度的设定温度信息；

控制模块，与所述检测模块、以及所述设定模块连接，用于接收所述当前温度信息、以及所述设定温度信息，并基于所述当前温度信息、以及所述设定温度信息，比较所述当前温度和所述设定温度的大小，若所述当前温度小于所述设定温度，则控制所述继电器的线圈通电。

5.如权利要求4所述的低温环境设备保护装置，其特征在于，所述检测模块，包括：

PTC感温探头；

第一运算放大器，所述PTC感温探头串联在所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间。

6.如权利要求5所述的低温环境设备保护装置，其特征在于，所述显示模块，包括：

电流表；

第二运算放大器，所述第二运算放大器的反向输入端与所述PTC感温探头连接，所述第二运算放大器的输出端与所述电流表连接。

7.如权利要求6所述的低温环境设备保护装置，其特征在于，所述设定模块，包括：

电位器；

第三运算放大器，所述第三运算放大器的反相输入端与电位器连接，其中，所述第三运算放大器的放大倍数与所述第一运算放大器的放大倍数相同。

8.如权利要求7所述的低温环境设备保护装置，其特征在于，所述控制模块，包括：

比较器，所述比较器的同相输入端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述比较器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端连接；

晶体管，所述晶体管的基极与所述比较器的输出端连接，所述晶体管的集电极与直流电源的正极连接，所述继电器的线圈串联在所述晶体管的集电极和所述直流电源的正极之间，所述晶体管的发射极接地。

9.如权利要求8所述的低温环境设备保护装置，其特征在于，所述第一运算放大器、所述第二运算放大器、所述第三运算放大器、以及所述比较器均集成在LM324芯片中。