CN214583707U - 一种二线式加热测温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电加热测温技术领域，特别涉及一种二线式加热测温装置。包括控制部分和负载部分；控制部分由主控单元M、加热电源E1、测控电源E2和换向开关K组成；负载部分由加热器R1、热敏电阻R2、隔离二极管D、导线A和导线B组成；所述主控单元M控制端S‑1和S‑2分别通过控制线与换向开关K连接，加热电源E1正极与换向开关K1‑2连接，加热电源E1负极接地，测控电源E2正极经电阻R3与换向开关K2‑3和温度数据端C连接，测控电源E2负极接地；加热器R1与所述热敏电阻R2串联，所述隔离二极管D与热敏电阻R2并联，二极管D正极接热敏电阻R2和导线A，二极管D负极接热敏电阻另一端和加热器R1。

Description

一种二线式加热测温装置

技术领域

本实用新型涉及电加热测温技术领域，特别涉及一种二线式加热测温装置。

背景技术

电加热技术因其具有清洁、高效和易控的特点普遍应用于各个领域，伴随电加热控温的需要，必须使用测温元件实时感知加热温度。为保证测温准确性，测温元件一般紧靠加热器，同时测温元件通过独立的导线将温度参数传递到控制单元。

现有技术中，一般加热器供电线路为大功率强电流，而测温元件和控制单元均为小功率小信号工作。二者供电参数相差较大，所以加热器和测温元件都设计有各自独立的线路进行连接，常见的是用二线加热、另外再增加一至三线测温，共需三至五条导线才能保证加热和测温同时正常工作。

如果让加热和测温使用共同的线路，即加热和测温共线工作，可以减少连接线路，实现加热测温一体化组合，对于简化电加热系统成本，特别是对于长距离加热系统，有较大的实际意义。

发明内容

为此，本实用新型的目的在于提供了一种二线式加热测温装置，简化了加热线路，降低了加热负载的连接成本。

为了实现上述目的，本实用新型一种二线式加热测温装置是采取以下技术方案实现：

一种二线式加热测温装置包括控制部分和负载部分。控制部分由主控单元M、加热电源E1、测控电源E2和换向开关K组成。负载部分由加热器R1、热敏电阻R2、隔离二极管D、导线A和导线B组成。

控制部分设置有手动控制部分、电子控制部分两种。

在手动控制部分中，所述主控单元M控制端S通过控制线与换向开关K连接，加热电源E1正极与换向开关K1-2连接，加热电源E1负极接地。测控电源E2正极经电阻R3与换向开关K2-3和温度数据端C连接，测控电源E2负极接地。主控单元M通过C采集温度数据，通过控制端S控制换向开关K的动作。负载部分导线A与换向开关K1-1连接，导线B与换向开关K2-1连接。

在电子控制部分中，所述主控单元M控制端S-1和S-2分别通过控制线与换向开关K连接，加热电源E1正极与换向开关K1-2连接，加热电源E1负极接地。测控电源E2正极经电阻R3与换向开关K2-3和温度数据端C连接，测控电源E2负极接地。主控单元M通过C采集温度数据，通过控制端S-1和S-2控制换向开关K的动作。负载部分导线A与换向开关K1-1连接，导线B与换向开关K2-1连接。

在负载部分中，所述加热器R1与所述热敏电阻R2串联，所述隔离二极管D与热敏电阻R2并联。二极管D正极接热敏电阻R2和导线A，二极管D负极接热敏电阻另一端和加热器R1。加热器R1另一端接导线B。

所述的一种二线式加热测温装置中， 所述热敏电阻的阻值大于加热器阻值。

所述的一种二线式加热测温装置，其中所述负载部分的电流为交替换向直流电，加热时正向电流I1的流通方向为A→负载→B，测温时反向电流I2的流通方向为B→负载→A。

所述的一种二线式加热测温装置，其中所述负载部分与所述控制部分之间只需二线连接即可实现加热与测温双重功能。

所述的一种二线式加热测温装置，其中所述主控单元M控制所述换向开关K动作，切换所述加热电源E1和所述测控电源E2分时换向流通，其中加热电源E1接通使I1正向流过负载时进行加热，加热电源E2接通使I2反向流过负载时进行测温。

所述的一种二线式加热测温装置，其中所述换向开关K为双刀双掷机械开关或者为电子线路构成的开关，其内部开关元件使用场效应管或三极管或继电器，也可使用换向H桥集成电路，其开关动作由主控单元M进行控制。

加热控温系统依据需要可以设置按键、显示器和打印机等人机交互电路或输出设备。

一种二线式加热测温装置的加热测温方法,工作过程是：

由主控单元控制换向开关按一定规律换向工作，使加热电源供电出现短暂的停止，在短暂停止的间隙提供反向的测控电源，即由换向开关提供测温时隙。加热时，加热电源E1正向与负载部分连接，在测温时隙，测控电源E2反向与负载部分连接。

加热时，加热电源E1通过换向开关M与负载接通，电流为I1,负载部分的二极管D正向导通。因二极管D正向压降很小，热敏电阻R2被短路，加热电压几乎不受阻碍地传递到加热器R1两端，加热器R1能正常加热。

测温时，加热电源E1被切断，测控电源E2通过换向开关K反向与负载部分接通，电流为I2，负载部分的二极管D反向截止，热敏电阻R2接入回路。因热敏电阻的阻值远大于加热器阻值，所以测控电压几乎全部加到热敏电阻两端。此时在连接导线C上的电压数值，就是热敏电阻反映出的温度数据信号。

测温回路中同时串联有加热器电阻R1，但因热敏电阻R2的阻值数百倍于加热器电阻值，同时加热器电阻值随温度变化甚微，所以加热器电阻对测温精度的影响十分有限，在大多数实际应用中可以忽略不计。在有特殊精度要求的情况下，可以由软件对测温数据进行修正以完全消除加热器电阻的影响。

本实用新型具有以下有益效果：

1、加热、测温共用二根连接导线，使加热器负载的连接导线达到了最简化，在真正意义上实现了加热测温一体化，可显著降低加热控制线路的建设成本和维护成本。

2、在加热、测温共线条件下，即可实现加热器的大功率供电，又可实现测温参数的小信号传输，二者互不影响。测温数据的精度完全能够得到保证，实用效果良好。

3、测温时隙仅为为毫秒级。由于测温时隙短并具有较长的时间间隔，而加热器通常具有较大的的热惯量，测温瞬间加热器停止供电的短暂间隙，对于加热器的工作影响极小可以忽略。在实际使用中感觉不到测温时隙的存在。

4、负载部分的结构十分简单，只使用了一个二极管，节省了一半的连接导线。对于多负载长距离的加热测温系统，有较好的经济价值。

5、加热器负载仅使用2根导线，其连接线路和接口方式可以和大多数传统加热器线路兼容，使设备线路使用连接具有极大的灵活性。在使用此方式测温时，加热系统原有的连接线路无需更换可直接延用。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型的基本原理图（控制部分不含主控单元，换向开关为机械开关）；

图2为本实用新型的实施例原理图（控制部分含主控单元，换向开关为电子开关）。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图2中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

参照附图1-2，一种二线式加热测温装置包括控制部分和负载部分。控制部分由主控单元M、加热电源E1、测控电源E2和换向开关K组成。负载部分由加热器R1、热敏电阻R2、隔离二极管D、导线A和导线B组成。

控制部分设置有手动控制部分、电子控制部分两种。

在手动控制部分中，所述主控单元M控制端S通过控制线与换向开关K连接，加热电源E1正极与换向开关K1-2连接，加热电源E1负极接地。测控电源E2正极经电阻R3与换向开关K2-3和温度数据端C连接，测控电源E2负极接地。主控单元M通过C采集温度数据，通过控制端S控制换向开关K的动作。负载部分导线A与换向开关K1-1连接，导线B与换向开关K2-1连接。

在电子控制部分中，所述主控单元M控制端S-1和S-2分别通过控制线与换向开关K连接，加热电源E1正极与换向开关K1-2连接，加热电源E1负极接地。测控电源E2正极经电阻R3与换向开关K2-3和温度数据端C连接，测控电源E2负极接地。主控单元M通过C采集温度数据，通过控制端S-1和S-2控制换向开关K的动作。负载部分导线A与换向开关K1-1连接，导线B与换向开关K2-1连接。

在负载部分中，所述加热器R1与所述热敏电阻R2串联，所述隔离二极管D与热敏电阻R2并联。二极管D正极接热敏电阻R2和导线A，二极管D负极接热敏电阻另一端和加热器R1。加热器R1另一端接导线B。

所述的一种二线式加热测温装置中， 所述热敏电阻的阻值大于加热器阻值。

所述的一种二线式加热测温装置，其中所述负载部分的电流为交替换向直流电，加热时正向电流I1的流通方向为A→负载→B，测温时反向电流I2的流通方向为B→负载→A。

所述的一种二线式加热测温装置，其中所述负载部分与所述控制部分之间只需二线连接即可实现加热与测温双重功能。

所述的一种二线式加热测温装置，其中所述主控单元M控制所述换向开关K动作，切换所述加热电源E1和所述测控电源E2分时换向流通，其中加热电源E1接通使I1正向流过负载时进行加热，加热电源E2接通使I2反向流过负载时进行测温。

所述的一种二线式加热测温装置，其中所述换向开关K为双刀双掷机械开关或者为电子线路构成的开关，其内部开关元件使用场效应管或三极管或继电器，也可使用换向H桥集成电路，其开关动作由主控单元M进行控制。

加热控温系统依据需要可以设置按键、显示器和打印机等人机交互电路或输出设备。

本实用新型提出一种二线式加热测温装置，图1所示为基本原理图（手动控制），一种二线式加热测温装置包括控制部分和负载部分。控制部分由加热电源E1、测控电源E2、换向开关K组成。负载部分由连接导线A、导线B、加热电阻R1、热敏电阻R2和二极管D组成。在控制部分中，所述加热电源E1正极与换向开关K1-2连接，加热电源E1负极接地。测控电源E2正极经电阻R3与换向开关K2-3和温度数据端C连接，测控电源E2负极接地线Gnd。控制端S与换向开关K连接。换向开关K1-3、K2-2连接地线Gnd。换向开关K1-1与负载部分导线A连接，换向开关K2-1与导线B连接。在负载部分中，所述加热器R1与所述热敏电阻R2串联，所述隔离二极管D与热敏电阻R2并联。二极管D正极接热敏电阻R2和导线A，二极管D负极接热敏电阻另一端和加热器R1。加热器R1另一端接导线B。控制端S控制换向开关K的动作，图1为基本原理图，换向开关为双刀双掷机械开关，控制端S可理解为人工手动控制，温度数据可外接电压表从导线C端读出。

工作过程如下：

控制部分的S端（可理解为人工手动控制）控制换向开关K按一定规律换向工作，使加热电源供电出现短暂的停止，在短暂停止的间隙提供反向的测控电源，即由换向开关提供测温时隙。

加热状态时，换向开关K向上，换向开关K1-1与K1-2接通，K2-1与K2-2接通。加热电源E1正极经过换向开关K1-2与K1-1接点与负载部分导线A接通，加热电源E1负极极经过地线Gnd与换向开关K2-2与K2-1接点与负载部分导线B接通，形成了加热电流I1。加热电流I1从加热电源E1正极出发，依次通过换向开关K1-2与K1-1接点、导线A、二极管D、加热电阻R1、导线B、换向开关K2-1与K2-2接点、地线Gnd、返回加热电源E1负极构成回路。加热时二极管D正向导通，与其并联的热敏电阻R1阻值较大被二极管D短路，所以加热电流I1基本不流过热敏电阻。二极管正向压降较小，对加热功率的影响很小。

测温状态时，换向开关K向下，换向开关K1-1与K1-3接通，K2-1与K2-3接通。测控电源E2正极经过电阻R3、换向开关K2-3与K2-1接点与负载部分导线B接通，测控电源E2负极极经过地线Gnd与换向开关K1-3与K1-1接点与负载部分导线A接通，形成了测温电流I2。测温电流I2从测控电源E2正极出发，依次通过电阻R3、换向开关K2-3与K2-1接点、导线B、加热电阻R1、测温电阻R2、导线A、换向开关K1-1与K1-3接点、地线Gnd、返回测控电源E2负极构成回路。测温时电流I2反向流通，二极管反向截止呈现高阻抗，使热敏电阻R2接入回路。热敏电阻的温度参数值经导线C点（可接电压表）进行采集。测温时加热电阻R1串接在回路中，因加热电阻R1的阻值远小于热敏电阻R2，故加热电阻R1对测温精度影响可以忽略不计。

图2为本实用新型的实施例原理图（电子控制），与基本原理图1（手动控制）相比：1.加入了控制单元M。2.取消了电池图形仅以E1、E2分别表示加热电源和测控电源，E1、E2为直流电源，E1、E2的负极均接地线Gnd（图中未画出）。3.换向开关K由机械开关改为电子开关。4.控制端由手动控制端S改为2根控制信号线S-1和S-2。

控制部分由加热电源E1、测控电源E2、主控单元M（单片机内置嵌入式软件）、换向开关K组成。负载部分由连接导线A、导线B、加热电阻R1、热敏电阻R2和二极管D组成。在控制部分中，所述加热电源E1正极与换向开关K1-2连接，加热电源E1负极接地（图中未画出）。测控电源E2正极经电阻R3与换向开关K2-3和温度数据端C连接，测控电源E2负极接地线Gnd。主控单元M的控制端S-1、S-2与换向开关K连接。主控单元M的温度数据端C与电阻R3和换向开关K2-3连接。换向开关K1-3、K2-2连接地线Gnd。换向开关K1-1与负载部分导线A连接，换向开关K2-1与导线B连接。在负载部分中，所述加热器R1与所述热敏电阻R2串联，所述隔离二极管D与热敏电阻R2并联。二极管D正极接热敏电阻R2和导线A，二极管D负极接热敏电阻另一端和加热器R1。加热器R1另一端接导线B。

工作过程如下：

加热状态时，主控单元M通过S-1控制换向开关K使K1-1与K1-2接通、K2-1与K2-2接通，主控单元M通过S-2控制换向开关K使K1-1与K1-3断开、K2-1与K2-3断开（相当于图1中机械开关向上）。加热电源E1正极经过换向开关K1-2与K1-1接点与负载部分导线A接通，加热电源E1负极（图中未画出）经过地线Gnd与换向开关K2-2与K2-1接点与负载部分导线B接通，形成了加热电流I1。加热电流I1从加热电源E1正极出发，依次通过换向开关K1-2与K1-1接点、导线A、二极管D、加热电阻R1、导线B、换向开关K2-1与K2-2接点、地线Gnd、返回加热电源E1负极（图中未画出）构成回路。加热时二极管D正向导通，与其并联的热敏电阻R1阻值较大被二极管D短路，所以加热电流I1基本不流过热敏电阻。二极管正向压降较小，对加热功率的影响很小。

测温状态时，主控单元M通过S-1控制换向开关K使K1-1与K1-2断开、K2-1与K2-2断开，主控单元M通过S-2控制换向开关K使K1-1与K1-3接通、K2-1与K2-3接通（相当于图1中机械开关向下）。测控电源E2正极经过电阻R3、换向开关K2-3与K2-1接点与负载部分导线B接通，测控电源E2负极经过地线Gnd与换向开关K1-3与K1-1接点与负载部分导线A接通，形成了测温电流I2。测温电流I2从测控电源E2正极出发，依次通过电阻R3、换向开关K2-3与K2-1接点、导线B、加热电阻R1、测温电阻R2、导线A、换向开关K1-1与K1-3接点、地线Gnd、返回测控电源E2负极构成回路。测温时电流I2反向流通，二极管反向截止呈现高阻抗，使热敏电阻R2接入回路。热敏电阻的温度参数值经导线C点由主控单元M进行采集。测温时加热电阻R1串接在回路中，因加热电阻R1的阻值远小于热敏电阻R2，故加热电阻R1对测温精度影响可以忽略不计。

控制单元M采用51系列单片机或其他系列的单片机，内置嵌入式软件。加热测温系统根据需要可接入键盘、显示器等人机交互设备或打印机、存储器等记录设备。

本实用新型一种二线式加热测温系统，包括控制部分和负载部分。控制部分由主控单元、加热电源、测控电源和换向开关组成。负载部分由加热器、热敏电阻、隔离二极管组成。在控制部分中，所述主控单元与换向开关连接，换向开关与加热电源、测控电源和负载部分连接。在负载部分中，所述加热器与所述热敏电阻串联，所述隔离二极管与热敏电阻并联。本实用新型对加热器和热敏电阻采用二极管隔离的方法、控制直流电源正反向交替通过加热器，正向时加热器加热，反向时热敏电阻测温，实现了负载的加热测温一体化组合，对负载的连接只需要两根导线。此组合方式非常简单，使得大功率高电压加热器与小信号低电压测温元件共用两根导线实现共线工作，双方互不影响。此方法解决了传统加热器中测温元件必须独立引出导线的问题，将加热和测温导线由通常的四线减少为二线，可降低加热测温系统成本，同时此方法可方便地兼容普通无测温元件的加热器，增加了设备使用的灵活性。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (6)

1.一种二线式加热测温装置，其特征在于，包括控制部分和负载部分；控制部分由主控单元M、加热电源E1、测控电源E2和换向开关K组成；负载部分由加热器R1、热敏电阻R2、隔离二极管D、导线A和导线B组成；

在控制部分中，所述主控单元M控制端S-1和S-2分别通过控制线与换向开关K连接，加热电源E1正极与换向开关K1-2连接，加热电源E1负极接地，测控电源E2正极经电阻R3与换向开关K2-3和温度数据端C连接，测控电源E2负极接地；主控单元M通过C采集温度数据，通过控制端S-1和S-2控制换向开关K的动作，负载部分导线A与换向开关K1-1连接，导线B与换向开关K2-1连接；

在负载部分中，所述加热器R1与所述热敏电阻R2串联，所述隔离二极管D与热敏电阻R2并联，二极管D正极接热敏电阻R2和导线A，二极管D负极接热敏电阻另一端和加热器R1，加热器R1另一端接导线B。

2.根据权利要求1所述的一种二线式加热测温装置，其特征在于，

所述热敏电阻的阻值大于加热器阻值。

3.根据权利要求1所述的二线式加热测温装置，其特征在于：所述负载部分的电流为交替换向直流电，加热时正向电流I1的流通方向为A→负载→B，测温时反向电流I2的流通方向为B→负载→A。

4.根据权利要求1所述的一种二线式加热测温装置，其特征在于，所述负载部分与所述控制部分之间只需二线连接即可实现加热与测温双重功能。

5.根据权利要求1所述的一种二线式加热测温装置，其特征在于，所述主控单元M控制所述换向开关K动作，切换所述加热电源E1和所述测控电源E2分时换向流通，其中加热电源E1接通使I1正向流过负载时进行加热，加热电源E2接通使I2反向流过负载时进行测温。

6.根据权利要求1所述的一种二线式加热测温装置，其特征在于，所述换向开关K为双刀双掷机械开关或者为电子线路构成的开关，其内部电子开关元件使用场效应管或三极管或继电器，也可使用换向H桥集成电路，其开关动作由主控单元M进行控制。

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