CN87205888U - 全电子温度控制器 - Google Patents

Abstract

一种完全由电子元器件和/或集成电路块组成的全电子温度控制器。它包括直流电源，热敏元件，采样和电压比较器，触发器和电子开关。它的优点在于MTBF长，灵敏度高。由于上述直流电源中可以不采用变压器而代之以最为简单的由一个整流二极管、一个稳压二极管、一个限流电容和一个滤波电容所组成的电路构成，因而本实用新型较之同类产品具有体积小，成本极低的显著优点。

Description

本实用新型涉及一种调温设备的温度控制器，更具体地说，涉及一种完全由电子元器件或／和集成电路块组成的全电子温度控制器。

在现有技术中，诸如致冷或致热等调温设备的温度控制器主要有机械式和电子式两种。

机械式温度控制器一般采用具有明显热涨冷缩作用的流体（装在金属管中）作为温度传感物体，通过诸如传动杆、弹簧片等机械部件来控制机械式开关的通断，从而控制调温设备的运行状态，达到控制温度的目的。这种温度控制器灵敏度较差，温度控制精度难以提高，且容易出故障。

针对机械式温度控制器的不足，已出现了一种主要由电子元器件或／和集成电路块组成的电子式温度控制器。使用于日本东芝公司家用电冰箱（如GR－185E、GR－205E，GR－235E等型号）的电子式温度控制器是一种较为典型的电子式温度控制器。

该温度控制器采用热敏元件检测温度，通过电路将检测得到的温度信号转换成电信号，经由多个电压比较器进行比较后输出相应的鉴别信号输入至触发器，触发器的输出状态决定相应的继电器的通断状态，从而决定致冷电机的运行状态，起到控制温度的目的。整个装置由一带有变压器的稳压直流电源供电。

这种温度控制器的缺点在于：电路复杂，电路的工作电流较大，电路对电压稳定性有一定要求，并且使用继电器作为开关元件，所以必须在直流电源中使用变压器以及全波整流等方法。这就使得该温度控制器的体积较大、成本较高。

由于继电器的体积与其触点容量成正比，所以，调温设备功率越大，相应的温度控制器的体积也越大。于是，这种温度控制器在要求小体积、大功率控制的场合下就不能使用。

此外，这种温度控制器的温度控制上下限是固定的，不能用于要求温度上下限等差调节的场合。

针对现有技术之不足，本实用新型的主要目的在于提供温度控制精度高、灵敏度高、结构简单、体积小、直流电源可不用变压器的全电子温度控制器。

本实用新型的另一个目的在于使上述温度控制器具有多种温度控制方式，并能适用于各种类型和功率的调温设备，并使其控制温度的范围大，稳定性好。

本实用新型的目的是通过下述方式实现的：

本实用新型可采用直流电源供电，热敏元件作为温度传感器，通过电压比较器对温度传感器的采样值和电压比较器的设定值进行逻辑比较来检测出温度是否在要求的范围之内，然后用触发器来记录温度变化的方向，所述触发器的输出端与一个串接在调温设备回路中的电子开关的控制端相连接，所述触发器输出相应的电压以控制电子开关的通断，从而控制调温设备的运行状态，达到控制温度的目的。

本实用新型的优点在于：本实用新型所选用的电子元器件均能在电压很不稳定的直流电源环境下工作，温度采样值与设定值的比较采用逻辑比较的方法，因而不受直流电压波动的影响，电路的工作电流相当小，从而使整个温度控制器只需采用极简单的、不用变压器的、使用半波整流的电流电源就能保证正常工作，整个电路也比东芝公司的温度控制器要简单得多，完全属于另一种发明构思。这就形成了本实用新型的最为显著的二个优点，即生产成本较之现有技术大为降低，体积可以做得很小。

其次，由于本实用新型用诸如可控硅等电子开关来取代继电器作为开关元件，因而本实用新型的MTBF（平均无故障工作时间）比用继电器的温度控制器的MTBF要长。

在本实用新型中，只要改变电子开关的规格，就能得到不同的负载能力，所以本实用新型适用于各种调温设备，诸如空调机、电冰箱、冷冻机、冷热风机乃至各种电热用具等。

此外，采用本实用新型并经过一些电路的变型，还能实现温度控制中所需要的一些特殊功能，如冰箱冷冻室的化霜功能等。

下面将结合附图对本实用新型的实施例作详细描述，其中：

图1为本实用新型的几个实施例的总的电路原理框图。

图2为本实用新型的第一个实施例的电路原理图。

图3为本实用新型的第二个实施例的电路原理图。

现请参见图1。图1的虚线中所示为本实用新型的几个实施例中的温度控制器，其中包括一个直流电源；至少一个用以感知调温对象温度的热敏元件；一个对上述热敏元件所产生的对应于温度变量的电压变量进行采样并检测采样温度是否落在要求的范围之内并可输出相应的电压信号的采样和电压比较器；一个能根据上述采样和电压比较器输出电压信号动态地分辨出温度变化的走向（即上升或下降）并籍此输出相应的信号的触发器，由上述触发器输出的信号来控制其通断状态的电子开关，该电子开关控制调温设备的运行状态，从而达到控制温度的目的。

对于这种温度控制器，由于对电压稳定性的要求较先有技术中的电子温度控制器为低，电路的工作电流也较小，所以，上述直流电源中可以不采用变压器，并可采用半波整流电路来提供所需要的电压。

请参见图2，在图2中所示的本实用新型的第一个实施例中，U₁、U₂为两个电压比较器，U₃、U₄为两个与非门，U₃、U₄组成R－S触发器，U₁、U₂、U₃、U₄均能在电压范围很宽（在＋5V至＋15V之间）的直流电源下正常工作。图1中所示的直流电源在本实施例中简单地由二极管D₁₁、D₁₂、电容C₁₁、C₁₂构成。而毋需采用变压器。稳压二极管D₁₁两端的电压经二极管D₁₂整流，电容C₁₂滤波后得到一不太稳定的直流电压，但已能满足U₁、U₂、U₃、U₄正常工作的需要，并能保证本实施例完成预期的目的，这将在下文中进一步阐述。电容C₁₁的作用是降压和限定流过D₁₁的电流的大小，电容量可根据D₁₁的最大工作电流来计算得到。电压比较器U₁、U₂选用输入阻抗充分大的器件，因而图2中所示的电阻R₁₁、R₁₃、R₁₄、R₁₅、R₁₆以及电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄、R₁₅、R₁₇可视为两个互不相关的彼此独立的电桥。R₁₆和R₁₇为两个与环境保持热接触的热敏电阻。只要上述电阻R₁₁至R₁₇的阻值保持不变，则如图2所示的电压比较器U₁和U₂的同相和反相输入端间的电位差（即图2中B点和C间以及D和A点间的电位差）的极性即使在直流电源的电压的大幅度波动下（波动范围＋5V至＋15V之内）仍能保持不变，这是保证本实施例的温度控制精度的关键所在。同时，也是本实施例能采用极简单的直流电源的基础。

当且仅当R₁₇上的压降大于R₁₄和R₁₅上的总的压降时，B点的电位高于C点的电位。同理，当且仅当R₁₆上的压降低于R₁₅上的压降时，A点的电位低于D点的电位。而R₁₆和R₁₇为两个热敏电阻，因此，当电阻R₁₁至R₁₅的阻值设定以后，U₁、U₂的输出状态仅与R₁₆和R₁₇的阻值有关，即仅与R₁₆与R₁₇周围的环境温度有关。

因此，上述热敏电阻R₁₆和R₁₇组成了图1中的热敏元件。R₁₁至R₁₅加上R₁₆、R₁₇以及U₁、U₂构成了图1中的采样和电压比较器。下面对本实施例的采样和电压比较器作进一步的描述。

假定所需控制的温度的上限为t₁，下限为t₂，选择R₁₁至R₁₇，使当温度高于t₁时，B点电位高于C点电位，A点电位高于D点电位。当温度低于t₂时，B点电位低于C点电位，A点电位低于D电位。因此，当温度为t₁时，U₁输出为低电平，U₂输出为高电平。当温度为t₂时，U₁输出为高电平，U₂输出为低电平。当温度在t₁与t₂之间时，U₁和U₂的输出均为高电平。显然，U₁与U₂的输出不可能同时为低电平，这为下文中将要述及的由U₃、U₄组成的R－S触发器提供了正常工作的输入条件。

与非门U₃和U₄组成R－S触发器，它的输出端通过一电阻R₁₈与双向可控硅T₁₁的控制极相连接，可控硅串联在调温设备M的供电回路中，可控硅T₁₁的通断控制了M的运行状态，下面阐述这种控制是如何实现的。

在此假定调温设备M为一致冷电机，正如上文中在阐述本实用新型的构思时所阐明的那样，本实用新型适用于诸如致冷或致热等调温设备，现在正在说明的以及下文中将进行描述的实施例只是将本实用新型的构思应用于致冷电机的特例。事实上，在本实用新型的构思的范围内，可以很方便地作出许多变型，使其能对诸如致热设备等其它调温设备进行温度控制。

在温度高于t₁时，U₁输出为低电平，R－S触发器输出为低电平，双向可控硅T₁₁导通，电机M工作，使温度下降；当温度下降至低于t₁高于t₂时，U₁和U₂的输出均为高电平，R－S触发器的输出为低电平不变，从而使T₁₁继续导通，电机M继续工作；当温度下降至低于t₂时，U₂输出为低电平，R－S触发器的输出为高电平，双向可控硅T₁₁截止，电机M停止工作，使温度不再继续下降；当温度重又上升至高于t₂低于t₁时，U₁，U₂输出均为高电平，因而，R－S触发器的输出保持为高电平不变，从而使T₁₁继续截止，电机M不工作；当温度上升至高于t₁时，重复上述控制过程。

由此可见，本实施例的温度控制装置保证了在温度从高于t₁至低于t₂的过程中，T₁₁导通，电机工作；而在温度从低于t₂至 t₁的过程中，T₁₁截止，电机M停止工作，从而将温度限定在t₁和t₂之间，实现了恒温控制。

如果R₁₁和R₁₂为两个阻值可调的电位器，则通过调节R₁₁和R₁₂的阻值即可改变控制温度的上下限的值，由于采用了二个热敏电阻，因而，从理论上讲，温度的上下限可任意设定以至于相互可以很接近，这就极大地提高了温度控制的精度和灵活性。

图3所示为本实用新型的第二个实施例，它适用于对与图2中相似的致冷电机的控制。请参见图3，在图3中，选用集成电路5G1555来实现电压比较器和触发器的功能。5G1555是时基电路，它包括二个电压比较器和一个触发器，该集成电路可在＋5V至＋15V的直流电源的环境下正常工作，集成电路的6脚的输入电压高于电源电压的三分之二时，3脚输出为低电平，2脚的输入电压低于电源电压的三分之一时，3脚输出为高电平。

现将本实施例与第一个实施例的不同之处阐述一下。本实施例只采用了一只热敏电阻Rt，电位器W，热敏电阻Rt以及R₂₁、R₂₃与5G1555中的三只等阻值电阻构成了二个相互有关连的电桥，其工作原理与第一个实施例中所述的相似。有关5G1555的知识业已为本领域内技术人员所熟知，因而不再赘述。

设所需控制的温度的上限为t₁，下限为t₂，当温度为t₁时，Rt的阻值设为Rt₁；当温度为t₂时，Rt的阻值设为Rt₂。电位器阻值设为W，则R₂₁和R₂₃的阻值由下式决定：

R₂₁＝（3W＋4Rt₁－Rt₂）／3…………①

R₂₃＝（3W＋2Rt₁＋Rt₂）／3…………②

显见，温度控制的精度取决于R₂₁和R₂₃的精度，为了提高R₂₁和R₂₃的精度，可以用多个电阻串联来实现。

在本实施例中，若Rt的循环误差小于百分之二，则如果用二个电阻串联的方法来选取R₂₁和R₂₃，可使温度控制精度达到±1℃之内，若作细调，控制精度还可提高。

调节电位器W，可以改变控制温度的上下限的值，即改变t₁和t₂，本实施例可实现温度上下限等差调节。

Claims (8)

1、一种适用于调温设备的全电子温度控制器，它包括：

1).直流电源；

2).作为温度传感器的热敏元件；

其特征在于，它还包括：

3).将上述热敏元件所感知的温度变量转换成电信号并能对该电信号进行比较以判别温度是否落在所需控制范围之内的采样和电压比较器；

4).输入端与上述采样和电压比较器的输出端相连接并根据所述采样和电压比较器的输出动态地判定温度变化走向的触发器；

5).串接在上述调温设备供电回路中并且其控制端与上述触发器的输出端相连接的电子开关，该电子开关的通断状态决定上述调温设备的运行状态以使温度稳定在所需控制的范围内。

2、根据权利要求1所述的温度控制器，其特征在于，所述直流电源可由整流二极管D₁₂（或D₂₂）、稳压二极管D₁₁（或D₂₁），降压限流电容C₁₁（或C₂₁）、滤波电容C₁₂（或C₂₂）构成。

3、根据权利要求1或2所述的温度控制器，其特征在于，所述热敏元件为两个热敏电阻R₁₆、R₁₇。

4、根据权利要求3所述的温度控制器，其特征在于，所述采样和电压比较器包括两个电压比较器U₁、U₂和两个电桥电路，上述电桥电路由电阻R₁₁、R₁₃、R₁₄、R₁₅、R₁₆以及电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄、R₁₅、R₁₇构成，通过调节R₁₁和R₁₂的阻值，可分别调节控制温度的上下限值。

5、根据权利要求4所述的温度控制器，其特征在于，所述融发器为由与非门U₃和U₄相互连接成的R－S触发器，其两个输入端分别与上述U₁、U₂的输出端相连接，其输出端通过一电阻R₁₈与作为上述电子开关的可控硅T₁₁的控制极相连接，所述T₁₁串接在上述调温设备回路中。

6、根据权利要求1或2所述的温度控制器，其特征在于，所述热敏元件为热敏电阻Rt。

7、根据权利要求6所述的温度控制器，其特征在于，其中，所述采样和电压比较器包括包含在时基电路5G1555中的两个电压比较器，热敏电阻Rt、电位器W、电阻R₂₁、R₂₃以及上述5G1555中的三只等值电阻，调节所述电位器W可实现对温度的等差调节。

8、根据权利要求7所述的温度控制器，其特征在于，所述触发器为所述5G1555中的一个触发器，其输出端通过一电阻R₂₂与作为电子开关的可控硅T₂₁的控制极相连接，所述T₂₁串接在调温设备回路中，其通断状态决定所述调温设备的运行状态，以便将温度控制在所需控制的范围内。

Images