專利名稱：高精度恒溫控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高精度恒溫裝置，特別是高精度控制使用水或其他中性液體的恒溫浴槽或恒溫液浴器。
目前使用的高精度恒溫控制電路，經(jīng)常使用的是PID控制電路方式?？刂频鸵恍┚鹊耐遣捎脙晌换蛉豢刂齐娐贩绞?。PID控制電路，由于積分規(guī)律的特點(diǎn)，如果有一個(gè)外來干擾信號(hào)，輸出將停留在新的位置而不回復(fù)原位，即PID電路的抗干擾能力有不足之處，而且電路本身，也有互相干擾的問題。這些問題的存在，使得PID電路達(dá)到很高的控制精度較為困難。為克服這些困難，就需使用比較復(fù)雜而成本較高的電路。同時(shí)，PID電路的參數(shù)調(diào)節(jié)不是隨機(jī)的，如果要使控溫范圍很大，精度又高，就非常困難。雖然為了使PID電路調(diào)節(jié)隨機(jī)化，可以使用微機(jī)，但這樣就使PID控制的成本大大提高。采用兩位或三位式調(diào)節(jié)，雖然電路較為簡(jiǎn)單，成本較低，但要達(dá)到高精度是不可能的。
本實(shí)用新型的目的就是提供一種抗干擾性強(qiáng)、控制溫度范圍很大，控制精度很高，而與現(xiàn)有高精度恒溫控制電路相比又價(jià)格低，電路簡(jiǎn)單的高精度恒溫控制裝置。本實(shí)用新型的控溫精度為±0.025℃，(實(shí)際上其控溫精度可以更高)控溫范圍為5～55℃之間，可以通過預(yù)選定置器任意選定。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的選用穩(wěn)定性高、線性、重復(fù)性好的半導(dǎo)體溫度傳感器作為傳感器元件。由傳感元件及電阻、設(shè)定器(精密電線繞電位置)組成橋路。設(shè)定器按預(yù)定恒溫的數(shù)值設(shè)定溫度并可通過一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)將所設(shè)定恒溫的溫度值由數(shù)字溫度顯示器予以顯示。如果溫度傳感器所測(cè)溫度恰好是設(shè)定溫度數(shù)值時(shí)，橋路輸出為零；如所測(cè)溫度數(shù)值偏離恒溫設(shè)定數(shù)值時(shí)，則橋路輸出一個(gè)與溫度變化成線性的信號(hào)電壓。這個(gè)信號(hào)經(jīng)差分放大電路和兩級(jí)直流放大進(jìn)入一個(gè)轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路以后，輸出的就是一個(gè)頻率一定、脈沖寬度與輸入信號(hào)成反比的矩形脈沖信號(hào)。使用這個(gè)矩形脈沖通過光電隔離器去控制可控硅的完全導(dǎo)通或完全截止。而可控硅是串接在恒溫加熱系統(tǒng)中的。從而達(dá)到對(duì)溫度的控制。由于使用高穩(wěn)定性的溫度傳感元件和橋式傳感器線路，同時(shí)采用抗噪聲、低零漂、高輸入阻抗(達(dá)109Ω)的場(chǎng)效應(yīng)管組成的差分電路，避免了控制電路對(duì)橋式傳感線路的影響。又采取了差分電路、橋路單獨(dú)供電、使用精密穩(wěn)壓器供給橋路電源，從而抑制了電源波動(dòng)和室溫變化對(duì)前置級(jí)特別是橋路的影響。這一系列措施對(duì)保證控溫精度起了關(guān)鍵的作用。轉(zhuǎn)換電路則是當(dāng)橋路、差分電路或直流放大器有干擾輸入時(shí)，轉(zhuǎn)換電路有一些變化，但一旦干擾消除，轉(zhuǎn)換電路能自動(dòng)回到原位，因此加強(qiáng)了整個(gè)電路的抗干擾能力。光電隔離器起的作用是隔斷了控溫加熱系統(tǒng)對(duì)控溫電路的干擾。同時(shí)，由于使用光隔器，可控硅被控全通導(dǎo)或全截止，而通導(dǎo)、截止周期的變化是根據(jù)溫度傳感器提供的溫度變化信號(hào)以及按照被控溫裝置的熱慣性的大小所確定的三角波頻率的大小。這樣，就可以大大擴(kuò)大可控溫度的范圍，并且適用于不同熱慣性恒溫裝置的溫度控制。本實(shí)用新型控溫范圍達(dá)5～55℃；為了保證恒溫槽在工作各點(diǎn)溫度一致，采用了恒穩(wěn)的半導(dǎo)體致冷降溫。
本實(shí)用新型提供的高精度恒溫控制裝置，由于采用了一系列簡(jiǎn)單但卻極有效的電路，使控溫精度達(dá)到±0.025℃；由于采用了特殊的轉(zhuǎn)換電路和光電隔離器，大大提高了抗干擾能力，并且使控溫范圍很大，達(dá)到5～55℃，可隨機(jī)設(shè)定控溫值。相對(duì)已有技術(shù)如PID調(diào)節(jié)電路，降低了成本，完全可以滿足一些特殊物質(zhì)如啤酒酒精度測(cè)定所要求的測(cè)溫條件。
以下結(jié)合附圖和一個(gè)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作更詳細(xì)的敘述。
附

圖1是高精度恒溫控制裝置外觀示意圖。
附圖2是高精度恒溫控制裝置控制電路方框圖；附圖3是傳感器橋路電路圖；附圖4是轉(zhuǎn)換電路示意圖及輸入輸出波形示意圖；附圖5是光隔器及加熱系統(tǒng)電路及相應(yīng)波形示意圖；附圖1是高精度恒溫控制裝置外觀示意圖。其中1－機(jī)箱；里面安裝有全部控制線路、加熱系統(tǒng)等線路板；2－恒溫槽，里面可以裝水或其它中性液體；3－恒溫槽口，往槽里灌注液體或放置其他被測(cè)物的口，有一個(gè)蓋可以將其蓋起來；4－機(jī)柜，里面裝有攪拌電機(jī)等，其面板上有數(shù)字溫度顯示器6，制冷加熱組合開關(guān)5；在機(jī)箱1的面板上有8－定值器粗調(diào)；7－定值器微調(diào)，用這兩個(gè)旋扭可以定值所需恒溫的值，定值的數(shù)值由數(shù)字溫度顯示器(6)顯示。9－預(yù)選開關(guān)；10－報(bào)警旋扭；12－控溫顯示。它是一個(gè)雙向發(fā)光二極管，顯示是否控溫；11－報(bào)警顯示，是一個(gè)發(fā)光二極管。
附圖2是高精度恒溫控制裝置的控制電路方框圖。其中2－附圖1中提到過的恒溫槽，13－半導(dǎo)體致冷器，是為了使恒溫槽在工作各點(diǎn)溫度一致；14－加熱絲，共有4組；15－半導(dǎo)體溫度傳感器；16－攪拌器；17－定置器；18－差分電路；19－數(shù)字溫度顯示器；20－直流放大電路；21－轉(zhuǎn)換電路；22－雙向發(fā)光二極管；23－光電隔離器；24－可控硅；25－預(yù)選開關(guān)；根據(jù)需要，首先確定需要恒溫的數(shù)值，由定置器(17)定出數(shù)值，這個(gè)數(shù)值的大小通過預(yù)選開關(guān)(25)可以由數(shù)字溫度顯示器(19)顯示出來。當(dāng)恒溫槽(2)的溫度與定置恒溫的數(shù)值相等時(shí)，由半導(dǎo)體傳感器(15)等組成的橋路，沒有信號(hào)輸出；當(dāng)恒溫槽(2)的溫度略有變動(dòng)時(shí)，橋路輸出就有微小的偏置，這個(gè)信號(hào)通過差分放大器(18)和直流放大器(20)以后，輸出一個(gè)電壓Vx，這個(gè)電壓經(jīng)過Vx(H／T)轉(zhuǎn)換電路(21)轉(zhuǎn)換成一個(gè)脈沖寬度取決于Vx大小的矩形脈沖波。這個(gè)脈沖波控制反向發(fā)光二極管(22)，發(fā)光二極管(22)的光信號(hào)通過光電隔離器(23)控制可控硅(24)的導(dǎo)通或截止；可控硅(24)的導(dǎo)通，就使得加熱絲(14)有加熱電流通過，從而給恒溫槽加熱，加熱絲(14)的導(dǎo)通時(shí)間是由轉(zhuǎn)換電路(21)輸出的脈沖寬度決定的。這樣，加熱絲的導(dǎo)通或關(guān)斷就可以使恒溫槽的溫度與預(yù)設(shè)定溫度一致，達(dá)到恒溫的目的。
附圖3，4，5，是對(duì)恒溫控制電路中關(guān)鍵電路的詳細(xì)描述。
附圖3是傳感器橋路電路圖。其中26－半導(dǎo)體傳感器Rt；27－固定電阻R1；29－固定電阻R2；30－設(shè)定器W1；31－設(shè)定器W2；半導(dǎo)體溫度傳感器Rt(26)與固定電阻R1(27)，R2(29)及設(shè)定器W1(30)，W2(31)組成橋路。設(shè)定器W1，W2是兩支精密線繞電位器。半導(dǎo)體傳感器置于恒溫槽中，其輸出的線性電壓可以顯示恒溫槽溫度。當(dāng)恒溫時(shí)橋路輸出信號(hào)為零，即預(yù)選定置器輸出電壓等于傳感器輸出電壓。定置器的輸出電壓是按照恒溫的溫度值確定的。預(yù)選開關(guān)(25)可以使數(shù)字溫度顯示器(19)或者顯示預(yù)選定置的恒溫溫度數(shù)值，或者顯示恒溫槽槽內(nèi)溫度的變化。
附圖4是轉(zhuǎn)換電路示意圖及輸入輸出波形示意圖。圖中33－三角波發(fā)生器；32－開環(huán)運(yùn)算比較放大器。轉(zhuǎn)換電路是由三角波發(fā)生器(33)和開環(huán)運(yùn)算比較放大器(32)組成。三角波發(fā)生器(33)產(chǎn)生三角波電壓VT，比較器將從直流放大器來的電壓Vx相比較，從而決定比較器的反轉(zhuǎn)。這樣就能得到一個(gè)周期(T)一定而脈寬(H)取決于Vx的輸出矩形波VO。本實(shí)用新型采用當(dāng)Vx＝＋1.5～－1.5V時(shí)，H／T＝0～1的設(shè)計(jì)，可知，輸出控制脈沖的占空系數(shù)H／T與直流放大器輸出的電壓Vx成反比。Vx大于1.5V時(shí)，(H／T)＝0；Vx小于－1.5時(shí)，(H／T)＝1， 當(dāng)Vx在1.5V～0時(shí)，(H／T)＝0～0.5，當(dāng)Vx在0～－1.5V時(shí)，(H／T)＝0.5～1；附圖5是光隔器及加熱系統(tǒng)電路及相應(yīng)波形示意圖。其中34，35－反向發(fā)光二極管；37－光隔電路；38－雙向可控硅，39－加熱絲組；40－加熱電路中的電容C；41－加熱電路中的電阻R，電容C和電阻R給可控硅提供一個(gè)導(dǎo)通電壓信號(hào)；36－接地二極管，它的作用使控制二極管顯示導(dǎo)通與否，當(dāng)從轉(zhuǎn)換電路輸出的矩形波VO為正時(shí)，光隔離電路中的發(fā)光二極管通電，就發(fā)出紅色光，這時(shí)，光電隔離電路中的光控三極管接收到紅光時(shí)就導(dǎo)通，它控制的雙向可控硅(38)就導(dǎo)通，加熱絲(39)就有電加熱；反之，如果從轉(zhuǎn)換電路輸出的矩形波VO為負(fù)時(shí)，發(fā)光二極管就斷電不亮，光電隔離電路中的三極管接收不到紅色，就截止，它控制的雙向可控硅(38)就斷電，加熱絲(39)就停止加熱。因此控制加熱時(shí)間的長(zhǎng)短，是根據(jù)溫度傳感器與定置器組成的橋路給出的信號(hào)，從而達(dá)到控溫的目的。這里的光電隔離電路有效地將加熱系統(tǒng)的220V電與控制電路隔離開了，使市電220V的波動(dòng)，干擾不能影響控制電路，對(duì)提高控溫精度起了重要作用。
權(quán)利要求1.一種高精度恒溫控制裝置其構(gòu)成有恒溫槽，機(jī)箱，機(jī)柜，機(jī)箱面板上有定置旋扭，預(yù)選開關(guān)，報(bào)警旋扭，報(bào)警器，機(jī)箱內(nèi)裝有恒溫控溫線路板，恒溫槽內(nèi)裝有加熱絲組，攪拌器，半導(dǎo)體致冷器，機(jī)柜面板上裝有數(shù)字溫度顯示器，加熱組合開關(guān)，其特征在于預(yù)選設(shè)定電路預(yù)設(shè)定的恒溫度值是通過數(shù)字溫度顯示器顯示，轉(zhuǎn)換電路是由一個(gè)三角波發(fā)生器和一個(gè)開環(huán)運(yùn)算比較放大器組成，在轉(zhuǎn)換電路和可控硅加熱系統(tǒng)電路之間有一個(gè)光電隔離電路。
2.如權(quán)利要求1所述的恒溫控制裝置，其特征在于數(shù)字溫度顯示器有一個(gè)預(yù)選器開關(guān)通過預(yù)選器開關(guān)直接顯示溫度傳感器測(cè)出的恒溫槽實(shí)際控溫的溫度值。
3.如權(quán)利要求1所述的恒溫控制裝置，其特征在于光電隔離電路是有一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)光控三極管組成，發(fā)光二極管與轉(zhuǎn)換電路的輸出端相連，光控三極管的輸出端接在雙向可控硅的控制極上。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種高精度恒溫控制裝置。其主要組成有恒溫槽，制冷系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)及控溫電路組成?？販仉娐凡捎昧藰蚴絺鞲芯€路，預(yù)選設(shè)定線路，轉(zhuǎn)換電路和光電隔離電路。預(yù)選溫度及恒溫槽溫度均通過數(shù)字溫度顯示器顯示。由于采用了強(qiáng)抗干擾的轉(zhuǎn)換線路，及光電隔離電路，控溫精度高達(dá)到±0.025℃，可控恒溫范圍廣，可達(dá)5～55℃。相對(duì)來說，線路簡(jiǎn)單，成本較低。
文檔編號(hào)G05D23/30GK2079320SQ9022406
公開日1991年6月19日 申請(qǐng)日期1990年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月27日
發(fā)明者劉春元, 張雁生, 席英超, 姚京波, 馮軍 申請(qǐng)人:北京光電設(shè)備廠