簡易實用模擬溫控電路設計方案

　　溫度控制系統被廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療等行業(yè)的儀器設備中，目前應用最多的是單片機或微機系統設計的溫度控制系統。系統硬件部分由輸人輸出接口、中央處理單元、A/D轉換、定時計數等集成模塊組成，系統軟件部分需要用運算量大的PID算法編程實現，整套控制系統設計及實現較為復雜和繁瑣。由分立元件組成的模擬型電路信號輸入、放大、運算及控制輸出都由硬件電路完成，不需要軟件設計。與數字電路相比，其設計及實現過程更為簡便，所以采用簡易實用的模擬電路實現溫控電路的設計。

　　1 溫控總電路組成

　　溫控電路主要由電源部分、溫度檢測元件、信號放大、比例積分、電壓比較、移相觸發(fā)控制繼電器、超溫保護、加熱爐和LED顯示幾部分組成，其電路結構如圖1所示。

　　圖1 溫控系統電路組成圖

　　由溫度檢測元件可以檢測到溫度值信號，該信號經過放大后輸送至比例積分電路并與溫度設定電壓比較，比較結果輸送至相觸發(fā)電路產生可變周期的脈沖以觸發(fā)固態(tài)繼電器中可控硅導通角，從而可控制加熱裝置的加熱功率，達到控制溫度的目的。溫度補償電路減少室溫對溫度測量準確度的影響;超溫保護電路可以保證在加熱溫度超過設定值時，裝置停止加熱，起到保護設備的作用。

　　2 各分電路設計

　　2.1 電源電路

　　溫控電路中需要直流電壓的器件為運算放大器及電子信息顯示模塊。該電壓由220V交流電壓經整流濾波后加。至三端穩(wěn)壓器輸出得到。其電路如圖2所示。

　　圖2 電源電路圖

　　2.2 輸入溫度信號放大及溫度補償電路

　　用感溫元件鎳硌一鎳鉻K型熱電偶作溫度傳感器來采集溫度信號，溫度信號為mV級，實際測量時需經過放大處理。熱電偶測量溫度信號受工作端溫度 和自由端環(huán)境溫度影響，所以測量中需要加補償信號消除環(huán)境溫度變化對溫度測量的影響。具體電路如圖3所示。

　　圖3 信號放大及溫度補償電路

　　2.3 超溫保護電路

　　以將功率為60 w將加熱裝置加熱至750℃為例，圖3中溫度信號經過放大100倍后加到比例積分電路并與溫度設定電壓比較，比較結果輸送相觸發(fā)電路產生可變周期脈沖以觸發(fā)固態(tài)繼電器。為避免加熱溫 度過高設置超溫保護電路，在溫度過高時切斷加熱電壓。具體電路如圖4所示。

　　圖4 比例積分、電壓比較、移相觸發(fā)及超溫保護電路

　　3 設計驗證

　　3.1 電源電路驗證

　　圖2設計220 V交流電壓經變壓器變壓至整流橋T1、T2,整流為直流電壓，直流電壓經電容濾波后輸入三端穩(wěn)壓器及穩(wěn)壓二極管，輸出±12 V、±6 V及5 V電壓。±12 V電壓為運算放大器工作電壓;±6 V為偏置電壓;5 V電壓供LED顯示用。其測量值表1所示。

　　從測試結果來看，實測電壓與設計電壓絕對誤差在±0.1 V之間，完全滿足電路工作需要。

　　3.2 溫度信號放大及溫度補償電路驗證

　　圖3是一個差分放大電路，放大器采用ICL7650,反饋網絡電阻比R11/R8為100,即溫度毫伏電壓信號被放大100倍。輸入溫度電壓毫伏信號為TC+與TC一端電壓差，TC一端R:為一負溫度系數熱敏電阻，當工作端溫度變化，熱電偶產生的熱電勢也將變化，而此時熱敏電阻阻值也將減少并使TC一端電壓的電壓也發(fā)生變化。這樣總的差分輸人信號隨溫度變化被抵消。如果參數選擇合適可消除自由端溫度變化對熱電偶溫度測量的影響。

　　圖中CT取自放大以后的溫度毫伏信號，通過改變R13與R14及W2比例可取適當電壓信號與溫度值對應，該電壓信號接至3位半LED顯示表可顯示測量溫度值。

　　表2為溫度采集模塊輸出測試數據，由國標K型熱電偶與電勢對應關系表可得到熱電偶理論輸出電勢，實驗測試在不同室溫及測量溫度時，溫度采集模塊輸出端實測電壓是否符合設計要求。由測試數據 來看，通過溫度采集模塊，被測溫度電勢信號經過室溫補償后，被準確放大100倍。

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