溫度控制電路設(shè)計(jì)分析—電路圖天天讀（272）

一、可調(diào)上下限的溫度控制電路圖

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中往往要使溫度控制在一定范圍內(nèi)。

若設(shè)其上限溫度為T(mén)H、下限溫度為T(mén)L，則溫度控制在TH與TL之間，如圖1所示。若溫度超過(guò)TH，則需要冷卻降溫；若溫度低于TL，測(cè)需加熱升溫。

本文介紹采用新型溫度開(kāi)關(guān)（TTS-202）組成的上下限溫控電路。它的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單可靠；上下限溫度何任意設(shè)定（上限溫度最大值為100℃，下限溫度最小值為10℃）；閾值溫度重復(fù)精度高，其典型值為±0.5℃。

1.1 TTS-202簡(jiǎn)介

TTS-202是一種可連續(xù)調(diào)整控制溫度（閾值溫度）的溫度開(kāi)關(guān)，也是一種特殊的單向可控硅。與一般單向可控硅不同的是，它無(wú)需觸發(fā)電流而導(dǎo)通，而受溫度控制：當(dāng)溫度低于閾值溫度時(shí)，溫度開(kāi)關(guān)關(guān)斷；達(dá)到或超過(guò)闞值溫度時(shí)，溫度開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。與一般單向可控硅相同的是，一旦導(dǎo)通后，即使溫度降到閾值溫度以下，它也不斷開(kāi)，只有導(dǎo)通電流降到維持電流以下時(shí)才關(guān)斷。

TTS-202為T(mén)0一92封裝，其管腳排列及典型應(yīng)用電路如圖2所示。圖中RGA是調(diào)整閾值溫度的電阻，若采用電位器則其闞值溫度連續(xù)可調(diào)；CGA為防止干擾而設(shè)的電容，RL為負(fù)載電阻。當(dāng)溫度低于閾值溫度時(shí)，邢-202截止，Va輸出低電平；當(dāng)溫度達(dá)到或超過(guò)閾值溫度時(shí)，TTS_202導(dǎo)通，Vo輸出高電平。

TTS-202閾值溫度范圍10～100℃，可用RGA為470kΩ電位器來(lái)調(diào)整，電阻值越大，閾值溫度越低。由于TTS_202在生產(chǎn)中有一定的離散性，在同樣的RGA下，其闋值溫度有一定的差別，所以在應(yīng)用時(shí)要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。

1.2 電路工作原理

上下限溫控電路如圖3所示。它由1/24011（A和B）及阻容組成的多諧振蕩器、兩個(gè)TTS_202組成的上限、下限閾值溫度控制器及另一半4011（C和D）及V等組成的輸出電路部分構(gòu)成。

采用1/24011的A及B組成的振蕩器輸出方波作為兩個(gè)TTS_202的電源，其目的是使溫度開(kāi)關(guān)在降到閾值溫度后可關(guān)斷。

SA溫度開(kāi)關(guān)為上限溫度開(kāi)關(guān)、SB為下限溫度開(kāi)關(guān)，分別由RP1、RP2來(lái)設(shè)定（調(diào)整）其閾值溫度。Ⅰ、Ⅱ?yàn)閮奢敵龆?，輸出高電平或低電平?lái)控制加熱或冷卻裝置。

設(shè)TH為上限溫度、TL為下限溫度，Ta為實(shí)測(cè)溫度，則在不同溫度時(shí)，SA、SB的輸出及Ⅰ、Ⅱ的輸出電平狀態(tài)如下表所示。

Ⅰ及Ⅱ的輸出可與工作電壓為5v的單片機(jī)I/O口直接接口，由單片機(jī)輸出來(lái)控制加熱或冷卻裝置。

Ⅰ及Ⅱ的輸出也可以經(jīng)繼電器或光電耦合器來(lái)控制加熱器或制冷器，如圖4及圖5所示。在圖4中，當(dāng)I輸出為高電平時(shí)，高電平（約5V）向電容c充電，當(dāng)達(dá)到一定電壓時(shí)，三極管V導(dǎo)通，繼電器吸合，其觸頭可控制制冷器或冷水冷卻電磁閥門(mén)等。在電路中電容C的目的是防止溫度在閾值附近變化時(shí)，使繼電器產(chǎn)生頻繁的通斷。

圖4的電路接Ⅱ的輸出時(shí)，當(dāng)Ⅱ輸出高電平時(shí)，繼電器吸合，利用其常開(kāi)觸頭來(lái)控制蒸氣加熱電磁閥門(mén)或接通接觸器，由市電通過(guò)加熱器來(lái)加熱。

在圖5中，當(dāng)I輸出高電平時(shí)，V導(dǎo)通，光電耦合器MOC3020中的LED亮，使內(nèi)部光控可控硅觸發(fā)導(dǎo)通，相繼外接雙向可控硅BCR導(dǎo)通，負(fù)載R；得電。圖中R為限流電阻，其阻值與VCC有關(guān)，可用下式估算：

R（kΩ）=（Vcc-1.2V）／10mA若接Ⅱ輸出時(shí)，必要時(shí)圖5中的10kΩ電阻可根據(jù)V的放大倍數(shù)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

圖1

1.3 調(diào)整方法

在實(shí)際使用中，SA、SB兩只TTS-202應(yīng)做成溫度探頭，即用適當(dāng)長(zhǎng)度的軟導(dǎo)線焊接TTS-202的A、K、G極，并將焊接部分相互絕緣，外面用環(huán)氧樹(shù)脂固封，防止在液體中電極之間因絕緣不良而造成故障。三根軟導(dǎo)線外用屏蔽套套起來(lái)并接地則更好。

將SA、SB做成的探頭放在被控制的容器中，并在探頭旁放一支精度為0.1℃的溫度計(jì)來(lái)檢測(cè)溫度。當(dāng)溫度達(dá)到TL時(shí)，調(diào)SB的RP2，使SB輸出由低電平剛變成高電平；當(dāng)溫度達(dá)到TH時(shí)，調(diào)SA的RPI，使SA輸出由低電平剛變成高電平。這樣反復(fù)調(diào)整兩次即可。

圖2

二、簡(jiǎn)易實(shí)用模擬溫控電路原理

2.1 溫控總電路組成

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

圖3 溫控系統(tǒng)電路組成圖

由 溫度檢測(cè)元件可以檢測(cè)到溫度值信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后輸送至比例積分電路并與溫度設(shè)定電壓比較，比較結(jié)果輸送至相觸發(fā)電路產(chǎn)生可變周期的脈沖以觸發(fā)固態(tài)繼 電器中可控硅導(dǎo)通角，從而可控制加熱裝置的加熱功率，達(dá)到控制溫度的目的。溫度補(bǔ)償電路減少室溫對(duì)溫度測(cè)量準(zhǔn)確度的影響；超溫保護(hù)電路可以保證在加熱溫度 超過(guò)設(shè)定值時(shí)，裝置停止加熱，起到保護(hù)設(shè)備的作用。

2.2 各分電路設(shè)計(jì)

2.1. 1 電源電路

溫控電路中需要直流電壓的器件為運(yùn)算放大器及電子信息顯示模塊。該電壓由220V交流電壓經(jīng)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4 電源電路圖

2．3 輸入溫度信號(hào)放大及溫度補(bǔ)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(lái)采集溫度信號(hào)，溫度信號(hào)為mV級(jí)，實(shí)際測(cè)量時(shí)需經(jīng)過(guò)放大處理。熱電偶測(cè)量溫度信號(hào)受工作端溫度 和自由端環(huán)境溫度影響，所以測(cè)量中需要加補(bǔ)償信號(hào)消除環(huán)境溫度變化對(duì)溫度測(cè)量的影響。具體電路如圖3所示。

圖5 信號(hào)放大及溫度補(bǔ)償電路

編輯點(diǎn)評(píng)：本文介紹了兩款溫度控制電路，模擬溫控電路與數(shù)字電路相比，其設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過(guò)程更為簡(jiǎn)便，所以采用簡(jiǎn)易實(shí)用的模擬電路實(shí)現(xiàn)溫控電路的設(shè)計(jì)。
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