溫度控制電路設計分析—電路圖天天讀（272）

　　一、可調上下限的溫度控制電路圖

　　在工業生產過程中往往要使溫度控制在一定范圍內。

　　若設其上限溫度為TH、下限溫度為TL，則溫度控制在TH與TL之間，如圖1所示。若溫度超過TH，則需要冷卻降溫；若溫度低于TL，測需加熱升溫。

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

　　1.1 TTS-202簡介

　　TTS-202是一種可連續調整控制溫度（閾值溫度）的溫度開關，也是一種特殊的單向可控硅。與一般單向可控硅不同的是，它無需觸發電流而導通，而受溫度控制：當溫度低于閾值溫度時，溫度開關關斷；達到或超過闞值溫度時，溫度開關導通。與一般單向可控硅相同的是，一旦導通后，即使溫度降到閾值溫度以下，它也不斷開，只有導通電流降到維持電流以下時才關斷。

　　TTS-202為T0一92封裝，其管腳排列及典型應用電路如圖2所示。圖中RGA是調整閾值溫度的電阻，若采用電位器則其闞值溫度連續可調；CGA為防止干擾而設的電容，RL為負載電阻。當溫度低于閾值溫度時，邢-202截止，Va輸出低電平；當溫度達到或超過閾值溫度時，TTS_202導通，Vo輸出高電平。

　　TTS-202閾值溫度范圍10～100℃，可用RGA為470kΩ電位器來調整，電阻值越大，閾值溫度越低。由于TTS_202在生產中有一定的離散性，在同樣的RGA下，其闋值溫度有一定的差別，所以在應用時要適當地調整。

　　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成。

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

　　SA溫度開關為上限溫度開關、SB為下限溫度開關，分別由RP1、RP2來設定（調整）其閾值溫度。Ⅰ、Ⅱ為兩輸出端，輸出高電平或低電平來控制加熱或冷卻裝置。

　　設TH為上限溫度、TL為下限溫度，Ta為實測溫度，則在不同溫度時，SA、SB的輸出及Ⅰ、Ⅱ的輸出電平狀態如下表所示。

　?、窦阿虻妮敵隹膳c工作電壓為5v的單片機I/O口直接接口，由單片機輸出來控制加熱或冷卻裝置。

　?、窦阿虻妮敵鲆部梢越浝^電器或光電耦合器來控制加熱器或制冷器，如圖4及圖5所示。在圖4中，當I輸出為高電平時，高電平（約5V）向電容c充電，當達到一定電壓時，三極管V導通，繼電器吸合，其觸頭可控制制冷器或冷水冷卻電磁閥門等。在電路中電容C的目的是防止溫度在閾值附近變化時，使繼電器產生頻繁的通斷。

　　圖4的電路接Ⅱ的輸出時，當Ⅱ輸出高電平時，繼電器吸合，利用其常開觸頭來控制蒸氣加熱電磁閥門或接通接觸器，由市電通過加熱器來加熱。

　　在圖5中，當I輸出高電平時，V導通，光電耦合器MOC3020中的LED亮，使內部光控可控硅觸發導通，相繼外接雙向可控硅BCR導通，負載R；得電。圖中R為限流電阻，其阻值與VCC有關，可用下式估算：

　　R（kΩ）=（Vcc-1.2V）／10mA若接Ⅱ輸出時，必要時圖5中的10kΩ電阻可根據V的放大倍數作適當的調整。

　　
圖1

　　1.3 調整方法

　　在實際使用中，SA、SB兩只TTS-202應做成溫度探頭，即用適當長度的軟導線焊接TTS-202的A、K、G極，并將焊接部分相互絕緣，外面用環氧樹脂固封，防止在液體中電極之間因絕緣不良而造成故障。三根軟導線外用屏蔽套套起來并接地則更好。

　　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℃的溫度計來檢測溫度。當溫度達到TL時，調SB的RP2，使SB輸出由低電平剛變成高電平；當溫度達到TH時，調SA的RPI，使SA輸出由低電平剛變成高電平。這樣反復調整兩次即可。

　　
圖2

　　二、簡易實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、溫度檢測元件、信號放大、比例積分、電壓比較、移相觸發控制繼電器、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3 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電路產生可變周期的脈沖以觸發固態繼 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。

　　2.2 各分電路設計

　　2.1. 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 和自由端環境溫度影響，所以測量中需要加補償信號消除環境溫度變化對溫度測量的影響。具體電路如圖3所示。

　　圖5 信號放大及溫度補償電路

　　編輯點評：本文介紹了兩款溫度控制電路，模擬溫控電路與數字電路相比，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。
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