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、農業、醫療等行業的儀器設備中，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 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電路產生可變周期脈沖以觸發固態繼電器。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壓器及穩壓二極管，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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