一種高精度的溫控電路

1、閱覽次數(shù)：423 作者：陳天平單位:【摘要】本文重點(diǎn)講述一種利用電阻電橋?qū)崿F(xiàn)的高精度溫度控制電路，采用不間斷電流方式，可以將溫度控制在 10.1c10.1c 范圍之內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)的溫度平衡?！娟P(guān)鍵字】電阻電橋運(yùn)算放大器功率放大鉗電阻開關(guān)電源現(xiàn)在的軍事、工業(yè)、商業(yè)中，溫度控制是一種最常見、最普通的應(yīng)用。但是在控溫精度要求不高的地方大多末級采用繼電器來控制，靠繼電器的吸合來實(shí)現(xiàn)的，其控制精度大約在土 0c0c 范圍之內(nèi)。即使隨著單片機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)的 PIDPID 調(diào)節(jié)，也只是對前一部分放大部分作一些處理，而末級仍舊采用繼電器實(shí)現(xiàn)的，但控溫精度有所提高，一般在 S.1Ci5CS.1Ci5C范圍之內(nèi)，

2、這在某些對溫度要求較高的方面是很難實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然，也有利用可控硅和電磁閥等來控制的，其精度稍高。隨著軍事、工業(yè)的發(fā)展，對許多高端產(chǎn)品的調(diào)試環(huán)境都有進(jìn)一步的要求，其環(huán)境溫度變化很小，有 4C4C、S.5CS.5C、W3CW3C、垃 2C2C、垃 1C1C 等，有的甚至要求更高。例如，石英撓性加速度計調(diào)試環(huán)境要求 55550.1C,0.1C,捷聯(lián)慣組的調(diào)試溫度要求 7010.1C7010.1C。顯然，靠繼電器來實(shí)現(xiàn)溫度控制是遠(yuǎn)不能滿足要求的。于是經(jīng)過多方面的搜集資料，并通過多方面的試驗(yàn)，我設(shè)計出一種利用大進(jìn)大出原理（即可以實(shí)現(xiàn)頻繁的熱交換）實(shí)現(xiàn)的一種不間斷電流的溫度控制系統(tǒng)。此種設(shè)計思想可以保證被加

3、熱體的內(nèi)外保持良好的熱交換，從而起到更好的控溫效果。溫度設(shè)定微調(diào)由圖可知，由加熱器和控溫鉗電阻構(gòu)成的熱-電微型電路構(gòu)成了閉環(huán)控制回路?？刂七^程一種高精度的溫控電路整體系統(tǒng)框圖如下：溫二電轉(zhuǎn)換器榜鉗電組加熱器線性放大則溫柏電阻電流驅(qū)動可以通過調(diào)整控溫電阻的大小來設(shè)定控制的溫度點(diǎn)。測溫鉗電阻用來測量被加熱環(huán)境的溫度。其中的微調(diào)是用來做微小的調(diào)整用的，在加溫過程中可能由于外界環(huán)境溫度的變化會引起控制溫度點(diǎn)的偏差，此時可以通過調(diào)整微調(diào)來實(shí)現(xiàn)控溫的準(zhǔn)確性，此時若不做微調(diào)能會使溫度控制在非設(shè)定的溫度點(diǎn)，但控溫精度不會改變，只是控溫點(diǎn)有所變化。在電路圖中 Vcc0Vcc0 是一個要求有高的穩(wěn)定性的電源，它在

4、某一時期的穩(wěn)定性應(yīng)要求比較高。Vcc1Vcc1 是 T1T1、T2T2 工作所需用的工作電壓。電路由 R2R2、R3R3、RcRc、RtRt 構(gòu)成電阻電橋，其中 RcRc 為控制控溫點(diǎn)的電阻，RtRt 為控溫鉗電阻，T3T3 是大功率調(diào)整管。其中 R2R2、R3R3、R6R6、R7R7、R8R8 應(yīng)選用精度較高的金膜電阻，其精度要求 0.10.10.01%,0.01%,在調(diào)試中定。T1T1、T2T2 應(yīng)選則放大倍數(shù)匹配的晶體管以便構(gòu)成功率符合管。控制部分電路圖吐券T似。RtUt-VccORS+RtT-R3Rc-R2RtUab=；VccO(R2+Rc)(R3+Rt)一般取R2=R3=R,(Rc-

5、Rt)RUab=-當(dāng)調(diào)試環(huán)境溫度與設(shè)置的溫度點(diǎn)相差較大時（一般時由低溫到高溫的升溫），UabUab 輸出的(R+Rt)(R+Rc)控溫原理：其中就較大，此時通過運(yùn)放放大后輸出的 UeUe 較大，然后在通過由 T1T1 和 T2T2 組成的復(fù)合功率放大電路輸出一個電壓值 Ug,Ug,靠 UgUg 驅(qū)動電流調(diào)整管 T3,T3,此時在加熱器上有較大的電流通過，加熱效果明顯。隨著溫度的升高，當(dāng)調(diào)試環(huán)境溫度與設(shè)置的溫度點(diǎn)差值的減小，UabUab 產(chǎn)生的壓差也逐漸減小，此時通過加熱器的電流變小。當(dāng)環(huán)境溫度與設(shè)定的溫度點(diǎn)相等時，此時 UabUab 最小，但不為 0,0,就靠此較小的壓差使得通過加熱器的電流保

6、持在某一穩(wěn)定的范圍之內(nèi)。此時有可能出現(xiàn)環(huán)境溫度稍高于設(shè)定的溫度，這沒關(guān)系，只是一個緩沖，當(dāng)系統(tǒng)恒定后，此種情況即可消失，溫度又回到設(shè)定的溫度。當(dāng)然，對于這種要求高精度的溫度控制系統(tǒng)，如果加溫環(huán)境過大，那無疑給控溫效果帶來一定的困難，只有加溫環(huán)境相對較小時才容易達(dá)到要求。當(dāng)然，加溫環(huán)境及被加溫容器的結(jié)構(gòu)與控溫效果有直接的關(guān)系，加熱器的功率及所要控制的被加熱的環(huán)境溫度的范圍及加溫電源的選擇都直接影響控制效果，在這方面也應(yīng)該仔細(xì)思考、設(shè)計。設(shè)計中還應(yīng)該考慮：1 1 . .采用什么型號的鉗電阻？鉗電阻應(yīng)該選用的線性系數(shù)大??？以及采用的是正溫度系數(shù)還是負(fù)溫度系數(shù)？2 2 . .是否采用三線式的鉗電阻連接

7、方式？三線式可以減少因被加溫環(huán)境與控制儀器相距較遠(yuǎn)的問題。當(dāng)距離較近是看控溫的精度是否采用三線式。3 3 . .加溫電源是采用開關(guān)電源還是什么電源？開關(guān)電源是一種新型的、精度和功率都比較高的電源，利用開關(guān)電源可以減少整機(jī)的重量，避免了大功率工頻變壓器，從而提高產(chǎn)品電磁兼容性，并保證產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。4 4 . .調(diào)整管用什么型號的？調(diào)整管的功率直接影響控溫效果，如果功率過小，溫度一直加不上去，甚至?xí)龎墓β使芎碗娐返哪承┰? 5 . .運(yùn)放用什么型號的？運(yùn)放應(yīng)采用高增益、低溫漂的運(yùn)放。6 6 . .測溫部分應(yīng)保證其測量精度。否則無法識別控溫的效果。小結(jié)：控溫的精度主要取決于鉗電阻和運(yùn)放的性能的可靠性，鉗電阻隨溫度變化的大小使得產(chǎn)生的壓差大小和運(yùn)放的放大倍數(shù)直接影響后級的驅(qū)動電流是否能夠驅(qū)動電流調(diào)整管?？刂频臏囟确秶饕c電阻電橋橋臂上的控制電阻有關(guān)系。當(dāng)然，還要求加溫環(huán)境的外部環(huán)境的溫度不能有較大的浮動。【參考資料】1 1 .電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計原理華北航天工業(yè)學(xué)院曹白楊主編2 2 .測控電路機(jī)械工業(yè)出版社天津大學(xué)張國雄金篆芷主編3 3 .集成電子線