专利名称：高精度恒温控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高精度恒温装置，特别是高精度控制使用水或其他中性液体的恒温浴槽或恒温液浴器。
目前使用的高精度恒温控制电路，经常使用的是PID控制电路方式。控制低一些精度的往往是采用两位或三位控制电路方式。PID控制电路，由于积分规律的特点，如果有一个外来干扰信号，输出将停留在新的位置而不回复原位，即PID电路的抗干扰能力有不足之处，而且电路本身，也有互相干扰的问题。这些问题的存在，使得PID电路达到很高的控制精度较为困难。为克服这些困难，就需使用比较复杂而成本较高的电路。同时，PID电路的参数调节不是随机的，如果要使控温范围很大，精度又高，就非常困难。虽然为了使PID电路调节随机化，可以使用微机，但这样就使PID控制的成本大大提高。采用两位或三位式调节，虽然电路较为简单，成本较低，但要达到高精度是不可能的。
本实用新型的目的就是提供一种抗干扰性强、控制温度范围很大，控制精度很高，而与现有高精度恒温控制电路相比又价格低，电路简单的高精度恒温控制装置。本实用新型的控温精度为±0.025℃，(实际上其控温精度可以更高)控温范围为5～55℃之间，可以通过预选定置器任意选定。
本实用新型是这样实现的选用稳定性高、线性、重复性好的半导体温度传感器作为传感器元件。由传感元件及电阻、设定器(精密电线绕电位置)组成桥路。设定器按预定恒温的数值设定温度并可通过一个转换开关将所设定恒温的温度值由数字温度显示器予以显示。如果温度传感器所测温度恰好是设定温度数值时，桥路输出为零；如所测温度数值偏离恒温设定数值时，则桥路输出一个与温度变化成线性的信号电压。这个信号经差分放大电路和两级直流放大进入一个转换电路，经过转换电路以后，输出的就是一个频率一定、脉冲宽度与输入信号成反比的矩形脉冲信号。使用这个矩形脉冲通过光电隔离器去控制可控硅的完全导通或完全截止。而可控硅是串接在恒温加热系统中的。从而达到对温度的控制。由于使用高稳定性的温度传感元件和桥式传感器线路，同时采用抗噪声、低零漂、高输入阻抗(达109Ω)的场效应管组成的差分电路，避免了控制电路对桥式传感线路的影响。又采取了差分电路、桥路单独供电、使用精密稳压器供给桥路电源，从而抑制了电源波动和室温变化对前置级特别是桥路的影响。这一系列措施对保证控温精度起了关键的作用。转换电路则是当桥路、差分电路或直流放大器有干扰输入时，转换电路有一些变化，但一旦干扰消除，转换电路能自动回到原位，因此加强了整个电路的抗干扰能力。光电隔离器起的作用是隔断了控温加热系统对控温电路的干扰。同时，由于使用光隔器，可控硅被控全通导或全截止，而通导、截止周期的变化是根据温度传感器提供的温度变化信号以及按照被控温装置的热惯性的大小所确定的三角波频率的大小。这样，就可以大大扩大可控温度的范围，并且适用于不同热惯性恒温装置的温度控制。本实用新型控温范围达5～55℃；为了保证恒温槽在工作各点温度一致，采用了恒稳的半导体致冷降温。
本实用新型提供的高精度恒温控制装置，由于采用了一系列简单但却极有效的电路，使控温精度达到±0.025℃；由于采用了特殊的转换电路和光电隔离器，大大提高了抗干扰能力，并且使控温范围很大，达到5～55℃，可随机设定控温值。相对已有技术如PID调节电路，降低了成本，完全可以满足一些特殊物质如啤酒酒精度测定所要求的测温条件。
以下结合附图和一个实施例对本实用新型作更详细的叙述。
附
图1是高精度恒温控制装置外观示意图。
附图2是高精度恒温控制装置控制电路方框图；附图3是传感器桥路电路图；附图4是转换电路示意图及输入输出波形示意图；附图5是光隔器及加热系统电路及相应波形示意图；附图1是高精度恒温控制装置外观示意图。其中1－机箱；里面安装有全部控制线路、加热系统等线路板；2－恒温槽，里面可以装水或其它中性液体；3－恒温槽口，往槽里灌注液体或放置其他被测物的口，有一个盖可以将其盖起来；4－机柜，里面装有搅拌电机等，其面板上有数字温度显示器6，制冷加热组合开关5；在机箱1的面板上有8－定值器粗调；7－定值器微调，用这两个旋扭可以定值所需恒温的值，定值的数值由数字温度显示器(6)显示。9－预选开关；10－报警旋扭；12－控温显示。它是一个双向发光二极管，显示是否控温；11－报警显示，是一个发光二极管。
附图2是高精度恒温控制装置的控制电路方框图。其中2－附图1中提到过的恒温槽，13－半导体致冷器，是为了使恒温槽在工作各点温度一致；14－加热丝，共有4组；15－半导体温度传感器；16－搅拌器；17－定置器；18－差分电路；19－数字温度显示器；20－直流放大电路；21－转换电路；22－双向发光二极管；23－光电隔离器；24－可控硅；25－预选开关；根据需要，首先确定需要恒温的数值，由定置器(17)定出数值，这个数值的大小通过预选开关(25)可以由数字温度显示器(19)显示出来。当恒温槽(2)的温度与定置恒温的数值相等时，由半导体传感器(15)等组成的桥路，没有信号输出；当恒温槽(2)的温度略有变动时，桥路输出就有微小的偏置，这个信号通过差分放大器(18)和直流放大器(20)以后，输出一个电压Vx，这个电压经过Vx(H／T)转换电路(21)转换成一个脉冲宽度取决于Vx大小的矩形脉冲波。这个脉冲波控制反向发光二极管(22)，发光二极管(22)的光信号通过光电隔离器(23)控制可控硅(24)的导通或截止；可控硅(24)的导通，就使得加热丝(14)有加热电流通过，从而给恒温槽加热，加热丝(14)的导通时间是由转换电路(21)输出的脉冲宽度决定的。这样，加热丝的导通或关断就可以使恒温槽的温度与预设定温度一致，达到恒温的目的。
附图3，4，5，是对恒温控制电路中关键电路的详细描述。
附图3是传感器桥路电路图。其中26－半导体传感器Rt；27－固定电阻R1；29－固定电阻R2；30－设定器W1；31－设定器W2；半导体温度传感器Rt(26)与固定电阻R1(27)，R2(29)及设定器W1(30)，W2(31)组成桥路。设定器W1，W2是两支精密线绕电位器。半导体传感器置于恒温槽中，其输出的线性电压可以显示恒温槽温度。当恒温时桥路输出信号为零，即预选定置器输出电压等于传感器输出电压。定置器的输出电压是按照恒温的温度值确定的。预选开关(25)可以使数字温度显示器(19)或者显示预选定置的恒温温度数值，或者显示恒温槽槽内温度的变化。
附图4是转换电路示意图及输入输出波形示意图。图中33－三角波发生器；32－开环运算比较放大器。转换电路是由三角波发生器(33)和开环运算比较放大器(32)组成。三角波发生器(33)产生三角波电压VT，比较器将从直流放大器来的电压Vx相比较，从而决定比较器的反转。这样就能得到一个周期(T)一定而脉宽(H)取决于Vx的输出矩形波VO。本实用新型采用当Vx＝＋1.5～－1.5V时，H／T＝0～1的设计，可知，输出控制脉冲的占空系数H／T与直流放大器输出的电压Vx成反比。Vx大于1.5V时，(H／T)＝0；Vx小于－1.5时，(H／T)＝1， 当Vx在1.5V～0时，(H／T)＝0～0.5，当Vx在0～－1.5V时，(H／T)＝0.5～1；附图5是光隔器及加热系统电路及相应波形示意图。其中34，35－反向发光二极管；37－光隔电路；38－双向可控硅，39－加热丝组；40－加热电路中的电容C；41－加热电路中的电阻R，电容C和电阻R给可控硅提供一个导通电压信号；36－接地二极管，它的作用使控制二极管显示导通与否，当从转换电路输出的矩形波VO为正时，光隔离电路中的发光二极管通电，就发出红色光，这时，光电隔离电路中的光控三极管接收到红光时就导通，它控制的双向可控硅(38)就导通，加热丝(39)就有电加热；反之，如果从转换电路输出的矩形波VO为负时，发光二极管就断电不亮，光电隔离电路中的三极管接收不到红色，就截止，它控制的双向可控硅(38)就断电，加热丝(39)就停止加热。因此控制加热时间的长短，是根据温度传感器与定置器组成的桥路给出的信号，从而达到控温的目的。这里的光电隔离电路有效地将加热系统的220V电与控制电路隔离开了，使市电220V的波动，干扰不能影响控制电路，对提高控温精度起了重要作用。
权利要求1.一种高精度恒温控制装置其构成有恒温槽，机箱，机柜，机箱面板上有定置旋扭，预选开关，报警旋扭，报警器，机箱内装有恒温控温线路板，恒温槽内装有加热丝组，搅拌器，半导体致冷器，机柜面板上装有数字温度显示器，加热组合开关，其特征在于预选设定电路预设定的恒温度值是通过数字温度显示器显示，转换电路是由一个三角波发生器和一个开环运算比较放大器组成，在转换电路和可控硅加热系统电路之间有一个光电隔离电路。
2.如权利要求1所述的恒温控制装置，其特征在于数字温度显示器有一个预选器开关通过预选器开关直接显示温度传感器测出的恒温槽实际控温的温度值。
3.如权利要求1所述的恒温控制装置，其特征在于光电隔离电路是有一个发光二极管和一个光控三极管组成，发光二极管与转换电路的输出端相连，光控三极管的输出端接在双向可控硅的控制极上。
专利摘要本实用新型提供一种高精度恒温控制装置。其主要组成有恒温槽，制冷系统，加热系统及控温电路组成。控温电路采用了桥式传感线路，预选设定线路，转换电路和光电隔离电路。预选温度及恒温槽温度均通过数字温度显示器显示。由于采用了强抗干扰的转换线路，及光电隔离电路，控温精度高达到±0.025℃，可控恒温范围广，可达5～55℃。相对来说，线路简单，成本较低。
文档编号G05D23/30GK2079320SQ9022406
公开日1991年6月19日 申请日期1990年11月27日 优先权日1990年11月27日
发明者刘春元, 张雁生, 席英超, 姚京波, 冯军 申请人:北京光电设备厂