专利名称：热电偶参比端0℃恒温器的制作方法
技术领域：
本实用新型是有关温度计量仪器，尤指一种由单片计算机控制的半导体致冷式热电偶参比端0℃恒温器。
一个典型的现有技术是，由本人设计，云南仪表厂已批量生产了十多年的热电偶参比端0℃恒温器，它的温度控制系统是采用模拟电子线路的常规PI控制器，控制晶闸管整流器的导通角，以调节半导体致冷器的工作电流而实现的。参阅杂志《自动化仪表》1985年第8期，第20页。这种装置的温度控制系统，<1>由于采用的铂电阻温度传感器及其它元器件的老化，经长期使用后，其参数会产生漂移，致使被控温度产生偏移；<2>功率放大器由晶闸管可控全波整流电路组成，使半导体致冷器工作电流的纹波系数较大，致冷效率较低，且工频变压器比较笨重；<3>由硬件实现的常规PI控制，其比例系数和积分时间常数是固定的，难于获得理想的控制品质；<4>采用水冷却的一级半导体致冷，使用不方便。
本实用新型的目的，在于设计一种能克服上述缺点，由单片计算机系统实现数字智能控制温度的热电偶参比端0℃恒温器。
本实用新型是这样实现的，由温度控制系统、恒温体和热电偶参比端接点装置等组成的热电偶参比端0℃恒温器中，温度控制系统是由数字智能控温系统构成的，而数字智能控温系统可以是由测温石英晶体振荡器、单片计算机系统、功率放大器和半导体致冷器等部分组成的。单片计算机系统对恒温体的温度进行检测和控制，其控制方法和控制规律是由智能软件实现的。
本实用新型中的温度传感器可以是测温石英晶体，由测温石英晶体振荡器，把温度信号转换为频率信号。
本实用新型中单片计算机可以与数模转换器相连，而数模转换器的输出接至功率放大器的输入端。
本实用新型中的功率放大器可以由一个可控恒流源电路实现，也可以是其它直流功率放大器。
本实用新型中的半导体致冷器可以是风冷式二级半导体致冷，其热端与散热器相连，冷端与恒温体接合。
本实用新型中的单片计算机还可以通过接口电路与温度数字显示器相连。
上述热电偶参比端0℃恒温器的基本工作原理如下
当被控对象恒温体的温度偏离0℃时，安装在其内部的测温石英晶体的谐振频率发生变化，使测温晶体振荡器的振荡频率发生变化，单片计算机检测到频率变化信号后，根据偏差信号的大小及其变化速率等参数，由智能控温程序进行处理，换算成相应的数字控制信号，输出给数模转换器转换成模拟控制信号，再经功率放大后，控制半导体致冷器的工作电流，实现对恒温体的温度控制，使其稳定在0℃上。
本实用新型采用石英晶体作为温度传感器，由于其具有极高的稳定性和极高的测温灵敏度，既减小了被控温度可能产生的漂移，又提供了进行高精度控温的可能性。由单片计算机系统组成的温度控制器，数据处理和控制规律都是由智能软件实现的，不会受元件参数漂移的影响，又可以实现变参数智能控制，获得理想的控制品质。同时，采用开关电源和功率放大器进行直流平滑调节，减小了半导体致冷器工作电流的纹波系数，从而提高了半导体致冷器的致冷效率，且省去了笨重的工频变压器。
图1所示为本实用新型的热电偶参比端0℃恒温器的原理框图。
图2所示为本实用新型中的测温石英晶体振荡器、恒频石英晶体振荡器、混频电路及放大整形电路的原理电路图。
图3所示为本实用新型中的单片计算机系统和功率放大器的原理电路图。
图4所示为本实用新型中的控温程序流程图。
图1所示是本实用新型的热电偶参比端0℃恒温器的优选实施例的原理框图。图2、图3所示为本实用新型的优选实施侧中的数字控温系统的有关电路原理图。
图2所示电路中，测温石英晶体CL1与晶体管N1，电阻R6、R8、R10、R13及电容C2、C3组成一个典型的晶体振荡器电路，其振荡频率随晶体CL1的温度变化而变化，而晶体CL2是放在被控对象恒温体内的，因此，测温晶体振荡器振荡频率的变化直接反映恒温体内的温度变化，其灵敏度约为1000HZ/℃。石英晶体CL2与晶体管N2，电阻R7、R9、R11、R12，电容C4、C5，电感L2组成的也是一个晶体振荡器，所不同的是，石英晶体CL2是一个恒频晶体，它的谐振频率不随温度变化而变化，因此，这个晶体振荡器是一个恒频振荡器，其频率信号作为混频电路的基准频率。晶体管N3、N4，与电阻R14、R15、R16、R17，电容C8组成混频电路，测温振荡器输出的频率信号与恒频振荡器输出的基准频率信号，在晶体管N3处进行混合，目的是求取其差频信号，以便单片计算机内部的计数器对其直接进行计数。单片计算机AT89C51的计数器TO工作于计数器工作方式的模式1，对输入的频率信号进行采样计数，计算机把频率换算成对应的温度值，由串行口输出给段式液晶显示器LCD的专用驱动器AY-0438驱动LCD显示恒温体的即时温度值。也可以不采用恒频振荡器和混频电路，而采用外部计数器直接对测温振荡器的频率信号进行计数，由单片计算机读取其计数值来实现。晶体管N5、N6与电阻R18、R19、R20、R22，电容C9、C10，组成放大整形电路，对差频信号进行放大和整形后，输出给单片计算机的计数器TO。图3中所示的AT89C51是8位单片计算机，其内部4K字节的程序存储器中固化有测量、显示和智能控温的程序，本实施例采用的是模糊PI控制规则，它根据即时温度偏差值及其变化率、上一次的输出量等参数，由模糊规则表中求出相应的比例系数和积分时间常数，再根据PI控制规则，计算出本次输出的控制量，经12位数模转换器MAX530转换成模拟控制信号，送至功率放大器进行功率放大，即控制由运算放大器LM741与晶体管N7、N8，电阻R23、R24，组成的可控恒流源电路输出电流的大小，以调节半导体致冷器B1的工作电流，使恒温体的温度稳定在0℃上。控温程序流程图如图4所示。
权利要求1.一种热电偶参比端0℃恒温器，它由温度控制系统、恒温体和热电偶参比端接点装置等组成，其特点在于，温度控制系统是由数字智能控温系统构成的，而数字智能控温系统可以是由测温晶体振荡器、单片计算机系统、功率放大器和半导体致冷器等部分组成的。
2.根据权利要求1所述的热电偶参比端0℃恒温器，其特征在于，温度传感器采用测温石英晶体，由测温石英晶体振荡器，把温度信号转换为频率信号。
3.根据权利要求1所述的热电偶参比端0℃恒温器，其特征在于，单片计算机与数模转换器相连，而数模转换器的输出接至功率放大器的输入端。
4.根据权利要求1或3所述的热电偶参比端0℃恒温器，其特征在于，功率放大器可以由一个可控恒流源电路实现，也可以是其它直流功率放大器。
5.根据权利要求1所述的热电偶参比端0℃恒温器，其特征在于，半导体致冷器采用风冷式二级半导体致冷，其热端与散热器相连，冷端与恒温体接合。
6.根据权利要求1所述的热电偶参比端0℃恒温器，其特征在于，单片计算机还可以通过接口电路与温度数字显示器相连。
专利摘要热电偶参比端0℃恒温器,它用测温石英晶体作温度传感器,由单片计算机系统对温度进行智能控制,其功率放大器由一个可控恒源电路组成,致冷器采用风冷式两级半导体致冷,使恒温器具有控温精度高、温度稳定性好、效率高、轻巧和使用方便等特点。本装置主要应用于标准热电偶的计量检定。
文档编号G01K7/32GK2286874SQ9624061
公开日1998年7月29日 申请日期1996年9月16日 优先权日1996年9月16日
发明者王海华 申请人:王海华