专利名称：数字式自动控温仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种自动控制仪表范畴，特别是一种改进型的、整体装配式的、可作为已有技术的更新换代产品的数字式自动控温仪。
能广泛适用于石油、化工等行业的科研、试验室，凡是使用各种电阻型电炉的场合，作为以连续PID的调节方式进行温度的数字式显示、定值、超温报警和自动化控制。
目前，现有技术中的自动控温系统采用的仪表，大部分仍应用70年代初期定型生产的仪器、仪表，该系统大致由以下几部分组成1.动圈式温度指示调节仪(例如，XCT系列)；2.可控硅电压调整器(例如，ZK系)；3.可控硅元件(例如，3CT 20A单向)；4.交流电流表(例如，44 L1－A)；5.附加多路闪光报警器(例如，JBJ型)；6.多个接线端子、塑料铜芯电线、可控硅安装用绝缘板等。
该上述六部分的组合，虽然可以达到控温、报警的目的，但是存在明显的缺陷(1)仪表、仪器、电流表等的开孔尺寸在仪表盘上占空面积较大；(2)可控硅元件独立安装，与仪器、仪表联线复杂；
(3)应用安装材料(如电线、端子板、绝缘胶木板等)多，成本高，(4)控温仪表系统安装费工、费时，且不便于维护检修；(5)动圈式仪表测量精度较低(1.0级)，视差较大，怕震动，较易损坏；(6)超温报警需要接附加仪表(闪光报警器)。
本实用新型的目的，就是要克服现有技术的缺陷，制造一种改进型、组合型、能广泛实际应用的数字式自动控温仪表。
本实用新型的目的是通过如下措施实现的制造一种属于自动控制仪表范畴的数字式自动控温仪，本实用新型的特征是由整体装置的显示、调节、控制和报警部分组成，其中1.1壳体内是一抽屉式整体拆卸机芯，包括由集成电路和／或分立元件构成的1.1.1数字显示电路，1.1.2脉冲触发电路，1.1.3自动／手动调节电路，1.1.4双向可控硅电路，1.1.5反馈电压指示电路和负载电流指示电路，1.1.6讯响报警电路，1.2前面板(1)上，集中设置全部对外联系部件，包括数字显示装置、电流——电压指示装置、控制旋钮、选择开关和指示灯等，1.3壳体后端盖上设置有电源输入——输出、负载和接地的接线柱。
上述的数字式自动控温仪，其特征是该仪表的数字显示电路由串联的信号输入、断偶保护、前置放大、线性修正、显示电路和并联的数字预置、调节系统、报警设定、比较器、继电器和输出构成。
其具体连接方式是由与热电偶相连的信号输入，与信号输入、输出端相连的断偶保护，输入端与断偶保护输出端相连的前置放大电路，输入端与前置放大电路输出端相连的线性修正电路，输入端与线性修正电路输出端相连的显示电路；数字预置电路的输出端通过一个指示灯、调节系统接输出；报警设定通过一个指示灯、比较器、输出至继电器的输入端，继电器的输出端连接讯响报警器。数显电路的输出端与手动／自动调节电路相连。
上述的数字式自动控温仪，其特征是该仪表的脉冲触发电路是由BG1、BG2、D1、C3、R14～R16和脉冲变压器B2等组成。
其具体连接方式是二极管D1的两端接于脉冲变压器B2初级绕组，B2的次级绕组接至双向可控硅SCR的控制极g和第二阳极t2。
上述的数字式自动控温仪，其特征是该仪表的自动调节电路是由R5～R9、R14～R17、C1～C8、BG1、BG2、D1、D2、DW2、DW3、B1的次级绕组L3和ZD3整流电路组成。
其具体连接方式是BG1的基极接至开关K5自动位置，BG1的e极接BG2的e极，电路的电源来自ZD3整流后经R17限流和DW2、DW3稳压后至脉冲变压器B2的初级和BG1的集电极c端。
上述的数字式自动控温仪，其特征是该仪表的手动调节电路是由B1的次级绕组L2、ZD2、DW1、R11～R13、R3、R4和C4组成。
其具体连接方式是该电路电源经ZD2整流、C4滤波、R13限流、DW1稳压后至R11(粗调)、R12(细调)电位器，R12的中间接头至K5的“手动”位置一端。
上述的数字式自动控温仪，其特征是该仪表的双向可控硅电路由双向可控硅SCR和快速熔断器FU3组成。
其具体连接方式是脉冲变压器B2的次级输出的脉冲信号，经C8、D2、R18并联后，送至双向可控硅的控制极g与第二阳极t2，快速熔断器接于电源输入端(即可控硅的第一阳极t1)。
上述的数字式自动控温仪，其特征是该仪表的反馈电压指示电路和负载电流指示电路由K3、电流变换器(mA／A)、ZD6、R10、反馈变压器B3和双刻度指针式电表表头ML组成。
其具体连接方式是①反馈电压取自可控硅输出，经B3次级输出，ZD6整流、R10限流、K3置“V”位置，双刻度指针式电表“ML”回路接通，即指示出输出电路回路的反馈电压的百分比值。
②当K3至“A”位置时，电流变换器(mA／A)接入“ML”，即指示电路输出电流值。
上述的数字式自动控温仪，其特征是该仪表的超温讯响报警电路是由K4、ZD1、C5、C6、R19～R23、BG3、BG4、蜂鸣器和信号灯组成。
其具体连接方式是由ZD1将交流电整流后，经C5、C6滤波、DW4稳压，取得4V直流电源，送至由BG3、BG4组成的间歇式振荡器。BG3、BG4的断续导通产生的信号至讯响器(例如，YDX－3型)，使之发出间歇式音响报警声(电源K4至报警端，J吸合时报警电路接通)。
上述的数字式自动控温仪，其特征是该仪表的输入端为50Hz，220V交流电，其输出端为连续自动可调的0～220V交流电。
考虑到互换性，本实用新型设计的数字式自动控温仪，其外形尺寸与现有技术生产的动圈式测温式仪表开孔尺寸相同(152X75mm)，外观是长方条形，其外壳是采用薄钢板制成，通体可以有网眼状的孔，以利散热。机壳用紧固件固定在仪表盘上。
机芯是一个整体式、组合式的抽屉式结构，若出现故障，可整体抽出，另换一个备用机芯，换机芯时间不超过几分钟，不影响试验装置继续正常工作。
与现有技术相比，具有明显的优越性1.一套装置，取代了现有技术的由六个部分组成的仪表控温系统，仪表的设定、自控、报警等功能齐全，超过现有技术。性能稳定，功耗低，抗震动，操作方便，且整机开孔尺寸小(比现技术小2／3)，体积小(比现有技术小3／4)，重量轻(比现有技术轻3／4)。
2.数字式显示，读数直观清晰，无视差，便于观察和操作，应用范围广，通用性好，安装、维修、接线等操作非常方便。
3.不需外接电流表，前面板上的“双刻度指针式电表”通过选择开关，可以指示反馈电压或负载电流，简便、准确。
4.仪表的测温显示、数据设定、自控精度较高(测温显示0.5级设定和控制达到0.2级)。
5.比现有技术的安装，省工省料，能节省安装用材料费40％。
6.整机成本较低，比现有技术能节省购置费≥30％。
经石化系统某单位在轻油转化制氢催化剂评价装置上试用，已连续运行千余小时，完全达到发明的目的和要求，故障率为零，受到操作人员的欢迎。
以下结合附图对本实用新型作进一步阐述
图1是本实用新型的外形结构及前面板零件布置示意图；图2是本实用新型的后端盖零件布置示意图图3是本实用新型的原理框图；图4是本实用新型的实施例一元件接线示意图；图5是本实用新型的实施例二元件接线示意图。
图1中，(1)是前面板，是对外联系的所有部件的布置处，抽出面板，可以抽出整个机芯；(2)是显示器，由一组数码管组成，是预置的和实测的温度数值显示处； (3)是报警讯响器“发声”和“消声”的选择开关，即K4；(4)是报警指示灯，是一个发光二极管；(5)是报警值设定，是一个电位器；(6)是手动调节旋钮，是一个旋动式电位器即R12；(7)是自动／手动转换开关，是一个拨动开关；(8)是双刻度指针式电表的表头，即“ML”，是反馈电压和负载电流的显示处，由开关(11)指定显示方向，一侧为显示负载电流，另一侧为显示反馈电压；(9)是功能选择开关，即“K”，是三位式拨动开关；(10)是整个数字式控温仪的电源开关，即K1；(12)是控制温度设定指示灯，是一个发光二极管；(13)是控制温度预置值设定开关，是一个拨动开关；(14)是机壳表面的散热孔，均匀分布在壳体全身，以利散热；(15)是金属制外壳体，将整个抽屉式整体组合的机芯罩在其中。壳体通过紧固件固定在仪表盘上。
图2是机壳后端盖上的一组接线柱，其中，(16)、(17)和(18)是用于接测温元件(热电偶或热电阻)，根据需要使用其中的两个或三个；(19)、(20)、和(21)是用于接电源输入端和输出端；(22)是外壳接地端。
图3中，(23)是信号电路；(24)是比较器；(25)是断偶保护电路；(26)是前置放大电路；(27)是线性修正电路；(28)是显示电路；(29)是比较器；(30)是调节系统；(31)是输出；(32)是数字预置；(33)是报警设定；(34)是比较器；(35)是输出；(36)是继电器；(37)是讯响报警器，可以是一个蜂鸣器；(38)是手动调节；(39)是自动调节；(40)是稳压电源；(41)是触发电路；(42)是脉冲变压器；(43)是双向可控硅；(44)是输出电流指示；(45)是反馈电压指示；(44)与(45)两者实为一体，是一个双刻度指针式电表，通过拨动开关K3实现一表两用，既能观察输出电流，也能观察反馈电压；(46)是负载(电阻型电炉)；(47)是测温元件，可以是热电偶或热电阻，用导线接向(23)。
其工作原理是测温元件热电偶(或热电阻)和设定电位器联接在测量桥路，桥路的输出信号经显示选择开关到线性化A／D转换器转换成数字，显示出热电偶(或热电阻)温度——即炉温，或者预置温度值、报警设定温度值。桥路还输出炉温与设定值(预置)的偏差信号到偏差放大器和越限比较放大器，偏差放大器的输出信号输至调节系统，调节系统按PID调节规律输出0～10mA电流信号，通过控制元件，改变加热功率的大小，使炉温控制在预置点左右。当炉温低于预置点时，电流输出信号增大，加热功率随之增大，反之则减小。PID调节系统的作用，在于迅速、准确地减少和消除温度测量值和设定值之间的偏差。送入越限比较放大器的信号放大后驱动越限继电器，当运行温度显示值＞设定值时或热电偶(或热电阻)断线时，越限指示灯亮，继电器常开触点吸合，报警器发出间歇音响。调节系统输出的0～10mA信号经电路中的R1、R2转换为直流电压信号，当K3拨向“自动”时，直流电压信号与R6两端的反馈电压信号相比较后，经硅三极管和单结管等元件组成的电路作用下，输出触发脉冲信号，以改变可控硅元件的导通角来达到自动控制温度的目的。R6用来调整反馈量的大小，当K3拨向手动时，电位器R11和R12用来手动控制炉温。
使用方法(1)温度预置方法需对控制量预置到某数值T预，应将功能选择开关K拨向左边控制挡，用螺丝刀旋转预置电位器，显示器数值随顺时针方向增大，反之减小，当数值达到T预时，预置完毕。再将功能选择开关K拨至中间“测温处”，此时，则显示被测量值，即T实。
T实＜T预时，控制指示灯亮，T实≥T预时，控制指示灯灭。
(2)报警设定方法将功能选择开关K拨向右边“报警”，旋转报警电位器，当无需报警时，将电位器旋到最大数值位置。
T实＜T报时，报警指示灯灭，T实≥T报时，报警指示灯亮，报警器发出声响。把仪表面板右上方拨动开关拨至“消”位置，可将报警声响消除，当需要超温报警时，应将该开关拨至“警”位置。
(3)当断偶时，显示器显示出一个较额定值大得多的数字，或显示溢出(1XXX)，并能自动切断电源进行保护。
(4)在进行各类设定、预置后，应将功能选择开关“K”拨向中间处，否则显示的数值不是测量的数值。
(5)要显示反馈电压时，可将仪表面板左下方开关拨至“V”，一般仪表校验时已调好。开关拨至“V”处，常作为观察输出电压的百分比值。在仪表中下方双功能指针式电表百分比刻度，即为输出电压的百分比值。
(6)将仪表面板左下方开关拨至“A”处，可观察到仪表电流输出到负载的电流值。在使用过程中，应尽量减少该开关的拨动次数，以保持电路处于良好的接触状态。
(7)功能选择开关“K”，应根据需要，拨至需调位置，调好后，应及时拨至中间位置——温度测量。
(8)温度的“手动控制”，将仪表面板右下方开关K5拨到“手动”位置，旋转手调电位器，顺时针输出电压(电流)增大，反之减小，指针式电表指示相应的电压(电流)值。
(9)温度的“自动控制”将“预置”电位器调至所需温度控制值，先“手动”操作使电压输出逐渐增大，再切换至“自动位置”，仪表便投入自控状态。
实施本实用新型，可以有多种技术方案，例如图4是本实用新型的实施例一元件接线示意图；它主要是由九大部分组成1.数显电路，输出为0～10mA变化直流信号，作为本实施例的输入信号。
2.电源变压器B1的初级为交流220V，次级的五个绕组为L1、L2、L3、L4、L5ZD1是报警电路电源(6.3V 100mA)
ZD2(C、D组)是手动调节电路电源(30V 30mA)ZD3是自动控制电路电源(65V 25mA)ZD4是数显表电路电源(15V 25mA)ZD5也是数显表电路电源(15V 25mA)3.温度超温自动报警电路由ZD1、QL25型整流器、C5、C6、R19稳压二极管2CW5(DW4)组成整流稳压电源，送至由R20～R23、C7、BG3、BG4组成的间歇式振荡器，振荡器所采用的主要元件为两只3DG202A型晶体三极管(BG3、BG4)，两管的断续导通产生的信号送到蜂鸣器(例如，YDX－3)，当继电器触点吸合后，电源接通，YDX－3型讯响报警器发出断续的音响报警信号。(电源K4至报警端，J吸合时，报警电路接通)4.手动调节部分，该电路电源经ZD2整流，C4滤波，R13、限流，DW1稳压后，至R11(粗调)、R12(细调)电位器，当K5拨向手动位置时调节R12即可改变触发脉冲的相位，达到“手动”控制炉温的目的。手动调节电位器从左至右是增大方向，该电位器一方面可用来观察仪表能否正常工作，另一方面当输入信号发生故障时，可直接用R12手动调节单独控制炉温。
5.自动调节部分(脉冲触发电路)由R1、R2、R5、R6、R14～R16、C2、C3、BG1、BG2和脉冲变压器B2组成。电路的电源来自ZD3，整流后经R17限流和DW2、DW3稳压至脉冲变压器的初级和BG1的集电极端。
6.保护电路电阻R18、电容C10和D2的作用是为防止脉冲反冲可能损坏可控硅而设。
7.双刻度指针式电表电路由K3、电流变换器(mA／A)、ZD6、R6～R10、B3、C1和双刻度指针式电表表头ML等组成。
该电路是为了改善输出特性，加入了负载电压负反馈环节，经B3引入炉丝电压的负反馈，此反馈经负载取出后，经桥式整流后，通过反馈电位器R6获得。调节R6可改变反馈量的大小。反馈电压的大小可通过双刻度指针式电表指示出来(K3拨至“V”位置)，负载电流大小的指示，由开关K3拨至“A”位置，相当于电路中串联一只电流表(交流)，达到合二为一，一表两用之目的。
8.双向可控硅部分是该电路的控制元件，控制极g和第二阳极t2接来自脉冲变压器次级输出的脉冲信号第一阳极t1端接电源的相线输入端。
9.排风散热系统由K2和FZY型小型轴流风机组成。其作用是当负载大于20A电流时，该风机启动，以利可控硅元件和整机电路的散热。如装置的负载为20A以下，则可省去该系统。
图4(实施例一)其元件参数分别是①电阻R1～R23620、400、560Ω、28、14、28、14、24、26、580、2.7K、560Ω、1.5K、130Ω、5.2K、430Ω、4.1K、26Ω、1.8、2.2、1.4、46和2.2K。
②电容C125V 5μF、C225V 25μF、 C3160V 0.22μFC425V 50μF、C515V 100μF、 C615V 200μFC715V 100μF、C81000V 0.01μF C91000V 0.01μFC1025V 0.047μF③三极管
BG13DG6D BG2BT35D BG33DG202A BG43DG202A④二极管DW1～DW42CW5⑤整流器ZD1～ZD2QL25 400V 0.5A ZD4～ZD5QL25 200V 0.3A⑥玻璃管熔断器FV1～FV2L＝20mm 0.5A⑦其它FU3熔断器快速熔断器20A(mA／A) 电流变换器 85L1ML 双刻度指针式电表RL 负载(电炉)B1电源变压器图5 是本实用新型的实施例二元件接线示意图。
它是由八大部分组成1.数显电路，输出为0～10mA变化直流信号，作为本实施例的输入信号。
2.电源变压器B1的初级为交流220V，次级的四个绕组为L1、L2、L3、L4ZD1是报警电路电源(6.3V 100mA)ZD2是电路供电电源(输出为＋12V和－6V两组)ZD3是数显表电路电源(15V 25mA)ZD4也是数显表电路电源(15V 25mA)3.温度超温自动报警电路由ZD1、QL25型整流器、C9、C10、R27稳压二极管D10、2CW5组成整流稳压电源，送至由R27～R31、C19、BG5、BG6组成的间歇式振荡器，振荡器所采用的主要元件为两只3DG202A型晶体三极管(BG5、BG6)，两管的断续导通产生的信号送到蜂鸣器(例如，YDX－3)，当继电器触点吸合后，电源接通，YDX－3型讯响报警器发出断续的音响报警信号。(电源K4至报警端，J吸合时，报警电路接通)4.手动调节电路由＋12V电源加至R4～R8、R15～R20、C1～C3集成运放IC1、D1～D2、三极管BG1、BG2组成的电路。当K5置于“手动”时，R7为手动调节电位器，调节R7能输出0～2V直流电压至IC1输入端。R10的一端接至双刻度指针式电表(K3至V端)可指示出周期开关输出高电平的百分比(类似反馈电压指示)，比例调节电位器R2用来调节电炉的加热功率。
5.V－T变换器由R11～R14、R21～R26、C4～C7、D3～D5、集成运放IC2、BG3、BG4组成。当K5至“自动”位置时，直流信号0～10mA在“比例”电位器R2上产生0～2V直流电压，该电压至IC2的输入端，IC2的输出由D3经BG3等送至过零触发器IC3。
＋12V电源由R11、R21电阻端输入；－6V电源由R14电阻端输入。
6.过零触发器由IC3、D8、D9、R32等组成。
在V－T变压器输出高电平期间，每当同步电源过零时，过零触发器即输出一个脉冲，经脉冲变压器B2隔离后，脉冲变压器B2输出触发脉冲信号，去触发可控硅。
8.双向可控硅部分是该电路的控制元件，控制极和第二阳极t2接来自脉冲变压器次级输出的脉冲信号第一阳极t1端接电源的相线输入端。
9.排风散热系统由K2和FZY型小型轴流风机组成。其作用是当负载大于20A电流时，该风机启动，以利可控硅元件和整机电路的散热。如装置的负载为20A以下，则可省去该系统。
其元件参数分别是①电阻R1～R7350、460Ω、2.7、12、2.2K、400Ω和520Ω。
R8～R14100、2.2、10、20、110、110和10K。
R15～R2010、7.5、1、10、1、和47K。
R2120K。
R22～R2610、47、6.2、10和22K。
R271.5K。
R28～R311.8、41、1和1.8K。
②电容C125V 0.1μF、 C225V 10μF、 C325V 0.01μFC425V 10μF、 C563V 0.1μF、 C625V 10μFC725V 0.22μF、 C825V 30μF、 C915V 100μFC1015V 200μF、 C1115V 4.7μF、 C1215V 47μFC1315V 0.01μF、 C1415V 0.01μF、 C1525V 47μFC1625V 47μF、 C1725V 0.01μF、 C1825V 0.01μFC1910V 100μF、 C201000V 0.01μF、 C211000V 0.01μF③三极管BG13DG6D BG2BT35D BG53DG1D BG43AG1BG53DG202A BG63DG202A
④集成电路IC1集成运算放大器、IC2集成运算放大器、IC3集成运算放大器⑤稳压器7812 三端稳压器、7906 三端稳压器。
⑥二极管D1～D42CP14、D5发光二极管、D6～D92CP14⑦整流器ZD1～ZD2QL25 400V 0.5A ZD4～ZD5QL25 200V 0.3A⑧玻璃管熔断器FV1～FV2L＝20mm 0.5A⑨其它FU3熔断器快速熔断器20A(mA／A) 一流变换器85L1ML 双刻度指针式电表RL 负载(电炉)B1电源变压器
权利要求1.一种属于自动控制仪表范畴的数字式自动控温仪，本实用新型的特征是由整体装置的显示、调节、控制和报警部分组成，其中1.1壳体内是一抽屉式整体拆卸机芯，包括由集成电路和/或分立元件构成的1.1.1数字显示电路，1.1.2脉冲触发电路，1.1.3自动/手动调节电路，1.1.4双向可控硅电路，1.1.5反馈电压指示电路和负载电流指示电路，1.1.6讯响报警电路，1.2前面板(1)上，集中设置全部对外联系的部件，包括数字显示装置、电流--电压指示装置、控制旋钮、选择开关和指示灯等，1.3壳体后端盖上设置有电源输入--输出、负载和接地的接线柱。
2.按照权利要求1所述的数字式自动控温仪，其特征是该仪表的数字显示电路由串联的信号输入、断偶保护、前置放大、线性修正、显示电路和并联的数字预置、调节系统、报警设定、比较器、继电器和输出构成。
3.按照权利要求1所述的数字式自动控温仪，其特征是该仪表的脉冲触发电路是由BG1、BG2、D1、C3、R14～R16和脉冲变压器B2等组成。
4.按照权利要求1所述的数字式自动控温仪，其特征是该仪表的自动调节电路是由R5、R6、R14～R17、C2～C3、BG1、BG2、D1、DW2、DW3、B1的次级绕组L3和ZD3整流电路组成。
5.按照权利要求1所述的数字式自动控温仪，其特征是该仪表的手动调节电路是由B1的次级绕组(L2)、ZD2、DW1、R3、R4、R11、R12、R13和C4组成。
6.按照权利要求1所述的数字式自动控温仪，其特征是该仪表的双向可控硅电路由双向可控硅SCR和快速熔断器FU3组成。
7.按照权利要求1所述的数字式自动控温仪，其特征是该仪表的反馈电压指示电路和负载电流指示电路由K3、电流变换器(mA／A)、ZD6、R10、B3和双刻度指针式电表表头ML组成。
8.按照权利要求1所述的数字式自动控温仪，其特征是该仪表的超温讯响报警电路是由K4、ZD1、C5、C6、R19～R23、BG3、BG4、蜂鸣器和信号灯组成。
专利摘要一种数字式自动控温仪，在外壳内是一抽屉式整体拆卸机芯，包括数字显示，脉冲触发，自动/手动调节，双向可控硅，反馈电压指示，负载电流指示和讯响报警等电路。适用于各种电阻炉以连续PIO方式进行温度的数显、定值、报警和自控。精度高(测温显示0.5级设定和控制0.2级)。功耗低，抗震动，成本低，体积小，重量轻，安装、维修、接线方便。是理想的更新换代产品。
文档编号G05D23/30GK2073131SQ90219119
公开日1991年3月13日 申请日期1990年9月27日 优先权日1990年9月27日
发明者李延博 申请人:齐鲁石油化工公司研究院