专利名称：程序控温仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种程序控制与温度控制装置。
温度是工业生产及科学实验的基本参数，而高质量的温度控制，无论对于取得准确的实验数据，或提高工业过程的效率与质量，都是十分重要的。对于不少工业生产与实验过程，还需要将升降温过程程序化。已有的控温仪种类很多，除各种老式表头式控温仪外，仅就化学化工过程中用得较多的程序控温仪而言，有大连化物所研制的8412多功能程序控温仪，上海德华仪器厂生产的TCW－31程序控制器，上海科技大学研制的SWW－1型专用于色谱的温度控制仪，英国欧陆公司生产的800系列控温仪。上述控温仪普遍存在大惯性系统的超调与振荡现象，结构较复杂，智能化程序低。以各种集成电路为核心的专用微机化程序升温控制仪常使用Z－80或8085为CPU的单板微型机，其设计仍较复杂，功能也不尽完善。
本实用新型的目的旨在提供一种硬件设计十分简单，充分利用软件资源，体积小，将运算的PID三参数控制改为两参数自整定自适应的先进算法，可进行高精度的程序升温控制的程序控温仪。
本实用新型包括测温元件(温度传感器)、模拟开关、前置放大器、A／D转换器、CPU、脉冲调宽电路、电源和控温性能的显示打印或存贮装置。模拟开关输入接测温元件(温度传感器)，其输出接前置放大器，再经A／D转换器至CPU，按PID计算后输出，并接脉冲调宽电路经脉宽调制的输出接执行机构，定时触发可控硅；CPU另与控温性能的显示打印或存贮装置连接。
通过模拟开关，将来自测温元件巡回检测所得的信号经前置放大器放大送至A／D转换器，再经CPU并按PID计算输出，通过脉宽调制，定时触发可控硅，控制被控体，形成一闭环反馈体系，通过反馈使温度按预定的程序变化。
最常用的测温元件(温度传感器)可选用热电偶与铂电阻，通过模拟开关切换，能分别测量热电偶的微伏级电压信号与铂电阻的阻值。通过选用四端子接线法的高度温度测量，消除电阻元件的影响，实现高精度温度测量。本控温仪适配各类热电偶及铂电阻传感器，控温范围只决定于传感器的适应范围。
已有的测量仪表往往需标定，对线性化传感器，常用一个定位电位器与增益电位器，根据两点确定一条直线的原则进行标定。而本实用新型的标定无需旋钮与电位器，标准化过程已完全数字化，以数字校正取代了常规的电位器，提高了测量精度与仪器的稳定性。例如将反映确定温度的铂电阻值相应的A／D输出的数字存储在有掉电保护的RAM中，本程序控温仪则按相应公式自动计算出被测温度，对某些非线性校正点可作表存于EPROM中，对一般点则经线性插值法求得。
采用按增量式PID算法进行调节，对绝大多数控制对象都能较好的效果。对于温度控制，PID的输出是通过控制可控硅的导通角实现的。导通角越大，可控硅的导通时间越长，输出功率越大。
通常的微机控制PID调节可控硅触发电路是通过D／A转换，将PID的数字信号转化为模拟信号，再通过某些线性电路转化为可控硅的触发信号，使可控硅的导通角θ与PID的输出W之间呈现某种正变关系，但此种线路颇为复杂且精度不高，无法使PID输出W与可控硅导通角θ之间满足Wcc∫Sin2θdθ＝θ／2－(1／4)Sin2θ。本控温仪提供了一种简单可靠的脉冲调宽触发电路，可通过CPU软件控制延时后发出输出脉冲，再触发可控硅，达到高精度控制可控硅导通角，采用软件校正导通角与功率之间的非线性。这种用软件实现的脉冲调宽精度远高于8位甚至12位的D／A输出，因此可大大地节省硬件资源，又提高了输出精度，改进了PID的反馈控制，将通常的PID三参数控制改为两参数控制。
图1为本实用新型的组成框图。
图2为模拟开关与前置放大器电路原理图。
图3为A／D转换器、CPU及显示接口电路原理图。
图4为脉冲调宽电路原理图。
图5为控温性能的显示电路原理图。
如图1所示，本实用新型包括测温元件(1)、模拟开关(2)、前置放大器(3)、A／D转换器(4)、CPU及接口电路(5)、脉冲调宽电路(6)、控温性能的显示打印或存贮装置(7)，通过模拟开关将来自测温元件的信号送至前置放大器，再经A／D至CPU，按PID计算输出，通过脉宽调制定时触发可控硅，并通过反馈使温度按预定的程序变化。
如图2，模拟开关采用U14051，其输出接U4ICL7650的第5脚。
如图3，A／D转换器采用ICL7135，为4位半A／D转换器，输出的范围从－20000到＋20000，为了有效地利用这40000个数字输出的动态范围，必须使差动输入电压从负到正，而不是单纯地在正电压的范围内测量。前置放大器与A／D可使用相同的参考电压源(如稳压源MC1403)，有助于提高测量精度，减少漂移。CPU选用8031，A／D的21脚、23脚分别接CPU的13脚、14脚。CPU的显示接口由15PIN(J)与显示电路(见图5)连接。脉冲调宽电路由ULN2003的11～14脚输出至可控硅电路。
权利要求1.一种程序控温仪，其特征在于包括测温元件、模拟开关、前置放大器、A/D转换器、CPU、脉冲调宽电路、电源和控温性能的显示打印或存贮装置，模拟开关输入接测温元件，其输出接前置放大器，再经A/D转换器至CPU，按PID计算后的输出接脉冲调宽电路，经脉宽调制的输出接执行机构，CPU另与控温性能的显示打印或存贮装置连接。
专利摘要涉及程序控制与温度控制装置。包括测温元件、模拟开关、前置放大器、A/D、CPU、脉冲调宽电路和控温性能显示打印或存贮装置，模拟开关输入接测温元件，输出接前置放大器，经A/D至CPU，接PID计算后的输出接脉调电路，经脉调的输出接执行机构，CPU另与控温性能显示打印或存贮装置连接。该装置硬件设计简单，充分利用软件资源，体积小，将运算的PID三参数控制改为两参数自整定自适应先进算法，可进行高精度程序升温控制。
文档编号G05D23/19GK2200834SQ94220689
公开日1995年6月14日 申请日期1994年9月5日 优先权日1994年9月5日
发明者周泰锦 申请人:厦门大学