溫度控制器的設(shè)計(jì)與技巧

河南省南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 司榮峰 楊東福

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溫度控制器的設(shè)計(jì)與技巧

河南省南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 司榮峰 楊東福

【摘要】該實(shí)用溫度控制器是由熱敏電阻作為傳感元件，由極性相反的NPN與PNP型兩個(gè)小功率三極管組成高靈敏度開關(guān)元件，開關(guān)元件控制光電三極管，光電三極管直接控制可控硅的控制極，可控硅的導(dǎo)通與斷開去控制加熱元件，從而形成了恒溫控制器。

【關(guān)鍵詞】傳感元件；可控硅；恒溫控制；加熱元件

引言

在許多動(dòng)、植物的養(yǎng)殖與種植過程中，經(jīng)常要采用恒溫控制，恒溫控制范圍大都在20～36℃，這里就恒溫控制原理進(jìn)行必要的研究。

1　恒溫控制方案介紹

如圖1所示，恒溫控制電路系統(tǒng)由溫度探頭，溫度探頭感覺到的微小信號(hào)作為放大元件的基極信號(hào)；放大元件運(yùn)用的三極管是PNP型，開關(guān)元件運(yùn)用的三極管是NPN型，于是，放大元件基極電流的很小變化就能使集電極電流有很大的變化，在其集電極電阻上會(huì)產(chǎn)生較高的電壓變化，該電壓變化作為開關(guān)元件的輸入電壓，加在了開關(guān)元件的發(fā)射結(jié)上，足以使開關(guān)元件導(dǎo)通，大大地提高了開關(guān)元件的靈敏度；開關(guān)元件與輸出元件之間用光電耦合器，使前、后元件之間只有信號(hào)的關(guān)系而無電路上的關(guān)系，避免了輸出元件對(duì)控制元件的干擾；輸出元件采用了可控硅，無觸點(diǎn)控制電路的通斷，有效地提高了電路的穩(wěn)定性。

圖1　恒溫控制方塊圖

2　模擬電路部分

2.1模擬電路

恒溫控制模擬電路，如圖2。控制電路部分的電源采用了5V充電器電源，再經(jīng)過D1～D3串聯(lián)之后，給控制電路提供3V的電壓；感溫探頭是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt；放大元件由V1、R1、RP1、R2組成；開關(guān)元件由V3、V2、R3組成；D5指示電路的工作狀態(tài)；輸出元件的控制由光電耦合器元件D4和V4組成 ；輸出元件由D7～D10、R5、D6、SCR組成；負(fù)載元件是RL。

圖2　恒溫控制原理圖

2.2模擬電路的原理

把熱敏元件Rt固定在溫箱中，當(dāng)恒溫控制箱中溫度下降到規(guī)定值時(shí)，Rt的電阻值就增大到合適值-→Rt上電壓就相應(yīng)地增大到合適值-→V1基極電流就增大到合適值-→V1的集電極電流就放大到合適值-→R2上電壓就放大到合適值-→V2就變成飽和而導(dǎo)通-→V2的集電極電位就下降到飽和值-→V3的集電極電位就升高到截止值-→D4與D5中無電流就不發(fā)光，光電耦合器中的V4不導(dǎo)通，可控硅SCR的控制極與陰極之間就電阻較大，有一定的控制電壓，控制極與陽極之間就導(dǎo)通，負(fù)載RL中就有電流通過，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫箱的加熱。

當(dāng)恒溫控制箱中溫度升高到規(guī)定值時(shí)，系統(tǒng)的工作過程正好相反。

簡言之，溫度達(dá)到規(guī)定值時(shí)，RL停止工作；溫度降到規(guī)定值時(shí)，RL就開始加熱，如此循環(huán)，溫箱中溫度保持恒定，這就是系統(tǒng)的工作原理。

3　電路參數(shù)的設(shè)計(jì)

①二極管

D6、D3、D2、D1為整流二極管，如1N4001～1N4005；D10、 D9、D8、D7也是整流二極管，由可控硅SCR決定其工作電流； D5 為1.5V的紅色發(fā)光LED。

②三極管

V1為9015型；V2和V3為9014型。

③電阻

Rt=1kΩ（負(fù)溫度系數(shù)），Rp1=10kΩ微調(diào)電阻，Rp2=50kΩ微調(diào)電阻，R1=2kΩ，R2=15kΩ，R3=6.8kΩ電阻，R4=390kΩ，R5=47kΩ。

④光電耦合器

光電轉(zhuǎn)換元件為EL817，四個(gè)管腳，體積較小。

⑤晶閘管

單向晶閘管SCR的額定電流由負(fù)載RL決定。

注意：D10～D7的電流應(yīng)該大于SCR的電流 ，SCR的電流應(yīng)該大于RL的電流，電路就能正常工作。

4　系統(tǒng)的組裝

4.1線路板

線路板的尺寸為6.8cm×2.8cm，采用1：1制作，如圖3所示。

圖3　恒溫控制印刷電路圖

4.2線路板的裝配

①線路板焊裝前，要認(rèn)真檢測每個(gè)元件，細(xì)節(jié)決定成功。

②線路板焊裝中，要準(zhǔn)確無誤，每個(gè)元件的焊接時(shí)間不要超過5秒，防止燒壞元件，焊點(diǎn)要光滑完整。

③線路板焊裝后，元件要分布均勻，如圖4。

④線路板部分與電源部分連接，再與負(fù)載、熱敏電阻連接好，最后，把電源部分與線路板部分裝到塑料盒中，塑料盒先不封口，如圖5。

圖4　恒溫控制主板電路

圖5　恒溫控制連線圖

4.3線路板的調(diào)整

①主線路板。先用100W的燈泡模擬負(fù)載RL；閉合220V電源；讓Rp2的電阻值慢慢變小，直止燈泡變到正常亮度為止；最后，把燈泡換成合適的加熱器件。

②控制電路。把加熱器件RL固定到恒溫箱的底部，恒溫控制器固定到箱體外部，把溫度計(jì)與熱敏電阻固定到箱內(nèi)同一高度，如圖6。

接通220V電源，加熱器件RL逐漸加熱，溫度計(jì)的讀數(shù)逐漸升高，當(dāng)溫度計(jì)的讀數(shù)升高到需要值時(shí)，把RP1的電阻值慢慢調(diào)小，直到紅色指示燈恰好變亮，負(fù)載RL停止加熱，控制電路調(diào)整完成。

圖6　恒溫控制箱體圖

5　結(jié)束語

該恒溫控制電路的特點(diǎn)是元件雖少，但它帶動(dòng)的負(fù)載功率大；抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度極高；采用分立元件，出現(xiàn)故障容易判斷；制作成本低，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

［1］劉式雍，等.電工技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，1985.

［2］羅國強(qiáng)，羅偉，等.實(shí)用模擬電子技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2009.

［3］宋貴林，姜有根，等.電子線路［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.

［4］馬質(zhì)璞，萬玉吉，郭一博，譚驥.基于高靈敏恒溫控制器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2015（9）：88-90.

司榮峰（1986-），男，遼寧大連人，大學(xué)本科，研究方向是電工與電子技術(shù)。

作者簡介：