数显式温度控制仪

数显式温度控制仪

周鹏

电子信息工程9911班

摘要：本次设计的数字式温度显示调节仪表以热电阻为输入信号源，通过内部配置的信号预处理与前置放大电路、控制电路、显示电路等来实现对温度的控制与调节。本设计分析了数显式温度控制仪的原理结构、工作方式，且在设计中使用了op07、ICL7107、MC7805集成芯片和LED数码显示器等元器件,具有线路简单，成本低廉，线性化精度高，理论和实验证明，其非线性误差可控制在0.5%以下。该温度控制器虽结构简单，但控温精度高，且具备超温保护功能。

关键词：传感、温度补偿放大器线性、温度控制

Abstract：This adjuster achieves the temperature measuring and adjustment, which use sensors as the inputted signal source, making use of the signal processing circuit, controlling circuit and LED circuit arranged inside, etc.

Analyzing the configuration and working modes of a digital display temperature control. it used the OP07, ICL7107、MC7805 integrated electric circuit and LED digital monitor etc, It was having the advantages of simple circuit, cheap cost and the high linear accuracy. Proved by theory and experiment, the nonlinear errors can be controlled under 0.5 percent. The configuration of temperature control is simple, but it can control temperature with great accuracy, and with functions as alert and protection after exceed temperature.

Key word：sensors、temperature compensation linearity, temperature control.

一、前言

科学的发展为测量仪器仪表不断提供新原理、新技术及新型元器件，同时随着科研和生产的高速发展，又对测量技术提出更新、更高的要求。因此，数字式测量仪器应运而生。

从50年代以来数字测量仪器的结构和性能有了新的突破，起了质的飞跃；线路简化，精度提高，可靠性增长，数字仪器表现出的极大优越性，冲击着传统的模拟仪器，并有不可阻挡的取而代之之势。

在工业生产（特别是金属的热处理）中温度参数不仅要准确测量，更重要的是给予精确地控制，以确保产品的优质高产，而80年代以前我国对温度的测量显示大多使用动圈式仪表，这类仪表由于分辨率低、抗震性差以及存在视差和读数误差等缺点，往往不能胜任对温度测量要求准确的场合。要达到精确测量和控制的目的，就必须要用到数字式温度显示调节仪。数显温度控制仪就是在数字电压表基础上产生的，它是数字方式显示被测温度的仪器，内部配置调节电路或控制机构。

数字式温度显示调节仪采用了先进的半导体器件和稳定性好可靠性高的中大规模集成电路,先进的A/D转换器，其可靠性、稳定性、精度和功能均明显优于模拟显示系列仪表和动圈式仪表，因此数字式温度仪表正在取代传统的模拟式温度仪表，而成为我国量大面广的换代产品。

本次设计的数字式温度显示调节仪的温度测量范围在0~500℃；上下限全程温度调节,线性误差小于0.1%；上下限温度控制输出接点容量为250V，3A；常开常闭各1个；电源为220V、50H

的交流电；外壳防护等

Z

极为IP54；外壳对主板地绝缘为2000V／AC、50HZ；外形尺寸小于等于160 × 130 × 80。

二、整机原理概述

1、原理方框图

图１ 数显温控仪电路方框图

2、温度测量及调节原理

1) 数显温度控制仪的原理及工作过程

数显温度控制仪是由温度检测、A ／D 转换、非线性校正、温度设定和温度控制等部分组成的。其温度检测采用分度为Pt100的铂热电阻。通过Pt100随温度变化，使传感器受到的温度信号转换成电压信号输出。或者通过上下限调节比较器将信号送至A ／D 转换器输出显示.由总图表示温度控制仪电路工作原理图得知。同时分别送至两个电压比较器。A 作为上限温度比较电路，其作用是将经OP-07放大、与温度成正比的电压与其同相输入端输入的谷值为0V ，峰值为500mV 的电压进行比较，在A 同相端电压高于其反向端电压时，A 输出高电平，继电器动作，加热器得电加热升温。温度升高，OP-07输出电压增大，A 反向输入端电压增高，则A 输出高电平时间减少，加热器通电时间减少，升温速度减弱。当温度升高使A 2反向输入端电压大于斜坡电压峰值（即大于500mV ）时，在整个A 一直输出低电平，加热器停止加热，温度不再上升，而当温度略有下降，则A 又可输出高电平，如此，的以确保温度基本恒定，且因铂电阻的灵敏度较高并经OP-07和A 1的放大使温度精度达到±0.5℃。A 、

＋

B接成比较器，其作用是在温度过高或过底时，触发继电路动作。B为欠温比较器，当温度低于由RW1设定的低温限时，B输出为高电平，继电器动作，加热器进行加热，此时，加热器加热时温度迅速上升。

VD3为上限温度加热通电指示灯，VD4上限温度加热断电指示灯，VD5为下限温度加热器通电指示灯，VD6下限温度加热断电指示灯，VD1为上限温度指示灯，VD2为下限温度指示灯。

2)整机原理图

数显温控仪的原理图如附图（1）。

图中用到的电器元件的参数请见附表一。

三、数字显示温度控制仪内部电路分析

1、传感器电路

1、热电式传感是一种将温度变化转化为电量变换的装置。在各种热电式传感中，以将温度转换为电势和电阻的方法最为普遍。其中最常用于测量温度的是热电偶和热电阻，热电偶是将温度变化转换为电势变化，而热电阻是将温度变化转换为电阻值的变化。

1)热电偶

热电偶被用于测量100℃～1300℃范围内的温度，根据需要还可以用来测量更高或更低的温度。它具有结构简单，使用方便，精度高，热惯性小，可测局部温度和便于远距离传送与集中检测、自动记录等优点。

实验室中仅采用并点法将热电偶的冷端置于0℃的冰水混合物中，该措施显然不宜在工业现场使用。

在工程现场则是将桥式冷端补偿器串入热电偶回路，从而实现冷端补偿的。

桥式补偿器由三个温度系数极小的锰铜电阻和一个对温度敏感的铜电阻构成，将冷端补偿器置于热电偶的冷端T0处。当T不变而T0变化时，