恒温器设计

恒温器设计

温度控制系统的重要性和发展趋势

温度是工业对象中一个主要的被控参数，它是一种常见的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。温度控制是许多机器的重要的构成部分，它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。不论是在生活中还是在工业生产过程中，温度的变化对生活、生产的某些细节环节都会造成不同程度的影响，所以适时地对温度进行控制具有重要的意义。

要求：恒温箱温度控制在70℃-80℃之间，精度0.5℃，有越线报警。并具有断电保护、报警等功能。

一．器件及电路介绍

1.AD590是美国ANALOG DEVICES公司的单片集成两端感温电流源，其输出电流与绝对温度成比例。在4 V至30 V电源电压范围内，该器件可充当一个高阻抗、恒流调节器，调节系数为1 µA/K。片内薄膜电阻经过激光调整，可用于校准器件，使该器件在298.2K (25°C)时输出298.2 µA电流。

AD590适用于150°C以下、目前采用传统电气温度传感器的任何温度检测应用。低成本的单芯片集成电路及无需支持电路的特点，使它成为许多温度测量应用的一种很有吸引力的备选方案。应用AD590时，无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿。

除温度测量外，还可用于分立器件的温度补偿或校正、与绝对温度成比例的偏置、流速测量、液位检测以及风速测定等。AD590可以裸片形式提供，适合受保护环境下的混合电路和快速温度测量。

图一：AD590原件图

要求检测70~80摄氏度的温度区间，该器件每增加1℃，会增加1μA输出电流；可测量范围适宜；供电范围在±4v至30v。

70℃=（70+273）k=343k

80℃=（80+273）k=353k

V0:(3.43~3.53) ±0.3℃

2.温度传感电路：如图所示，A1和TA75458是双通道运算放大器，共有四种不同的外形封装，型号的后缀分别是P、S、F、FB；2SC1815是NPN型三极管；标有6.2V字样左边的是齐纳稳压二极管，稳压值是6.2V。

12V电源电压必须要用直流。

图二：温度传感电路

温度计：根据要求在70~80度最适合的是水银温度计。最早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略(1564～1642)发明的.第一只温度计是一根一端敞口的玻璃管,另一端带有核桃大的玻璃泡.使用时先给玻璃泡加热,然后把玻璃管插入水中.随着温度的变化,玻璃管中的水面就会上下移动,根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低.温度计有热胀冷缩的作用所以这种温度计,受外界大气压强等环境因素的影响较大,所以测量误差大.

后来伽利略的学生和其他科学家,在这个基础上反复改进,如把玻璃管倒过来,把液体放在管内,把玻璃管封闭等.比较突出的是法国人布利奥在1659年制造的温度计,他把玻璃泡的体积缩小,并把测温物质改为水银,这样的温度计已具备了现在温度计的雏形.以后荷兰人华伦海特在1709年利用酒精,在1714年又利用水银

作为测量物质,制造了更精确的温度计.他观察了水的沸腾温度、水和冰混合时的温度、盐水和冰混合时的温度；经过反复实验与核准,最后把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0℉,把纯水凝固时的温度定为32℉,把标准大气压下水沸腾的温度定为212℉,用℉代表华氏温度,这就是华氏温度计.

在华氏温度计出现的同时,法国人列缪尔(1683～1757)也设计制造了一种温度计.他认为水银的膨胀系数太小,不宜做测温物质.他专心研究用酒精作为测温物质的优点.他反复实践发现,含有1/5水的酒精,在水的结冰温度和沸腾温度之间,其体积的膨胀是从1000个体积单位增大到1080个体积单位.因此他把冰点和沸点之间分成80份,定为自己温度计的温度分度,这就是列氏温度计

华氏温度计制成后又经过30多年,瑞典人摄尔修斯于1742年改进了华伦海特温度计的刻度,他把水的沸点定为0度,把水的冰点定为100度.后来他的同事施勒默尔把两个温度点的数值又倒过来,就成了现在的百分温度,即摄氏温度,用℃表示.华氏温度与摄氏温度的关系为℉＝9/5℃+32,或℃＝5／9(℉-32).

水的冰点定为0摄氏度,水的沸点定为100摄氏度.

4.恒温器断电保护装置：电气设备漏电时，将呈现异常的电流或电压信号，漏电保护器通过检测、处理此异常电流或电压信号，促使执行机构动作。我们把根据故障电流动作的漏电保护器叫电流型漏电保护器，根据故障电压动作的漏电保护器叫电压型漏电保护器。由于电压型漏电保护器结构复杂，受外界干扰动作特性稳定性差，制造成本高，现已基本淘汰。目前国内外漏电保护器的研究和应用均以电流型漏电保护器为主导地位。

图三：断电保护电路

相线L1、L2、L3和零线N均通过零序电流互感器TAN，作为TAN的一次线圈。根据基尔霍夫第一定律: ∑I=O。正常情况下，如果用电设备是三相平衡负荷，则一次电流的矢量和为零，即Iu十Iv十Iw=O;如果用电设备是单相负荷，则一次电流的矢量和亦为零，即Iu十In =0、Iv十In=O、Iw十In=O，在零序电流互

感器流矢量电流TAN的铁芯中的磁通矢量和也为零。TAN二次线圈无电流输出，脱扣器YA不动作，RCD正常合闸运行。当设备发生漏电或人身触电时，则故障电流Id经过大地回到电源变压器TM的中性点构成回路。由于对地出现漏电电流Id，则流经TAN的矢量和不等于零，即通过TAN的Iw+In≠0，TAN的二次侧有剩余电流流过，电磁脱扣器YA中有电流流过，当电流达到整定值时，脱扣器YA动作，漏电开关RCD掉闸，切断故障电路，从而起到保护作用。

5.报警器：如图所示为一种温度自动报警器的原理图．在水银温度计里封入一段金属丝．当温度达到金属丝下端所指示的温度时，就可以发出报警信号．这种温度自动报警器既可以进行高温报警（即温度达到或超过设定的温度时报警），也可以进行低温报警（即温度低于设定的温度时报警

图四：报警器

二．计算机控制单片机数模转换

控制程序：

#include

#include

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

//定义0～9的共阴极显示代码

Code unchar Table[10]=

{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

//定义热敏电阻值与温度关系表（表为20～39℃电阻值，温度间隔为1）

code unit wd[20]=

{0x30CC,0x2EA6,0x2C9C,0x2AAB,0x2802,0x2710,0x2564,

0x23CC,0x2248,0x20D6,0x1F76,0x1E26,0x1CE7,0x1BB6,

0x1A93,0x197D,0x1874,0x1778,0x1687,0x15A0};

uint wd_s,wd_c //分别存放设定温度和当前温度

unit x； //定义变量存放采样值

//数据转换与控制子程序

void change()

{

unit rt,I;

rt=510*(256-x)/x; //计算Rt

for(i=1;i<20;i++) //查电阻表，形成当前温度值

{if (rt>=wd[i]) break;}