传感器设计—温度控制器—鱼缸水温自动加热系统

鱼缸水温加热控制器
• 热电阻的引线的三种方式 ○二线制：在热电阻的两端各连 接一根导线来引出电阻信号这种引线方法很简单，但由于 连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度 的因素有关，因此只适用于测量精度较低的场合
• ○三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端 连接两根引线，通常与电桥配套使用，可较好的消除引线 电阻的影响，在工业过程控制中最常用。
• 桥式整流滤波电路
• 变压器T、二极管D2~D5组成12v式桥式整流滤波电路， 利用二极管的单向导电作用，它可将交流电变换为直流电 。其中变压器T把220v交流输入电压转化为整流电路中 12v交流电压。
• 555定时器
基本电路元件
基本电路元件
• 继电器 电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧 片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就 会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁 力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动 衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后 ，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返 回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释 放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断 的目的。
电压值，然后通过555定时器的电压参数变化监测温度， 控制加热器的工作。 流程图
鱼缸水温加热控制器
• 热电阻测温原理 在工业应用中，热电偶一般适用于测量 500℃以上的较高温度。对于500℃以下的中、低温度， 热电偶的输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗 干扰措施等的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且 ，在较低温区域，冷端温度的变化所引起的相对误差也非 常突出。所以测量中、低温度一般使用热电阻温度测量仪 表较为合适。
鱼缸水温加热控制器
一、基本原理 二、元器件的选择 三、制作、调试和应用
引言
•
对于具有观赏价值的热带鱼，为使它们安全过冬，需
要对鱼缸温度进行监测，并实现自动加温，使得水温保持
在26度左右。这里介绍的鱼缸自动加热控制器，不但工作
可靠，稳定性好，而且结构简单，适合爱好者自己动手制
作。
基本原理
原理概括 使用热敏电阻直接感受鱼缸温度，将温度变化转化为
• 设控制温度为26℃，在此温度下调节电位器Rp，使 Rp+Rt=2R1，IC1输入端（2脚）UR1=1/3Vcc。
温控电路
• 当水温超过26℃时，Rt阻值增大，R1分压减小， UR1<1/3Vcc,进入暂稳态，IC1输出端（3脚）为高电平， 指示灯LED发光，继电器K1-1吸合，加热器通电工作。其 中暂稳态时间t取决于R2、C1乘积，当R2=1MΩ、 C1=10uF时，t=1.1R2*C1=11s。
• 发光二极管LED、二极管D1、继电器K连接IC1输出端（3 脚）。当IC1输出端（3脚）为高电平时，电压继电器K吸 合，指示灯ＬＥＤ亮，反之，ＬＥＤ灯灭。
基本原理：加热器功能的实现
• 加热电路
• 加热电路由加热器、继电器K1-1及220v交流电源组成， 交流欠电压继电器K1-1有一对常开触点，当线圈电压达到 或大于某额定值时，衔铁吸合，反之，衔铁释放。因此， 当IC1输出端（3脚）为高电平时，K1-1吸合，加热器工作 ，反之，K1-1释放，加热器停止工作。
• ○四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线，其中两 根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U， 再通过另两根引线把U引至二次仪表。该引线方式可完全 消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。
鱼缸水温自动加热控制系统
流程图
制作应用
基本电路 图
元器 件选 取
电路 原理 分析
• ຫໍສະໝຸດ Baidu制流程图
• 3.应用。将调节好的电路板装入事先准备好的塑料机壳内 ，将它安放在不会溅到水的位置，使用一天工作正常后即 可正式投入使用。市电电压在±10%范围内的变化不会影 响控制器的正常工作。
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元器件选择 • 变压器T用220V/12V、3VA小型电源变压器。XP、XS用
普通交流电源插头、插座。
• 加热器可用成品鱼缸加热管，也可用35~70W内热式电烙 铁铁心为发热元件、石英砂为填料、试管和橡皮塞为密封 外壳组成，将它浸入装有变压器油的铜管，但使用时要防 止漏油污染鱼缸。
制作、调试和应用
• 对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继 电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触 点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
元器件选择 • 热敏电阻Ｒｔ采用负温度系数的热敏电阻做成传感器。 • IC1采用NE555型时基集成电路，均为双列直插式塑料封
装结构，８个引脚。
• 继电器K用JZC-23F、220V/5 AC、DC 9V超小型中功率 继电器，有一组转换接点，5个引脚，可直接插焊在印刷 电路板上，引脚排列如图。其尺寸为 22mm×16.2mm×16.5mm。
• 金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量，其 特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，其温度系数更大 ，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性 较差，非线性严重。
鱼缸水温加热控制器
• 热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而且稳定的温度系 数、电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸）、 在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复 制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系（最好呈线 性关系）。
• 目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。铂电阻精度高， 适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性 ，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值 和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超 过150易被氧化。中国最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和 R0=1000Ω等几种，其分度号分别为Pt10、Pt100、 Pt1000；铜电阻有R0=50Ω和R0=100Ω两种，其分度号为 Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。
• 加热11s后，若水温仍低于26℃，则IC1（引脚2）仍小于 1/3Vcc,IC1输出端（3脚）为高电平，继续加热。若水温 高于26℃，Rt阻值减小，R1分压增大，IC1（引脚2） UR1>1/3Vcc,则暂稳态结束后电路立即复位，IC1输出端 （3脚）为低电平，指示灯LED熄灭，继电器K1-1释放， 停止加热。
• 1.制作。除热敏电阻和加热器外，电子元件均安装在尺寸 为80mm×50mm的自制电路板上。热敏电阻Rt与塑料导 线连接好以后，将焊接点和Rt用热溶胶密封，待固化后即 成为防水性能良好的测温探头。
• 2.调试。调节电位器Rp至最小阻值，将测温探头插入水中 ，水中另插一支温度计，缓慢导入热水并搅拌混合，电路 将从暂稳态回到稳态（LED不亮），同时注释温度计温升 情况，当水温上升至26度（预定控制温度）时停止加水， 待温度计开始下降时逐渐调大电位器Rp阻值，直至LED发 光同时听到继电器K的吸合声就停止调节，然后将电位器 紧锁或用火漆封固。
元器件选择 • 继电器K1-1为有一对常开触点的交流欠电压继电器。
元器件选择
• D1用1N4148型硅开光二极管。D2~D5用1N4001型硅整 流二极管。LED用Φ5mm红色发光二极管。
• Rp采用有机实心微调电位器，如WSW、W2S型。R1~R2 用1/8W碳膜或金属膜电阻。C1、C3用CD11~16V型普通 电解电容器，C2用瓷介电容器。
设定预置温度
鱼缸水温加热控制器
加热
温度 检测
温度未 达设定 值 停止加热
温度 已达 设定 值
基本原理图
温控电路
• 555定时器温控电路
• 电路结构：电路采用负温度系数的热敏电阻Rt作为传感器 ，由电位器 Rp、热敏电阻Rt和电阻R1和555定时器（IC1 芯片）构成单位态电路进行温度控制。
• 工作过程：电路平时处于稳定状态，IC1输出端（3脚）为 低电平，LED不发光，继电器K不工作，常开接点K1-1为 释放状态，加热器不工作。