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        溫度控制器的設(shè)計與技巧

        2016-07-01 01:39:52河南省南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學院司榮峰楊東福
        電子世界 2016年10期
        關(guān)鍵詞:可控硅

        河南省南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學院 司榮峰 楊東福

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        溫度控制器的設(shè)計與技巧

        河南省南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學院 司榮峰 楊東福

        【摘要】該實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、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作為放大元件的基極信號;放大元件運用的三極管是PNP型,開關(guān)元件運用的三極管是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的關(guān)系而無電路上的關(guān)系,避免了輸出元件對控制元件的干擾;輸出元件采用了可控硅,無觸點控制電路的通斷,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??刂齐娐凡糠值碾娫床捎昧?V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,當恒溫控制箱中溫度下降到規(guī)定值時,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通,負載RL中就有電流通過,實現(xiàn)對溫箱的加熱。

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

        簡言之,溫度達到規(guī)定值時,RL停止工作;溫度降到規(guī)定值時,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

        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EL817,四個管腳,體積較小。

        ⑤晶閘管

        單向晶閘管SCR的額定電流由負載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,要認真檢測每個元件,細節(jié)決定成功。

        ②線路板焊裝中,要準確無誤,每個元件的焊接時間不要超過5秒,防止燒壞元件,焊點要光滑完整。

        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,溫度計的讀數(shù)逐漸升高,當溫度計的讀數(shù)升高到需要值時,把RP1的電阻值慢慢調(diào)小,直到紅色指示燈恰好變亮,負載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是元件雖少,但它帶動的負載功率大;抗干擾能力強,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

        [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,羅偉,等.實用模擬電子技術(shù)[M].北京:科學出版社,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)計與應(yīng)用[J].機電工程技術(shù),2015(9):88-90.

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

        作者簡介:

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