電子溫控器

時間：2024-07-01 06:42:37 電子信息工程畢業論文我要投稿

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電子溫控器

1 設計要求
1.1用所學知識，聯系實際，設計出一款簡單有效的溫控電路；
1.2控制溫度從0~100攝氏度連續可調；
1.3控制溫度精度可達±0.2攝氏度；
1.4使用通用器件。
2 技術指標
2.1電源：直流（DC）12V；
2.2繼電器最大工作電流：200mA；
2.3電路工作溫度：－10~25攝氏度；
2.4繼電器功率：2×1.5KW；
2.5控制電路功耗：350mW。

電子溫控器
摘要本電路通過電橋電路對溫度采樣，并對采樣信號經過精確放大、比較，來調整加熱器的工作狀態，從而使溫度精確保持在一穩定值。
關鍵詞電橋電路、Cu100、電橋采樣、OP77、電壓比較、飽和導通。
1 引言
隨著科技的發展，人們對事物的要求越來越高。尤其在科研領域，為使實驗結果更加精確，更加具有權威性，其對實驗環境要求之高乃是常人難以想象的。由于溫度對決大多數物質來說都有影響，所以，對環境溫度的理想控制一直以來是人們急待解決的問題。
此次設計由于時間以及各方面限制，在盡量保證溫度控制精確的前提下，借先人經驗，經過合理修改，成為一款結構簡單，性能優越的溫度控制電路。可以給一般實驗提供較為良好的工作環境。
2 總體設計方案
2.1設計思路
傳統的機械式溫度采樣體積相對較大，精度還不夠高；而以往電橋式采樣，其工作范圍最多在0~95攝氏度。本次設計取樣電路采用Cu100,經可調電阻設定溫度（其理論工作溫度在－50~150攝氏度之間），通過OP77的多級精確放大比較，驅動控制開關來控制加熱器，使被控體溫度始終保持在設定值上，從而來滿足人們工作及研究的一般性需求。
2.2溫控器方框圖

設計原理分析
3.1核心元件介紹
OP77
OP77運算放大器實物外形如右圖所示，是美國PRECISION MONOLITHICS INC.的產品，是一款公認的精密、低噪聲、低漂移運算放大器。其內部設有短路保護系統，防止負載短路時損壞器件。其2腳、3腳分別為反相輸入和正相輸入端、6腳為輸出端、7腳、4腳分別接正負12V電源、1腳、8腳為輸入端、5腳為空腳。

銅熱電阻Cu100
Cu100分度表（ITS—90）

溫控器電路圖如下所示：

溫控器原理圖
基準電壓與調整電路：D1、R1、RP1、RP2；
電壓采樣電路：R2、Rz；
電壓放大電路：IC1、IC2、RP3、RP4；
電壓比較電路：IC3、R3、R4、R5、RP5；
放大驅動電路：IC4、Q、D2、D3、J、R6、R7、R8、R9、R10、RP6、RP7。
3.2電路原理
電路中RP1和D1為采樣電橋電路提供穩定的5V電壓，減少由于電源電壓波動對采樣電路造成的影響，提高電路的可靠性與精度。OP77的1腳和8腳也為輸入端，從RP3到RP6均接到這兩個管腳上，并將中間抽頭接到電源端，將其調到一合適值，使1腳與8腳電位達到一種平衡，從而防止外界變化對電路的干擾，提高電路的可靠性。
預先設置RP2，將所需溫度調到50攝氏度，電路開始工作時，假設受控物溫度為0攝氏度，則Rz將環境溫度轉換為0.5mV的電壓送到到IC2的同相輸入端。IC2的2腳和6腳用導線連接，在此僅做為電壓跟隨器。由IC2的6腳輸出一正電壓，經R3加到IC3反相輸入端。同理，此時，IC1的同相輸入端由基準調整電阻RP2提供1mV的高電平，它輸出電壓正，經R4加到IC3正相輸入端。
前方輸入的這兩電壓存在差值，于是IC3對其進行比較放大。（Up與Uz分別表示IC1與IC2輸出電壓）由虛短和虛斷：

由于R3與R5阻值的巨大差別，因此，Uo3的值較Up與Uz亦有了百倍級的放大，輸出一個負電壓，經R6加到IC4的反相輸入端。
    IC4的正相輸入端接地，而反相輸入端加一負電壓，與上面公式同理得，IC4的6腳將輸出一個較Uo3大數倍的正電壓，經R8加到開關管Q的基極。RP7為負反饋電阻，保證差值電壓的精確放大。三極管Q原本處于截止狀態，加上Uo3這一電壓后，Q便會立即飽和，此時12V電源經Q發射極與集電極加到繼電器上產生感應磁場，使繼電器動觸點便吸合，220V電壓便加到加熱器上，開始給受控物加熱。R9和R10為開關管Q提供偏置電壓。當繼電器加電之后，指示燈D2便點亮，指示工作狀態。
    加熱器持續加熱，環境溫度逐漸上升到設定溫度，同時采樣電阻Rz阻阻值亦上升。當其值與RP2達到平衡后，IC2的同相輸入端也加上一個與IC1同相輸入端相同的電壓。經IC1、IC2同相跟隨之后，共同加到IC3的正反相輸入端。由于此兩電壓相等，所以IC3輸出為零。同理，IC4輸出亦為一個低電平。加到Q基極，使其截止，從而繼電器J失電，動觸點復位，切斷加熱器的供電電路。D3在這里是防止J失電時，自身產生的感應電壓不能形成回路，將繼電器燒壞。上述過程根據受控物溫度變化反復進行，使其始終保持在設定值上。
3.3電路測評
本電路受控開關——電磁繼電器，由于前一部分采樣與放大電路的設計精度較高，所以其吸合與斷開較為頻繁，影響其壽命，并且其可靠性不如電子開關。可用電子開關及其相應控制電路來改進這一缺限，從而進一步提高電路性能。電路的前部采樣與比較放大電路精度較高，其后部可通過增加其它相應電路來提實現更多功能。可適用于一般單位的較高精度溫度控制。
4 說明
    本電路在參考文獻上所用運算放大器型號為OP07，但在元件參數查詢時，發現了OP77這一升級產品，它們相應管腳功能與工作電壓均相同，但性能更優于OP07。因此，本電路采用OP77，以方便元件的替換。
5 設計總結
    通過此次課程設計，使我們能夠把所學知識從書本上拿下來，應用到實際生活之中，使學習從質上發生了飛躍。在圖書館及互聯網上查閱資料，增強了我們查閱資料、組織材料的能力。并通過對電路CAD軟件Protel99的使用，認識到計算機輔助設計的方便快捷與智能。從知識的實際應用中認識到自己的不足，以便于在以后的學習與工作中能夠從整體的高度認識自已，完善自己。
參考文獻
[1] 彭介華.電子課程設計指導 [M].北京:高等教育出版社, 1997(2004重印)
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[3] 楊長春.2002年《電子報》合訂本世紀[J].成都：四川科學技術出版社，2002.12
[4] 精密運算放大器參數
[EB/OL].
[5] 中國傳感器
[EO/OL].

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