闭环温度控制器设计闭环温度控制器设计.doc

1．方案设计与分析 为了将温度的变化和电路中电压的变化联系在一起，故在电阻电桥中添加一个感温元件热敏电阻Rt，由此热敏电阻接受温度的变化，从而转化为向后传输的电压的变化。电压跟随器U1，U2和运算放大器U3构成闭环放大电路，由此放大电路放大的电压传输给后面的U3滞回比较器，由U3比较出电压的变换量，从而控制加热系统是否进行加热，即使灯泡发光或熄灭。 2．电路设计框图及功能说明 该电路初始时候设定一个温度值，即为那时候的电压电流值为初设值，将此时候的电流值传输给电压测量放大器，经放大器对电压的放大将电流传输给滞回比较器，在一定范围内滞回比较器输出的电压值是不会变化的，而当输入的电压的变化范围确实是很大时候就会导致滞回比较器的输出电压发生变化，滞回比较器输出的电压传输给隔离驱动电路，在电流流过隔离驱动电路时候，从而使电路中的发热元件发热，是温度升高。升高的温度会由热敏电阻接受，从而由温度传感器传输给设定值的电压比较器，有电压比较器作出决定，减少电压的输入量，是发热源减少发热，从而使温度下降下来。反之，当发热源发热不足时候温度传感器传输给设定值处的电压比较器的电压值变小，从而导致输入电压量变大，从而加大加热源的加热功能。使温度处于一定得范围内，从而达到对温度的控制功能。 图1闭环温度控制框图 2.1 电阻电桥电路 图2电阻电桥电路图 如上电阻电桥电路是由不同的阻值的电阻和热敏电阻Rt组成，通过改变不同Rp的不同阻值，在电桥电路的输出端就会得到不同的输出电压，当设定好阻值后，当温度发生变化时候，热敏电阻Rt就会有很大的变化，从而导致电桥输出端输出电压发生很大的变化，从而影响后面的电路效果。 在如上电桥电路中，电桥平衡的条件为： R1*Rt=(Rp+R2)*R3 电桥平衡时 U1=U2 2.1.1关于热敏电阻 　热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件．热敏电阻由半导体陶瓷材料组成， 利用的原理是温度引起电阻变化若电子和空穴的浓度分别为n、p，迁移率分别为μn、μp，则半导体的电导为： 　　σ=q（nμn+pμp） 　　因为n、p、μn、μp都是依赖温度T的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线．这就是半导体热敏电阻的工作原理． 热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻（CTR）热敏电阻的主要特点是：灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6的温度变化；工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；易加工成复杂的形状，可大批量生产；稳定性好、过载能力强。 图3电压跟随器 图4电压放大器 图5闭环放大电路 2.3滞回比较器 滞回比较器是用于控制电压输出的一种器件。在电路设计中，经常用到比较器，比如温度控制。如果只用运放做的差分比较器，缓慢变化的输入信号，当其接近门限电平时，叠加在信号上面的干扰信号会使比较器产生误翻转，这就是所谓的电平比较器“振铃”现象。这样温度加热装置处于连续的开关状态。为了解决这些问题，采用滞回比较器比较合适。从电路的输出端至运算放大器同相输入端之间引入一个正反馈，就称为滞回比较器，电路原理图及特性如上图所示，从图中可以看出，传输特性具有滞回线形状。如果设比较器输出高低电平电压分别是UoH和UoL，这个电路产生的两个门限电压U1和U2分别为U1=(UR*R1)/(R1+R2)+(UoLR2)/(R1+R2) （2-1）U2=(UR*R1)/(R1+R2)+(UoHR2)/(R1+R2)（2-）U2的U1的差值称为滞后电平，值为U2－U1＝R2(UoH－UoL)/(R1+R2)（2-）由此可以算出，滞后电压可以用R1和R2来调节，合理选择大小，使之稍大于预计的干扰信号，就可以消除上述“振铃”现象，从而提高了抗干扰能力。但是使用时应该注意的是：加宽输入转换区，就不可能规定很窄的比较电平，使检测误差增大，所以U2的U1的差值不要取得太大。 图6滞回比较器 2.4加热系统 加热系统是由一灯泡代替的，有灯泡代替能够比较明显的观察到电路是否加热。 图7加热系统 2.4.1关于温度传感器 近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；(1)传统的分立式温度传感器(含敏