闭环温度控制器 正文 代启亮.doc

综述 闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。温度，对它的测量与控制有十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，控制。 图2-1闭环温度控制框图 2.1 电阻电桥电路 图2-2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2-3电压跟随器 图2-4电压放大器 图2-5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2-6滞回比较器 图2-7滞回比较器的传输特性 2.4加热系统 此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2-8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(含敏感元件)；(2)模拟集成温度传感器／控制器；(3)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类：一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器。 接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这是的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并可测量物体内部的温度分布。但对于运动的、热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。 非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。常用的是辐射热交换原理。此种测稳方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测量温度场的温度分