專利名稱:熱電偶參比端0℃恒溫器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型是有關(guān)溫度計量儀器,尤指一種由單片計算機(jī)控制的半導(dǎo)體致冷式熱電偶參比端0℃恒溫器。
一個典型的現(xiàn)有技術(shù)是,由本人設(shè)計,云南儀表廠已批量生產(chǎn)了十多年的熱電偶參比端0℃恒溫器,它的溫度控制系統(tǒng)是采用模擬電子線路的常規(guī)PI控制器,控制晶閘管整流器的導(dǎo)通角,以調(diào)節(jié)半導(dǎo)體致冷器的工作電流而實現(xiàn)的。參閱雜志《自動化儀表》1985年第8期,第20頁。這種裝置的溫度控制系統(tǒng),<1>由于采用的鉑電阻溫度傳感器及其它元器件的老化,經(jīng)長期使用后,其參數(shù)會產(chǎn)生漂移,致使被控溫度產(chǎn)生偏移;<2>功率放大器由晶閘管可控全波整流電路組成,使半導(dǎo)體致冷器工作電流的紋波系數(shù)較大,致冷效率較低,且工頻變壓器比較笨重;<3>由硬件實現(xiàn)的常規(guī)PI控制,其比例系數(shù)和積分時間常數(shù)是固定的,難于獲得理想的控制品質(zhì);<4>采用水冷卻的一級半導(dǎo)體致冷,使用不方便。
本實用新型的目的,在于設(shè)計一種能克服上述缺點,由單片計算機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字智能控制溫度的熱電偶參比端0℃恒溫器。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的,由溫度控制系統(tǒng)、恒溫體和熱電偶參比端接點裝置等組成的熱電偶參比端0℃恒溫器中,溫度控制系統(tǒng)是由數(shù)字智能控溫系統(tǒng)構(gòu)成的,而數(shù)字智能控溫系統(tǒng)可以是由測溫石英晶體振蕩器、單片計算機(jī)系統(tǒng)、功率放大器和半導(dǎo)體致冷器等部分組成的。單片計算機(jī)系統(tǒng)對恒溫體的溫度進(jìn)行檢測和控制,其控制方法和控制規(guī)律是由智能軟件實現(xiàn)的。
本實用新型中的溫度傳感器可以是測溫石英晶體,由測溫石英晶體振蕩器,把溫度信號轉(zhuǎn)換為頻率信號。
本實用新型中單片計算機(jī)可以與數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連,而數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出接至功率放大器的輸入端。
本實用新型中的功率放大器可以由一個可控恒流源電路實現(xiàn),也可以是其它直流功率放大器。
本實用新型中的半導(dǎo)體致冷器可以是風(fēng)冷式二級半導(dǎo)體致冷,其熱端與散熱器相連,冷端與恒溫體接合。
本實用新型中的單片計算機(jī)還可以通過接口電路與溫度數(shù)字顯示器相連。
上述熱電偶參比端0℃恒溫器的基本工作原理如下
當(dāng)被控對象恒溫體的溫度偏離0℃時,安裝在其內(nèi)部的測溫石英晶體的諧振頻率發(fā)生變化,使測溫晶體振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化,單片計算機(jī)檢測到頻率變化信號后,根據(jù)偏差信號的大小及其變化速率等參數(shù),由智能控溫程序進(jìn)行處理,換算成相應(yīng)的數(shù)字控制信號,輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬控制信號,再經(jīng)功率放大后,控制半導(dǎo)體致冷器的工作電流,實現(xiàn)對恒溫體的溫度控制,使其穩(wěn)定在0℃上。
本實用新型采用石英晶體作為溫度傳感器,由于其具有極高的穩(wěn)定性和極高的測溫靈敏度,既減小了被控溫度可能產(chǎn)生的漂移,又提供了進(jìn)行高精度控溫的可能性。由單片計算機(jī)系統(tǒng)組成的溫度控制器,數(shù)據(jù)處理和控制規(guī)律都是由智能軟件實現(xiàn)的,不會受元件參數(shù)漂移的影響,又可以實現(xiàn)變參數(shù)智能控制,獲得理想的控制品質(zhì)。同時,采用開關(guān)電源和功率放大器進(jìn)行直流平滑調(diào)節(jié),減小了半導(dǎo)體致冷器工作電流的紋波系數(shù),從而提高了半導(dǎo)體致冷器的致冷效率,且省去了笨重的工頻變壓器。
圖1所示為本實用新型的熱電偶參比端0℃恒溫器的原理框圖。
圖2所示為本實用新型中的測溫石英晶體振蕩器、恒頻石英晶體振蕩器、混頻電路及放大整形電路的原理電路圖。
圖3所示為本實用新型中的單片計算機(jī)系統(tǒng)和功率放大器的原理電路圖。
圖4所示為本實用新型中的控溫程序流程圖。
圖1所示是本實用新型的熱電偶參比端0℃恒溫器的優(yōu)選實施例的原理框圖。圖2、圖3所示為本實用新型的優(yōu)選實施側(cè)中的數(shù)字控溫系統(tǒng)的有關(guān)電路原理圖。
圖2所示電路中,測溫石英晶體CL1與晶體管N1,電阻R6、R8、R10、R13及電容C2、C3組成一個典型的晶體振蕩器電路,其振蕩頻率隨晶體CL1的溫度變化而變化,而晶體CL2是放在被控對象恒溫體內(nèi)的,因此,測溫晶體振蕩器振蕩頻率的變化直接反映恒溫體內(nèi)的溫度變化,其靈敏度約為1000HZ/℃。石英晶體CL2與晶體管N2,電阻R7、R9、R11、R12,電容C4、C5,電感L2組成的也是一個晶體振蕩器,所不同的是,石英晶體CL2是一個恒頻晶體,它的諧振頻率不隨溫度變化而變化,因此,這個晶體振蕩器是一個恒頻振蕩器,其頻率信號作為混頻電路的基準(zhǔn)頻率。晶體管N3、N4,與電阻R14、R15、R16、R17,電容C8組成混頻電路,測溫振蕩器輸出的頻率信號與恒頻振蕩器輸出的基準(zhǔn)頻率信號,在晶體管N3處進(jìn)行混合,目的是求取其差頻信號,以便單片計算機(jī)內(nèi)部的計數(shù)器對其直接進(jìn)行計數(shù)。單片計算機(jī)AT89C51的計數(shù)器TO工作于計數(shù)器工作方式的模式1,對輸入的頻率信號進(jìn)行采樣計數(shù),計算機(jī)把頻率換算成對應(yīng)的溫度值,由串行口輸出給段式液晶顯示器LCD的專用驅(qū)動器AY-0438驅(qū)動LCD顯示恒溫體的即時溫度值。也可以不采用恒頻振蕩器和混頻電路,而采用外部計數(shù)器直接對測溫振蕩器的頻率信號進(jìn)行計數(shù),由單片計算機(jī)讀取其計數(shù)值來實現(xiàn)。晶體管N5、N6與電阻R18、R19、R20、R22,電容C9、C10,組成放大整形電路,對差頻信號進(jìn)行放大和整形后,輸出給單片計算機(jī)的計數(shù)器TO。圖3中所示的AT89C51是8位單片計算機(jī),其內(nèi)部4K字節(jié)的程序存儲器中固化有測量、顯示和智能控溫的程序,本實施例采用的是模糊PI控制規(guī)則,它根據(jù)即時溫度偏差值及其變化率、上一次的輸出量等參數(shù),由模糊規(guī)則表中求出相應(yīng)的比例系數(shù)和積分時間常數(shù),再根據(jù)PI控制規(guī)則,計算出本次輸出的控制量,經(jīng)12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX530轉(zhuǎn)換成模擬控制信號,送至功率放大器進(jìn)行功率放大,即控制由運(yùn)算放大器LM741與晶體管N7、N8,電阻R23、R24,組成的可控恒流源電路輸出電流的大小,以調(diào)節(jié)半導(dǎo)體致冷器B1的工作電流,使恒溫體的溫度穩(wěn)定在0℃上??販爻绦蛄鞒虉D如圖4所示。
權(quán)利要求1.一種熱電偶參比端0℃恒溫器,它由溫度控制系統(tǒng)、恒溫體和熱電偶參比端接點裝置等組成,其特點在于,溫度控制系統(tǒng)是由數(shù)字智能控溫系統(tǒng)構(gòu)成的,而數(shù)字智能控溫系統(tǒng)可以是由測溫晶體振蕩器、單片計算機(jī)系統(tǒng)、功率放大器和半導(dǎo)體致冷器等部分組成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電偶參比端0℃恒溫器,其特征在于,溫度傳感器采用測溫石英晶體,由測溫石英晶體振蕩器,把溫度信號轉(zhuǎn)換為頻率信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電偶參比端0℃恒溫器,其特征在于,單片計算機(jī)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連,而數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出接至功率放大器的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的熱電偶參比端0℃恒溫器,其特征在于,功率放大器可以由一個可控恒流源電路實現(xiàn),也可以是其它直流功率放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電偶參比端0℃恒溫器,其特征在于,半導(dǎo)體致冷器采用風(fēng)冷式二級半導(dǎo)體致冷,其熱端與散熱器相連,冷端與恒溫體接合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電偶參比端0℃恒溫器,其特征在于,單片計算機(jī)還可以通過接口電路與溫度數(shù)字顯示器相連。
專利摘要熱電偶參比端0℃恒溫器,它用測溫石英晶體作溫度傳感器,由單片計算機(jī)系統(tǒng)對溫度進(jìn)行智能控制,其功率放大器由一個可控恒源電路組成,致冷器采用風(fēng)冷式兩級半導(dǎo)體致冷,使恒溫器具有控溫精度高、溫度穩(wěn)定性好、效率高、輕巧和使用方便等特點。本裝置主要應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的計量檢定。
文檔編號G01K7/32GK2286874SQ9624061
公開日1998年7月29日 申請日期1996年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月16日
發(fā)明者王海華 申請人:王海華