温度控制电路设计分析—电路图天天读（272）

　　一、可调上下限的温度控制电路图

　　在工业生产过程中往往要使温度控制在一定范围内。

　　若设其上限温度为TH、下限温度为TL，则温度控制在TH与TL之间，如图1所示。若温度超过TH，则需要冷却降温；若温度低于TL，测需加热升温。

　　本文介绍采用新型温度开关（TTS-202）组成的上下限温控电路。它的特点是电路简单可靠；上下限温度何任意设定（上限温度最大值为100℃，下限温度最小值为10℃）；阈值温度重复精度高，其典型值为±0.5℃。

　　1.1  TTS-202简介

　　TTS-202是一种可连续调整控制温度（阈值温度）的温度开关，也是一种特殊的单向可控硅。与一般单向可控硅不同的是，它无需触发电流而导通，而受温度控制：当温度低于阈值温度时，温度开关关断；达到或超过阚值温度时，温度开关导通。与一般单向可控硅相同的是，一旦导通后，即使温度降到阈值温度以下，它也不断开，只有导通电流降到维持电流以下时才关断。

　　TTS-202为T0一92封装，其管脚排列及典型应用电路如图2所示。图中RGA是调整阈值温度的电阻，若采用电位器则其阚值温度连续可调；CGA为防止干扰而设的电容，RL为负载电阻。当温度低于阈值温度时，邢-202截止，Va输出低电平；当温度达到或超过阈值温度时，TTS_202导通，Vo输出高电平。

　　TTS-202阈值温度范围10～100℃，可用RGA为470kΩ电位器来调整，电阻值越大，阈值温度越低。由于TTS_202在生产中有一定的离散性，在同样的RGA下，其阕值温度有一定的差别，所以在应用时要适当地调整。

　　1.2   电路工作原理

　　上下限温控电路如图3所示。它由1/24011（A和B）及阻容组成的多谐振荡器、两个TTS_202组成的上限、下限阈值温度控制器及另一半4011（C和D）及V等组成的输出电路部分构成。

　　采用1/24011的A及B组成的振荡器输出方波作为两个TTS_202的电源，其目的是使温度开关在降到阈值温度后可关断。

　　SA温度开关为上限温度开关、SB为下限温度开关，分别由RP1、RP2来设定（调整）其阈值温度。Ⅰ、Ⅱ为两输出端，输出高电平或低电平来控制加热或冷却装置。

　　设TH为上限温度、TL为下限温度，Ta为实测温度，则在不同温度时，SA、SB的输出及Ⅰ、Ⅱ的输出电平状态如下表所示。

　　Ⅰ及Ⅱ的输出可与工作电压为5v的单片机I/O口直接接口，由单片机输出来控制加热或冷却装置。

　　Ⅰ及Ⅱ的输出也可以经继电器或光电耦合器来控制加热器或制冷器，如图4及图5所示。在图4中，当I输出为高电平时，高电平（约5V）向电容c充电，当达到一定电压时，三极管V导通，继电器吸合，其触头可控制制冷器或冷水冷却电磁阀门等。在电路中电容C的目的是防止温度在阈值附近变化时，使继电器产生频繁的通断。

　　图4的电路接Ⅱ的输出时，当Ⅱ输出高电平时，继电器吸合，利用其常开触头来控制蒸气加热电磁阀门或接通接触器，由市电通过加热器来加热。

　　在图5中，当I输出高电平时，V导通，光电耦合器MOC3020中的LED亮，使内部光控可控硅触发导通，相继外接双向可控硅BCR导通，负载R；得电。图中R为限流电阻，其阻值与VCC有关，可用下式估算：

　　R（kΩ）=（Vcc-1.2V）／10mA若接Ⅱ输出时，必要时图5中的10kΩ电阻可根据V的放大倍数作适当的调整。

　　
图1

　　1.3  调整方法

　　在实际使用中，SA、SB两只TTS-202应做成温度探头，即用适当长度的软导线焊接TTS-202的A、K、G极，并将焊接部分相互绝缘，外面用环氧树脂固封，防止在液体中电极之间因绝缘不良而造成故障。三根软导线外用屏蔽套套起来并接地则更好。

　　将SA、SB做成的探头放在被控制的容器中，并在探头旁放一支精度为0.1℃的温度计来检测温度。当温度达到TL时，调SB的RP2，使SB输出由低电平刚变成高电平；当温度达到TH时，调SA的RPI，使SA输出由低电平刚变成高电平。这样反复调整两次即可。

　　
图2

　　二、简易实用模拟温控电路原理

　　2.1   温控总电路组成

　　温控电路主要由电源部分、温度检测元件、信号放大、比例积分、电压比较、移相触发控制继电器、超温保护、加热炉和LED显示几部分组成，其电路结构如图1所示。

　　

　　图3 温控系统电路组成图

　　由 温度检测元件可以检测到温度值信号，该信号经过放大后输送至比例积分电路并与温度设定电压比较，比较结果输送至相触发电路产生可变周期的脉冲以触发固态继 电器中可控硅导通角，从而可控制加热装置的加热功率，达到控制温度的目的。温度补偿电路减少室温对温度测量准确度的影响；超温保护电路可以保证在加热温度 超过设定值时，装置停止加热，起到保护设备的作用。

　　2.2  各分电路设计

　　2.1. 1 电源电路

　　温控电路中需要直流电压的器件为运算放大器及电子信息显示模块。该电压由220V交流电压经整流滤波后加。至三端稳压器输出得到。其电路如图2所示。

　　

　　图4 电源电路图

　　2．3 输入温度信号放大及温度补偿电路

　　用感温元件镍硌一镍铬K型热电偶作温度传感器来采集温度信号，温度信号为mV级，实际测量时需经过放大处理。热电偶测量温度信号受工作端温度 和自由端环境温度影响，所以测量中需要加补偿信号消除环境温度变化对温度测量的影响。具体电路如图3所示。

　　

　　图5 信号放大及温度补偿电路

　　编辑点评：本文介绍了两款温度控制电路，模拟温控电路与数字电路相比，其设计及实现过程更为简便，所以采用简易实用的模拟电路实现温控电路的设计。
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