温度控制器的设计与技巧

河南省南阳农业职业学院 司荣峰 杨东福



温度控制器的设计与技巧

河南省南阳农业职业学院 司荣峰 杨东福

【摘要】该实用温度控制器是由热敏电阻作为传感元件，由极性相反的NPN与PNP型两个小功率三极管组成高灵敏度开关元件，开关元件控制光电三极管，光电三极管直接控制可控硅的控制极，可控硅的导通与断开去控制加热元件，从而形成了恒温控制器。

【关键词】传感元件；可控硅；恒温控制；加热元件

引言

在许多动、植物的养殖与种植过程中，经常要采用恒温控制，恒温控制范围大都在20～36℃，这里就恒温控制原理进行必要的研究。

1　恒温控制方案介绍

如图1所示，恒温控制电路系统由温度探头，温度探头感觉到的微小信号作为放大元件的基极信号；放大元件运用的三极管是PNP型，开关元件运用的三极管是NPN型，于是，放大元件基极电流的很小变化就能使集电极电流有很大的变化，在其集电极电阻上会产生较高的电压变化，该电压变化作为开关元件的输入电压，加在了开关元件的发射结上，足以使开关元件导通，大大地提高了开关元件的灵敏度；开关元件与输出元件之间用光电耦合器，使前、后元件之间只有信号的关系而无电路上的关系，避免了输出元件对控制元件的干扰；输出元件采用了可控硅，无触点控制电路的通断，有效地提高了电路的稳定性。

图1　恒温控制方块图

2　模拟电路部分

2.1模拟电路

恒温控制模拟电路，如图2。控制电路部分的电源采用了5V充电器电源，再经过D1～D3串联之后，给控制电路提供3V的电压；感温探头是负温度系数的热敏电阻Rt；放大元件由V1、R1、RP1、R2组成；开关元件由V3、V2、R3组成；D5指示电路的工作状态；输出元件的控制由光电耦合器元件D4和V4组成 ；输出元件由D7～D10、R5、D6、SCR组成；负载元件是RL。

图2　恒温控制原理图

2.2模拟电路的原理

把热敏元件Rt固定在温箱中，当恒温控制箱中温度下降到规定值时，Rt的电阻值就增大到合适值-→Rt上电压就相应地增大到合适值-→V1基极电流就增大到合适值-→V1的集电极电流就放大到合适值-→R2上电压就放大到合适值-→V2就变成饱和而导通-→V2的集电极电位就下降到饱和值-→V3的集电极电位就升高到截止值-→D4与D5中无电流就不发光，光电耦合器中的V4不导通，可控硅SCR的控制极与阴极之间就电阻较大，有一定的控制电压，控制极与阳极之间就导通，负载RL中就有电流通过，实现对温箱的加热。

当恒温控制箱中温度升高到规定值时，系统的工作过程正好相反。

简言之，温度达到规定值时，RL停止工作；温度降到规定值时，RL就开始加热，如此循环，温箱中温度保持恒定，这就是系统的工作原理。

3　电路参数的设计

①二极管

D6、D3、D2、D1为整流二极管，如1N4001～1N4005；D10、 D9、D8、D7也是整流二极管，由可控硅SCR决定其工作电流； D5 为1.5V的红色发光LED。

②三极管

V1为9015型；V2和V3为9014型。

③电阻

Rt=1kΩ（负温度系数），Rp1=10kΩ微调电阻，Rp2=50kΩ微调电阻，R1=2kΩ，R2=15kΩ，R3=6.8kΩ电阻，R4=390kΩ，R5=47kΩ。

④光电耦合器

光电转换元件为EL817，四个管脚，体积较小。

⑤晶闸管

单向晶闸管SCR的额定电流由负载RL决定。

注意：D10～D7的电流应该大于SCR的电流 ，SCR的电流应该大于RL的电流，电路就能正常工作。

4　系统的组装

4.1线路板

线路板的尺寸为6.8cm×2.8cm，采用1：1制作，如图3所示。

图3　恒温控制印刷电路图

4.2线路板的装配

①线路板焊装前，要认真检测每个元件，细节决定成功。

②线路板焊装中，要准确无误，每个元件的焊接时间不要超过5秒，防止烧坏元件，焊点要光滑完整。

③线路板焊装后，元件要分布均匀，如图4。

④线路板部分与电源部分连接，再与负载、热敏电阻连接好，最后，把电源部分与线路板部分装到塑料盒中，塑料盒先不封口，如图5。

图4　恒温控制主板电路

图5　恒温控制连线图

4.3线路板的调整

①主线路板。先用100W的灯泡模拟负载RL；闭合220V电源；让Rp2的电阻值慢慢变小，直止灯泡变到正常亮度为止；最后，把灯泡换成合适的加热器件。

②控制电路。把加热器件RL固定到恒温箱的底部，恒温控制器固定到箱体外部，把温度计与热敏电阻固定到箱内同一高度，如图6。

接通220V电源，加热器件RL逐渐加热，温度计的读数逐渐升高，当温度计的读数升高到需要值时，把RP1的电阻值慢慢调小，直到红色指示灯恰好变亮，负载RL停止加热，控制电路调整完成。

图6　恒温控制箱体图

5　结束语

该恒温控制电路的特点是元件虽少，但它带动的负载功率大；抗干扰能力强，灵敏度极高；采用分立元件，出现故障容易判断；制作成本低，值得推广。

参考文献

［1］刘式雍，等.电工技术［M］.北京：高等教育出版社，1985.

［2］罗国强，罗伟，等.实用模拟电子技术［M］.北京：科学出版社，2009.

［3］宋贵林，姜有根，等.电子线路［M］.北京：电子工业出版社，2006.

［4］马质璞，万玉吉，郭一博，谭骥.基于高灵敏恒温控制器的设计与应用［J］.机电工程技术，2015（9）：88-90.

司荣峰（1986-），男，辽宁大连人，大学本科，研究方向是电工与电子技术。

作者简介：