[發(fā)明專利]一種多級(jí)細(xì)化精密溫度控制裝置及控制方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110424258.0
• 申請(qǐng)日: 2011-12-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102495650A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒豪杰;黃曉峰;王皓;顏小靈;曹星
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D23/30
• 分類號(hào): G05D23/30
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于溫度控制領(lǐng)域，涉及一種溫度裝置及控制方法，尤其涉及熱分析儀、恒溫浴槽、溫度校準(zhǔn)儀等儀器設(shè)備中需要精密溫度控制的精密溫度控制裝置和控制方法。

背景技術(shù)

溫度控制技術(shù)不僅僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，在許多精密測(cè)量?jī)x器儀表中也得到廣泛應(yīng)用。熱分析儀器用于測(cè)量材料特性與溫度的關(guān)系，如熱重分析儀通過(guò)程序控制線性升降溫和恒溫，以考察物質(zhì)的質(zhì)量隨溫度(或時(shí)間)的變化關(guān)系；差示掃描量熱儀和差熱分析儀通過(guò)程序控制線性升降溫和恒溫，以考察物質(zhì)內(nèi)部熱轉(zhuǎn)變相關(guān)的溫度、熱流的關(guān)系；熱機(jī)械分析儀通過(guò)程序控制控制線性升降溫和恒溫，以考察材料形變與溫度的關(guān)系；毛細(xì)管粘度計(jì)測(cè)量粘度時(shí)，因粘度與溫度相關(guān)性大，需要高精度的恒溫槽為毛細(xì)管粘度計(jì)構(gòu)建恒溫環(huán)境；溫度校準(zhǔn)儀同樣需要一個(gè)高精度的溫度環(huán)境對(duì)其他的溫度傳感器或溫度測(cè)量?jī)x表進(jìn)行標(biāo)定。在眾多與溫度相關(guān)的精密儀器儀表中，精密溫度控制裝置是保證其得到精確測(cè)量結(jié)果的重要條件。

上述精密測(cè)量?jī)x器一方面需要加大加熱器件功率、減小加熱對(duì)象熱容，以便減小測(cè)量時(shí)間，另一方面需要精確的溫度環(huán)境以保證得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。但如果可控功率粒度過(guò)大，很難實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制，溫度波動(dòng)范圍較大。目前溫度控制系統(tǒng)中，常用的功率控制方法有任意相角可控硅控制、過(guò)零型控制、PWM控制等。任意相角可控硅控制通過(guò)調(diào)整導(dǎo)通角調(diào)整輸出功率，導(dǎo)通角的計(jì)算需要采用三角函數(shù)，計(jì)算量大，并且由于零點(diǎn)檢測(cè)電路的延時(shí)帶來(lái)較大的誤差，并且開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通并不是交流電電壓的零點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)和測(cè)量?jī)x器內(nèi)部的干擾較大；PWM方式可以實(shí)現(xiàn)精確的功率控制，但由于采用斬波方式，對(duì)于大功率加熱器件，頻繁的大電流、高電壓開(kāi)關(guān)對(duì)測(cè)量?jī)x器內(nèi)部小信號(hào)測(cè)量電路干擾較嚴(yán)重，影響測(cè)量的準(zhǔn)確度；過(guò)零型控制在交流電的零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)大功率開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和截止，對(duì)電網(wǎng)和測(cè)量?jī)x器內(nèi)部干擾很小，但由于只能控制完整的半個(gè)交流電波形是否施加到加熱器件，若控制周期較小，則導(dǎo)致可控功率粒度過(guò)大，輸出的功率不是太大，就是太小，導(dǎo)致溫度波動(dòng)大，難以實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制；若控制周期較大，溫控系統(tǒng)響應(yīng)不及時(shí)，導(dǎo)致嚴(yán)重的低頻干擾。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上情形，本發(fā)明目的在于提出一種可控功率粒度小，對(duì)電網(wǎng)和測(cè)量?jī)x器內(nèi)部干擾小的多級(jí)細(xì)化精密溫度控制裝置和控制方法。采用多級(jí)功率控制單元對(duì)過(guò)零型功率控制粒度進(jìn)行細(xì)化，同時(shí)滿足對(duì)電網(wǎng)和測(cè)量?jī)x器內(nèi)部干擾小和可控功率粒度小的要求。

本發(fā)明所提出的多級(jí)細(xì)化精密溫度控制裝置，它包括微處理器模塊1、溫度采集模塊2和加熱控制模塊3，溫度采集模塊2和加熱控制模塊3分別與所述微處理器模塊1相連的；本發(fā)明還提出了一種多級(jí)細(xì)化精密溫度控制裝置中實(shí)現(xiàn)多級(jí)功率控制的功率分配方法。

所述溫度采集模塊2包括溫度傳感器2.1、電橋2.2、放大電路2.3、濾波電路2.4、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路2.5，還包括電壓基準(zhǔn)源電路2.6和電橋驅(qū)動(dòng)電路2.7。溫度傳感器2.1與電橋電路2.2相連，是電橋電路2.2的一個(gè)橋臂；溫度傳感器2.1組成的電橋?qū)⒈豢貙?duì)象溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；放大電路與電橋2.2相連，將電橋2.2輸出的信號(hào)放大到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路所需要的電壓范圍；放大電路2.2同時(shí)還與濾波電路2.4相連，濾波電路2.4進(jìn)行低通濾波，避免引起模數(shù)轉(zhuǎn)換電路混疊干擾；濾波電路2.4與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路2.5相連，將濾波后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；基準(zhǔn)電壓源電路2.6與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路2.5相連，為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路提供電壓基準(zhǔn)，同時(shí)電壓基準(zhǔn)源電路還與電橋驅(qū)動(dòng)電路2.7相連，形成穩(wěn)定的電壓加載到電橋。

所述加熱控制模塊3包括兩級(jí)或兩級(jí)以上功率控制單元，每級(jí)功率控制單元包含驅(qū)動(dòng)電路3.1、過(guò)零態(tài)固態(tài)繼電器（或過(guò)零態(tài)可控硅）開(kāi)關(guān)器件3.2、發(fā)熱器件3.5；開(kāi)關(guān)器件3.2連接交流電，同時(shí)與發(fā)熱器件3.5相連，開(kāi)關(guān)器件3.2的導(dǎo)通與截止控制交流電是否加載到發(fā)熱器件3.5；驅(qū)動(dòng)電路3.1與微處理器模塊1、開(kāi)關(guān)器件3.2同時(shí)相連，微處理器模塊1輸出的控制信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路3.1后控制開(kāi)關(guān)器件3.2的導(dǎo)通與截止。

每級(jí)功率控制單元的最大功率各不相同，下一級(jí)功率控制單元最大功率約等于上一級(jí)功率控制單元可控功率粒度，多級(jí)功率控制單元單獨(dú)受微處理器控制，細(xì)化可控功率粒度。

各級(jí)功率控制單元分別與微處理器模塊1一個(gè)控制輸出引腳相連，微處理器可以獨(dú)立的控制每級(jí)功率控制單元，控制輸出到各級(jí)功率控制單元發(fā)熱器件的發(fā)熱量。?

所述多級(jí)細(xì)化精密溫度控制裝置控制方法，實(shí)現(xiàn)多級(jí)功率控制的功率分配，采用取整求余功率分配方法；取整求余功率分配方法步驟為：