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1、温度控制器电路设计、装配与调试1. 温度控制器的单元电路运放的二个应用： 线性应用-测量放大器。 非线性应用-滞回比较器 测量放大器原理图 3-4 测量放大器当 Ui+=0 时 , A1 同相输入，A2 反相输入RU 1 = Ui (1 +)1-Rg当 Ui-=0 时, A2 同相输入,RU ； = -Ui (才)2i- RgA1 反相输入3-1)Ru 1 = -Ui D1i+ Rg总的输出:RU 2 = Ui (1 + )2+ Rg3-2)RRU, = Ui (1+ F - U. L) 1 + R gR(1 +2 ) URgR(2)i- RgRF) + UR3R(6R + R46R)(1 )
2、R3若 R11=R 2、则：U 0 = (U 2一 U1R ；)(旷)R3代入 U1、U2,化简得:U0由式（3-4）2 R R=(U. - U. )(1 +1)(5)1 +1 -R Rg3则：A = U = (1 +V (U. - U. )Ri+l -可知：UU.时U0，故U .+ . 0AV(U iiU0-Ui )I -=(1 +R1 )( 5 )R33-3)3-4)输入端为测量放大器同相输入端。U 时U0，故U输入端为测量放大器反相输入端。.+ . 0I + 滞回比较器原理由于运放工作在非线性区，输出只有高低电平两个电压+U 和-U ， omom当uo =+U 时，如图所示同相输入端电压
3、U +的上门限值为: oomuoU TH 1亠（uo - Ur）+ UrR 2 + R f o R RR fU R + R 2 U om R fU R R 2 U om+R 2 + R fR2 + R f3-5）随增大达到UiTH1 后， uo 由 +Uom 跳变为TH 1o om图 3-5 滞回比较器Uom 当 uo一U 时，如图所示同相输入端电压U+的下门限值为: omU TH 2点（uo -Ur）+ Urf 亠R 2 + R f R2 + R3-6）随u.减小达到UTH 2后，由-U 跳变为+UiTH 2oomom我们把上门限电压U” 1与下门限电压U中2之差称为回差电压AU柏TH 1
4、TH 2 TH_R 2A U TH = U TH 1 - U TH 2 = 2U om RR3-7）回差电压的存在，大大提高了电路的抗干扰能力。只要干扰信号的峰值小于 半个回差电压，比较器就不会因为干扰而误动作。 测量电桥如图3-6所示（a）为温度测量电桥，（b）为光照度测量电桥。r r为 p1w电桥平衡调整电位器。图 3-6 测量电桥 光照度测量电桥由光照度测量电桥和直流测量电桥组成；直流测量电桥由 R11、 R12、 R13、R14组成电桥的四个桥臂，用于电路测试和调整；光测量电桥由 r+Rd、R2、R3、 R14组成电桥的四个桥臂，用于实际运行。光测量电桥和直流测量电桥通过开关 K 切换
5、，转换电路测试和调整或光控运行两种状态。Rw为调零电位器，调整Rw可使电桥输出电压Ui为零。光敏电阻Rd随光 强增加而阻值下降，其暗电阻为2MQ ；在通常光照下，其亮电阻为lOOkQ左右。 电桥输出不平衡电压U , U作测量放大器输入信号。iiR12 X R14 - （A r + Rd ） x R13U =Vcci （A r + Rd + R 12）（ R13 + R14）（ 3-8 ）光敏电阻的光电流Ip与端电缸、入射光照度L的关系:I = S U a L 丫pg当入射光照度低于lOOOlx时（在25W白灯下，距离50cm处，其入射光照度约 100lx）， I 与 L 具有良好的线性关系pI
6、 = S UL(3-9)pg 温度测量电桥温度测量电桥的A点所在的桥臂的电阻是固定的，故u是固定的。B点所UA在的桥臂的电阻R随温度变化，故n是变动的。电阻Rt为负温度系数热敏电阻, tBtR =1.5K指NTC热敏电阻的标称电阻值R25。为了方便取R与R成比例，这里取 tR 2 Rt=R = 1-5K，同时，UA=壮E1=3E1，得 R = 750 Q。1在前面已知条件下，推导R =R +R3 3P1， UA = 3 E1=R + R = R = 750 Q。3P 11约束条件：-A UU = U - U+A Ui A B由测量电桥平衡n n n = 0时，得R Ui =U A UB = 3
7、又由 U = U U = - E tE ，得 R = R + R = 750 QA R。故取i A B 3 1 R + R 133p 1Rt + R3RP12. 温度控制器电路原理 温度控制器电路温度控制器电路如图 3-7所示。图 3-7 温度控制器电路 电路原理分析由测量电桥、测量放大器、滞回比较器及驱动电路等组成。测量电桥的A点所在的桥臂的电阻是固定的故Ua是固定的。B点所在 的桥臂的电阻R随温度变化，故U “是变动的。由于温度的不同，因而在测量电tB桥的 A、B 点时会产生不同的电压差，这个差值经过测量放大器放大后进入到滞 回比较器的反相输入端，与比较电压 U 比较后，由滞回比较器输出信
8、号进行加R热或停止加热。继电器 J 可进一步推动交流接触器。滞 回 电 压比 较器的 比较电 压 UR 代表设定 的温度， 如图 3-7 示，UTHR3R2R12 + R13R12 + R13。由滞回电压比较器特性可知，当 U 变化越过EUTH时，滞回电压比较器输出会翻转。改变比较电压U能改变控温的范围,控温的精度由滞回比较器的滞环宽度确定。比较电压Ur与温度Rt的关系:UTHR3XUomR13R + R1213XURR+ 12R + R1213x U = AUomABR=A (U U ) = A (1A BR + R12E -1RRt E )+ R13企R令 E = A 1E1 R + R
9、112R + R . m = 一12k ；R13整理得：RRRU 二 mE mA 1 E U 二 mE UR11om1omR + RRRt 31313 mAR1 +3 RR3tE1(3-10)由式（3-10）可知，比较电压 U 与温度 R 存在对应关系。Rt温度t t, R,而U U仁经测量放大器的放大，U f，当tBA BE温度由t上升到达t （与U对应），即温度t到达设定值滞回比较器输出信0 2 R 2号U使驱动电路复合管截止，继电器J失电，停止加温。UF温度t !，Rt t，使u t，而u u （。经测量放大器的放大，u当tBA BE温度下降达t （与U对应），即温度t下降低于设定值：，
10、滞回比较器输出信号u2 R 2 F使驱动电路复合管导通，继电器J得电，进行加温。3. 温度控制器的组装与调试 组装与调试目的 学会使用测量放大器； 学会用基本电路组成实用电路的方法； 学会系统的测量与调试。 组装、调试设备与器材LM324 片，稳压管2DW7 只，三极管9013、8050各1只，负温度系数热 敏电阻1只，电阻、电容、电位器若干，12V、+1V直流稳压电源1台，万用 表1块，数字式温度计1只，双踪示波器1台。 组装与调试步骤 按图3-7连接线路，2W的电阻R16靠近Rt,检查无误后，接通电源。 调试重点观察v、v取何值，能使电路正常工作。UE UF 标定温度范围。设控制温度范围为
11、t1t2,标定时将热敏电阻置于恒温 槽中，使恒温槽温度为11,过几分钟后调整Rp1,使U=U，标定此时Rp1的位CD置为 t1。同理可标定温度为t2的位置。根据控温精度要求，可在t1t2之间作若干 点，在 Rp1 上标注相应的温度刻度即可。 电压放大倍数测量。令B点接地，u = ，由式（3-2）可知卩=_ f ，B C R Ag得=_斗，由式（3-4）得A = 1 +咨=1 _ 2 .。另用电位器分压得到-30mV电URVRUAggA压，接入A点，测量C点电位，由a -1 _2 J-1 + 2上一，计算出放大器的电压VU A30 mV放大倍数。 滞回特性测量。调节A点电位，使之从-0.5V至到+0.5V范围内缓慢变化， 用示波器观察E点的电位变化，记录使E点电位发生正负跳变的值，并绘制滞回 特性曲线。 连接电路构成闭环控温系统，测试温度分别为t1、t2、13Z时升温 和降温的时间。 参考测量数据表 3-2测量次序UAUBUCUDUEUFUGUHUR1+2.1+2.15-12+6.4+2.6+32+2.1+2.05+126.40+12
