[实用新型]高精度恒温槽自动控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种恒温槽控制器，尤其是高精度恒温槽自动控制器。

背景技术

电加热温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性的特点, 例如其升温单向性是由于电加热的升温保温是依靠电阻丝加热, 降温则是依靠环境自然冷却, 当温度一旦超调就难以用制冷控制手段使其降温, 因而难以用数学方法建立精确的模型并确定参数, 应用传统的模拟电路控制方法难以达到理想的控制效果。

发明内容

鉴于以上原因，本实用新型提供了一种高精度恒温槽自动控制器，运用单片机进行数字PID运算, 能充分发挥软件系统的灵活性, 在必要时对PID算法进行修正使其更加完善。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高精度恒温槽自动控制器，包括温度传感模块、调理模块、VFC模块、主控制模块、用户交互模块、功率调节模块、电加热丝，其特征在于，温度传感模块、调理模块、VFC模块、主控制模块、功率调节模块、电加热丝依次连接，主控制模块还与用户交互模块连接。首先用户通过用户交互模块设定恒温槽的温度，控制器运行后，温度传感模块采集恒温槽的温度数据, 经调理模块将传感器在0~500℃ 温度范围内的电阻变化转变为0~5V的电压变化, 调理模块同时对温度传感模块的非线性进行了修正；然后利用VFC模块将随温度而变的电压转换为TTL方波的频率变化, 主控制模块在单位时间内对该TTL方波进行计数就能得到当前的温度值，根据测量结果进行PID运算, 根据运算结果控制功率调节模块输出的占空比，实现对电加热丝加热功率的控制, 从而达到恒温自动控制的目的。

本实用新型的有益效果是，实现了恒温波动小于0.01℃的高精度恒温槽自动控制，具有较高的实用性。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

具体实施方式

在图1中，一种高精度恒温槽自动控制器，包括温度传感模块1、调理模块2、VFC模块3、主控制模块4、用户交互模块5、功率调节模块6、电加热丝7，其特征在于，温度传感模块1、调理模块2、VFC模块3、主控制模块4、功率调节模块6、电加热丝7依次连接，主控制模块4还与用户交互模块5连接。首先用户通过用户交互模块5设定恒温槽的温度，控制器运行后，温度传感模块1采集恒温槽的温度数据, 经调理模块2将传感器在0~500℃ 温度范围内的电阻变化转变为0~5V的电压变化, 调理模块2同时对温度传感模块1的非线性进行了修正；然后利用VFC模块3将随温度而变的电压转换为TTL方波的频率变化, 主控制模块4在单位时间内对该TTL方波进行计数就能得到当前的温度值，根据测量结果进行PID运算, 根据运算结果控制功率调节模块6输出的占空比，实现对电加热丝7加热功率的控制, 从而达到恒温自动控制的目的。

温度传感模块1采用Pt100铂电阻温度传感器，由专用的调理模块2将Pt100铂电阻温度传感器在0~ 500℃范围内的电阻变化转变为0~ 5V的电压变化, 同时对铂电阻的非线性进行了修正。由于控制器要求温度波动小于0.01℃，故VFC模块3采用的是性价比较高、稳定性好的AD654芯片，经AD654进行VFC变换后对应0~ 200kHz的频率, 此时的温度分辨率达到了0.0025℃。主控制模块4采用的51系列单片机，对外部脉冲进行计数的最高频率为时钟频率的1/ 24, 即采用12MHz晶振时的最高计数频率是500kHz, 实际测试时外部脉冲频率大于450kHz时计数结果出现不稳定, 最后选择0~ 500℃，对应0~ 5V电压，对功率调节模块进行调节由单片机的P2.4、P2.5、P2.6、P2.7引脚分别接微调电位器片选、粗调电位器片选和升/降控制输入引脚、输入时钟引脚, P2.6、P2.7为微调和粗调电位器共用,根据片选信号区分两电位器。用户交互模块5由可编程的I/O接口控制芯片8255、数码管、键盘及部分外围电路组成，8255 工作方式选择基本输入输出控制（方式0），其C口、B口作输出口，用来控制数码管显示温度；A口作输入口，用来扫描检测规律，三极管阵列放大PC0-PC6的信号。功率调节模块6由数字电位器和固态继电器构成，数字电位器选用Xicor 公司的X9312TP。由于温度传感器检定用的标准恒温油槽对恒温波动度的要求很高，增加了微调数字电位器, 使功率调节分辨能力达到加热丝最大功率的万分之一。固态继电器选用30A/ 220V交流过零型。