一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱，包括有箱體、箱蓋，箱體中設(shè)有基板，箱體的內(nèi)部設(shè)有裝水的容器、大功率直流穩(wěn)壓電源，箱體的背面板上設(shè)有散熱風(fēng)扇、溢水口、排水口、保險(xiǎn)絲底座、電源底座，箱蓋前端設(shè)有鎖扣、后端設(shè)有合頁(yè)，箱蓋內(nèi)部設(shè)有口袋，箱體的前面板上設(shè)有與鎖扣對(duì)應(yīng)的鎖銷(xiāo)，箱體前端中部設(shè)有把手。本實(shí)用新型在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的使用過(guò)程中，學(xué)生可根據(jù)現(xiàn)有的電路圖在實(shí)驗(yàn)箱基板上連線(xiàn)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)此實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解三極管VT內(nèi)部結(jié)構(gòu)，掌握繼電器工作原理及恒溫控制原理與應(yīng)用，使用方便。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型主要涉及大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱。

【背景技術(shù)】
[0002]電路技術(shù)的應(yīng)用在生產(chǎn)生活、科研中越來(lái)越普遍、重要。溫度報(bào)訊和溫度控制在我們的日常生活和生產(chǎn)、科研中具有廣泛的應(yīng)用，例如，火警報(bào)訊器、恒溫烘箱、電冰箱、冷暖空調(diào)等。在這些應(yīng)用裝置中，常常是由電信號(hào)被“加工”以后去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作的。但在“加工”之前，首先必須把由被控系統(tǒng)給出的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。為了對(duì)一些恒溫控制原理進(jìn)行研究，需要實(shí)用新型一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱。
[0004]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱，其特征在于:包括有箱體、箱蓋，箱體中設(shè)有基板，基板的上部區(qū)域內(nèi)設(shè)有電源開(kāi)關(guān)、12V直流電源、溫控開(kāi)關(guān)，基板的下部區(qū)域內(nèi)設(shè)有加水口、制熱片、左右兩個(gè)三極管、電阻、感溫探頭、制冷片，基板的中部區(qū)域內(nèi)設(shè)有左右兩個(gè)繼電器，左右兩個(gè)繼電器之間設(shè)有用于連接電阻的兩個(gè)接線(xiàn)柱，用于連接電阻的兩個(gè)接線(xiàn)柱下方設(shè)有用于連接感溫探頭的兩個(gè)接線(xiàn)柱，左右兩邊繼電器的下方分別設(shè)有用于連接制熱片或制冷片的接線(xiàn)柱和用于連接三極管的三個(gè)接線(xiàn)柱，用于連接制熱片或制冷片的接線(xiàn)柱分別連接一組工作指示燈；箱體的內(nèi)部設(shè)有裝水的容器、大功率直流穩(wěn)壓電源，箱體的背面板上設(shè)有散熱風(fēng)扇、溢水口、排水口、保險(xiǎn)絲底座、電源底座，容器上端與加水口相連通，容器前后端面分別與水泵、水位表連接，容器的右側(cè)壁與溢水口、排水口、制熱片連通，水泵、制熱片的另一端均與制冷片連通；所述的箱蓋前端設(shè)有鎖扣、后端設(shè)有合頁(yè)，箱蓋內(nèi)部設(shè)有口袋，箱體的前面板上設(shè)有與鎖扣對(duì)應(yīng)的鎖銷(xiāo)，箱體前端中部設(shè)有把手。
[0006]所述的一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱，其特征在于:所述的每組工作指示燈包括一個(gè)紅色指示燈、一個(gè)綠色指示燈。
[0007]所述的一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱，其特征在于:所述的電阻的阻值取24ΚΩ。
[0008]所述的一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱，其特征在于:所述的大功率直流穩(wěn)壓電源是將電壓器輸出的12V交流電，通過(guò)1N4007穩(wěn)壓二極管組成的整流橋和電容進(jìn)行整流濾波，再通過(guò)三極管進(jìn)行小電流放大、最后實(shí)現(xiàn)輸出為大功率12V直流穩(wěn)壓電，將用接線(xiàn)柱將大功率直流穩(wěn)壓電源正負(fù)兩端連接到實(shí)驗(yàn)箱基板上。
[0009]所述的一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱，其特征在于:所述的各接線(xiàn)柱均使用4mm安全型香蕉插頭底座，并使用4mm安全型香蕉插頭的導(dǎo)線(xiàn)。
[0010]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0011]本實(shí)用新型在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的使用過(guò)程中，學(xué)生可根據(jù)現(xiàn)有的電路圖在實(shí)驗(yàn)箱基板上連線(xiàn)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)此實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解三極管VT內(nèi)部結(jié)構(gòu)，掌握繼電器工作原理及恒溫控制原理與應(yīng)用，使用方便。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為實(shí)用新型的基板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為箱體內(nèi)部部件分布平面圖。
[0014]圖3為箱體背面板平面圖。
[0015]圖4為箱蓋平面圖。
[0016]圖5為大功率直流穩(wěn)壓電源的電路原理圖。
[0017]圖6為恒溫控制工作原理圖。
[0018]圖7為控制加熱片和制冷片工作的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1-4所示，一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱，包括有箱體、箱蓋，箱體中設(shè)有基板，基板的上部區(qū)域內(nèi)設(shè)有電源開(kāi)關(guān)1、12V直流電源2、溫控開(kāi)關(guān)3，基板的下部區(qū)域內(nèi)設(shè)有加水口 10、制熱片11、左右兩個(gè)三極管12、電阻13、感溫探頭14、制冷片15，基板的中部區(qū)域內(nèi)設(shè)有左右兩個(gè)繼電器4，左右兩個(gè)繼電器4之間設(shè)有用于連接電阻13的兩個(gè)接線(xiàn)柱5，用于連接電阻13的兩個(gè)接線(xiàn)柱5下方設(shè)有用于連接感溫探頭14的兩個(gè)接線(xiàn)柱8，左右兩邊繼電器4的下方分別設(shè)有用于連接制熱片11或制冷片15的接線(xiàn)柱6和用于連接三極管12的三個(gè)接線(xiàn)柱7，用于連接制熱片11或制冷片15的接線(xiàn)柱6分別連接一組工作指示燈9 ;箱體的內(nèi)部設(shè)有裝水的容器23、大功率直流穩(wěn)壓電源25，箱體的背面板上設(shè)有散熱風(fēng)扇16、溢水口 18、排水口 19、保險(xiǎn)絲底座20、電源底座21，容器23上端與加水口 10相連通，容器23前后端面分別與水泵22、水位表26連接，容器23的右側(cè)壁與溢水口18、排水口 19、制熱片11連通，水泵22、制熱片11的另一端均與制冷片15連通；箱蓋前端設(shè)有鎖扣29、后端設(shè)有合頁(yè)31，箱蓋內(nèi)部設(shè)有口袋30，箱體的前面板上設(shè)有與鎖扣29對(duì)應(yīng)的鎖銷(xiāo)27，箱體前端中部設(shè)有把手28。
[0020]本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)箱主要包括:基板、箱體、箱蓋，各部件的具體介紹如下:
[0021]基板(圖1)
[0022]1、電源開(kāi)關(guān)，控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)箱電源的通斷；
[0023]2、12V直流電源，用接線(xiàn)柱將表頭的輸入兩端連接到實(shí)驗(yàn)箱基板上；
[0024]3、溫控開(kāi)關(guān)，主要由液晶顯示屏和按鍵組成，顯示屏幕上，顯示當(dāng)前室溫和設(shè)置溫度，按鍵為:“設(shè)置”、“ ““
[0025]按“設(shè)置”鍵，設(shè)置的溫度的數(shù)字開(kāi)始閃動(dòng)，按“一”、“一”移動(dòng)設(shè)置的溫度數(shù)值的位置，再按“▲”、“▼”設(shè)置溫度的大小，通過(guò)溫控系統(tǒng)判斷，當(dāng)“設(shè)置溫度〈當(dāng)前溫度”，啟動(dòng)制冷片工作，直到“設(shè)置溫度=當(dāng)前溫度”制冷片停止工作，當(dāng)“設(shè)置溫度 > 當(dāng)前溫度”，啟動(dòng)加熱片工作，直到“設(shè)置溫度=當(dāng)前溫度”加熱片停止工作，如此重復(fù)上述過(guò)程。所以箱體的溫度始終保持在給定溫度附近的一個(gè)小范圍內(nèi)，基本上達(dá)到恒溫自動(dòng)控制的目的。
[0026]4、繼電器J，由電磁鐵、彈簧的銜片和兩對(duì)觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)組成，控制制冷片或制熱片工作電路的通斷。
[0027]當(dāng)有大于繼電器吸合的電流通過(guò)繼電器時(shí)，電磁鐵產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)吸引彈簧的銜片一端，使彈簧的銜片接觸常開(kāi)觸點(diǎn)，即常開(kāi)觸點(diǎn)是吸合的，常閉觸點(diǎn)是斷開(kāi)的，制熱片或制冷片開(kāi)始工作(制熱片和制冷片在基板圖的下面一排，實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)時(shí)，將制熱片和制冷片連接到電路圖中)，紅色指示燈發(fā)光；當(dāng)無(wú)電流通過(guò)繼電器時(shí)，電磁鐵不能產(chǎn)生磁場(chǎng)，彈簧的銜片自動(dòng)接觸常閉觸點(diǎn)，常開(kāi)觸點(diǎn)是斷開(kāi)的，常閉觸點(diǎn)是接通的，制熱片或制冷片停止工作，綠色指示燈發(fā)光。繼電器吸合和斷開(kāi)都能聽(tīng)到“劈啪”的響聲，這是繼電器彈簧銜片來(lái)回搭接的聲音
[0028]5、預(yù)留的兩個(gè)接線(xiàn)柱，為了連接電阻R，在電路圖的下方，有電阻R元件；
[0029]6、預(yù)留的接線(xiàn)柱，為了連接制冷片或制熱片元件，不需要接元件的接線(xiàn)柱，用導(dǎo)線(xiàn)短接；
[0030]7、預(yù)留的三個(gè)接線(xiàn)柱，為了連接三極管，在電路圖的下方，有三極管元件；
[0031]8、預(yù)留的兩個(gè)接線(xiàn)柱，為了連接NTC溫度傳感器，在電路圖的下方，有NTC溫度傳感器元件；
[0032]9、工作指示燈，當(dāng)回路通電，繼電器中常開(kāi)觸點(diǎn)吸合，制熱片或制冷片開(kāi)始工作，紅色指示燈發(fā)光；當(dāng)無(wú)電流通過(guò)繼電器時(shí)，常開(kāi)觸點(diǎn)是斷開(kāi)的，常閉觸點(diǎn)是接通的，制熱片或制冷片停止工作，綠色指示燈發(fā)光。
[0033]10、加水口，需要實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)加水口注入實(shí)驗(yàn)用水；
[0034]11、制熱片元件；
[0035]12、三極管元件，由發(fā)射極、基極和集電極組成，主要用途:交流信號(hào)放大、直流信號(hào)放大和電路開(kāi)關(guān)。
[0036]當(dāng)整流后的直流電壓加在發(fā)射結(jié)上，通過(guò)R和R1的匹配，使三極管VT的be端處于正偏，be端反偏，三極管處于放大狀態(tài)。經(jīng)基極b的電流I被放大β倍后流過(guò)集電極c，則集電極電流Ic = β Ib通過(guò)繼電器J ;當(dāng)基極和集電極電位相等，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，整個(gè)三極管VT相當(dāng)于開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，因此I。的電流很小，幾乎為零，故基本無(wú)電流通過(guò)繼電器J，三極管VT主要起小電流放大的作用；
[0037]13、固定電阻元件R取適合的阻值24Κ Ω，在實(shí)驗(yàn)裝置中，通過(guò)R和％的匹配，使三極管VT在放大狀態(tài)時(shí)集電極電流Ic稍大于繼電器的吸合電流；
[0038]14、感溫探頭，放置在裝水容器中進(jìn)行感溫，通過(guò)NTC溫度傳感器，把溫度升、降轉(zhuǎn)化為電信號(hào)通、斷的裝置。這樣就把溫度升降轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的通斷，從而實(shí)現(xiàn)溫度的控制，用接線(xiàn)柱將兩端連接到實(shí)驗(yàn)箱基板上；
[0039]15、制冷片元件；
[0040]箱體(圖2)內(nèi)
[0041]16、散熱風(fēng)扇，當(dāng)制冷片工作時(shí),風(fēng)扇向箱體外進(jìn)行散熱；
[0042]17、制冷片，通過(guò)制冷片進(jìn)行制冷降溫，將制冷片用接線(xiàn)柱將兩端連接到實(shí)驗(yàn)箱基板上；
[0043]18、溢水口，當(dāng)通過(guò)加水口對(duì)容器加水，當(dāng)超過(guò)最高水位線(xiàn)，水自動(dòng)通過(guò)溢水口溢出；
[0044]19、排水口，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，打開(kāi)排水口，排干容器的實(shí)驗(yàn)用水；
[0045]20、保險(xiǎn)絲底座，保護(hù)供電線(xiàn)路；
[0046]21、電源底座，直接插上220V左右市電，給實(shí)驗(yàn)箱供電，節(jié)能環(huán)保。
[0047]22、水泵，當(dāng)通過(guò)制熱片或制冷片工作時(shí)，水泵同時(shí)工作，進(jìn)行水循環(huán)；
[0048]23、裝水的容器，用保溫水管連接制熱片、制冷片、水泵、溢水口等；
[0049]24、制熱片，通過(guò)制熱片對(duì)水進(jìn)行加熱升溫，將制熱片用接線(xiàn)柱將兩端連接到實(shí)驗(yàn)箱基板上；
[0050]25、大功率直流穩(wěn)壓電源E(圖5、原理圖)。將電壓器輸出的12V交流電，通過(guò)1N4007穩(wěn)壓二極管組成的整流橋和電容進(jìn)行整流濾波，再通過(guò)三極管進(jìn)行小電流放大、最后實(shí)現(xiàn)輸出為大功率12V直流穩(wěn)壓電，將用接線(xiàn)柱將電源正負(fù)兩端連接到實(shí)驗(yàn)箱基板上，并在箱體側(cè)面安裝電源散熱風(fēng)扇；
[0051]接線(xiàn)柱均使用4mm安全型香蕉插頭底座,使用4mm安全型香蕉插頭的導(dǎo)線(xiàn)，防止接觸不良現(xiàn)象。
[0052]26、水位表,在箱體前端安裝水位表,且設(shè)有最低水位和最高水位告警燈；
[0053]27、鎖銷(xiāo)，箱體前端設(shè)有兩個(gè)鎖銷(xiāo)與箱蓋前端的兩個(gè)鎖扣配合連接使用；
[0054]28、把手，箱體前端中間部分設(shè)有一個(gè)把手，方便實(shí)驗(yàn)箱的搬動(dòng)。
[0055]箱體背面(圖3)，箱蓋(圖4)
[0056]29、鎖扣，箱蓋前端設(shè)有兩個(gè)鎖扣與鎖銷(xiāo)配合連接；
[0057]30、箱蓋內(nèi)有一口袋，放安全型香蕉插頭測(cè)試線(xiàn)和電源線(xiàn)；
[0058]31、箱蓋后端設(shè)有兩個(gè)合頁(yè)連接箱體。
[0059]本實(shí)用新型在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的使用過(guò)程中，學(xué)生可根據(jù)現(xiàn)有的電路圖(圖7)在實(shí)驗(yàn)箱基板上連線(xiàn)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)此實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解三極管VT的工作原理，掌握繼電器工作原理及恒溫控制原理(圖6)與應(yīng)用。接通工作電路后，紅色指示燈亮，電熱絲加熱，箱內(nèi)溫度升高，當(dāng)箱內(nèi)溫度達(dá)到溫度計(jì)金屬絲A所指的溫度時(shí)，控制電路斷開(kāi)，銜鐵被彈簧拉起，工作電路斷開(kāi)(或停止工作)，電熱絲停止加熱，綠色指示燈亮。當(dāng)箱內(nèi)溫度低于金屬絲A所指的溫度時(shí)，工作電路再次工作，控制電路接通，電磁鐵有磁性，銜鐵被吸下，電熱絲加熱，從而保持恒溫箱內(nèi)溫度恒定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱，其特征在于:包括有箱體、箱蓋，箱體中設(shè)有基板，基板的上部區(qū)域內(nèi)設(shè)有電源開(kāi)關(guān)、12V直流電源、溫控開(kāi)關(guān)，基板的下部區(qū)域內(nèi)設(shè)有加水口、制熱片、左右兩個(gè)三極管、電阻、感溫探頭、制冷片，基板的中部區(qū)域內(nèi)設(shè)有左右兩個(gè)繼電器，左右兩個(gè)繼電器之間設(shè)有用于連接電阻的兩個(gè)接線(xiàn)柱，用于連接電阻的兩個(gè)接線(xiàn)柱下方設(shè)有用于連接感溫探頭的兩個(gè)接線(xiàn)柱，左右兩邊繼電器的下方分別設(shè)有用于連接制熱片或制冷片的接線(xiàn)柱和用于連接三極管的三個(gè)接線(xiàn)柱，用于連接制熱片或制冷片的接線(xiàn)柱分別連接一組工作指示燈；箱體的內(nèi)部設(shè)有裝水的容器、大功率直流穩(wěn)壓電源，箱體的背面板上設(shè)有散熱風(fēng)扇、溢水口、排水口、保險(xiǎn)絲底座、電源底座，容器上端與加水口相連通，容器前后端面分別與水泵、水位表連接，容器的右側(cè)壁與溢水口、排水口、制熱片連通，水泵、制熱片的另一端均與制冷片連通；所述的箱蓋前端設(shè)有鎖扣、后端設(shè)有合頁(yè)，箱蓋內(nèi)部設(shè)有口袋，箱體的前面板上設(shè)有與鎖扣對(duì)應(yīng)的鎖銷(xiāo)，箱體前端中部設(shè)有把手。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱，其特征在于:所述的每組工作指示燈包括一個(gè)紅色指示燈、一個(gè)綠色指示燈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱，其特征在于:所述的電阻的阻值取24ΚΩ。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱，其特征在于:所述的大功率直流穩(wěn)壓電源是將電壓器輸出的12V交流電，通過(guò)1N4007穩(wěn)壓二極管組成的整流橋和電容進(jìn)行整流濾波，再通過(guò)三極管進(jìn)行小電流放大、最后實(shí)現(xiàn)輸出為大功率12V直流穩(wěn)壓電，將用接線(xiàn)柱將大功率直流穩(wěn)壓電源正負(fù)兩端連接到實(shí)驗(yàn)箱基板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于學(xué)生研究恒溫控制原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱，其特征在于:所述的各接線(xiàn)柱均使用4mm安全型香蕉插頭底座，并使用4mm安全型香蕉插頭的導(dǎo)線(xiàn)。
【文檔編號(hào)】G09B23/18GK203941645SQ201420342696
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】劉家菊, 錢(qián)良存, 穆姝慧, 黎珉, 李銳, 溫鵬程, 張凌峰, 解彬彬, 陶大明 申請(qǐng)人:安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)