專利名稱：閉環(huán)溫度控制加熱電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及溫控加熱領域，更具體而言，本發(fā)明涉及一種閉環(huán)溫度控 制加熱電^各。
背景技術：
溫控加熱是一項應用非常廣泛的技術，同時也是一種較為成熟的技 術，通過該技術可以使被加熱物體保持在某個固定的溫度，或者使其溫度 按照預先設定的規(guī)律變化。
為了提高溫度控制的精確度， 一般會采取閉環(huán)溫度控制電路。常規(guī)的 閉環(huán)溫度控制電路如圖1所示。
在圖l中，采用了分離的溫度測量元件和加熱元件。功率驅動器和加 熱元件相連接，以向其提供加熱電流。溫度測量元件和該加熱元件連4妻， 以便測量其溫度。該溫度測量元件輸出溫度信號，其被信號放大器放大之
后再經(jīng)過AD轉換器輸入到微處理器。該微處理器對該溫度信號進行處理， 然后產(chǎn)生用于對加熱元件的加熱進行控制的控制信號并提供給功率驅動 器，這樣就形成了閉環(huán)溫度控制。
圖1所示的電^各存在著一些不足。例如，獨立的溫度測量元件和加熱 元件被連接到電路中時需要使用多根導線，這不利于使用在一些對使用導 線的數(shù)量有嚴格要求的應用場合，例如在需要對加熱器進行快換的應用 中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進的閉環(huán)溫控加熱電路，其采用單一的雙 端子元器件就能實現(xiàn)加熱功能和溫度測量功能，由此減少需要連接的導線 的數(shù)量，減少了電子元件。
為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用了電阻率較大且電阻溫度系數(shù)絕對值 相對較大的金屬作為加熱元件的材料，該材料具有加熱特性和熱致電阻變 化特性，其^^支制成細絲并進行非接觸地盤繞，這樣就形成了同時具備加熱 功能和溫度測量功能的加熱器，其中所述材料在常溫時的電阻率大于5 x l(T8Q.m,在常溫時的溫度系數(shù)的絕對值大于O. 003。這樣可以使用兩個 電連接線來實現(xiàn)加熱電流的輸入和用于測量溫度的信號的輸出。根據(jù)本發(fā)明的閉環(huán)溫控加熱電路，其包括；加熱器；功率驅動器，用 于向加熱器提供加熱電流并且控制加熱器的加熱操作；微處理器，用于向 所述功率控制器提供功率控制信號；信號放大器，其放大從所述加熱器接
收的模擬電信號；模數(shù)轉換器，其將來自所述信號放大器的模擬電信號轉 換成數(shù)字電信號，并將轉換后的數(shù)字電信號提供給所述微處理器；其中所 述加熱器是由同時具有加熱特性和熱致電阻變化特性的金屬材料制成。 上述加熱器所采用的材料可以是鎳、鉑等金屬或具有類似性能的合金。
根據(jù)本發(fā)明的閉環(huán)溫控加熱電路減小了加熱器體積，減少了元件數(shù) 量，減少了連接導線，使得實用范圍廣、尤其是對于那些對導線數(shù)量要求 苛刻的應用，例如加熱器需要進行快換的應用。


圖l是傳統(tǒng)的閉環(huán)溫控加熱電路示意性框圖2是根據(jù)本發(fā)明的閉環(huán)溫控加熱電路示意性框圖3是圖2的具體實現(xiàn)電路。
具體實施例方式
以下采用具體實施例來詳細說明本發(fā)明，但其不用來限制本發(fā)明的保 護范圍。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的閉環(huán)溫控加熱電路的示意性框圖。如圖2所 示，根據(jù)本發(fā)明的閉環(huán)溫控加熱電路采用了和圖l所示的傳統(tǒng)電路基本相 同的結構和元件，不同之處在于所使用的加熱器是由同時具有加熱特性和 熱致電阻變化特性的金屬材料制成，所以同時具備加熱和溫度測量功能， 這完全不同于現(xiàn)有的加熱器，具有顯著的技術進步。所述材料的熱致電阻 變化特性是指該材料的電阻值隨著溫度的變化而變化，該電阻值可以隨著 溫度的升高而變大，也可以隨溫度的降低而變小。在本發(fā)明舉例說明的例 子中，采用了電阻值隨溫度的升高而變大的材料。根據(jù)本發(fā)明的加熱器采 用了電阻率較大且電阻溫度系數(shù)絕對值相對較大的金屬作為加熱元件的 材料，該材料具有加熱特性和熱致電阻變化特性，其^L制成細絲并進行非 接觸地盤繞，這樣同時具有加熱功能和溫度測量功能。所述材料在常溫時 的電阻率大于5 x l(T8。 .m,在常溫時的溫度系數(shù)的絕對值大于O. 003。根
據(jù)本發(fā)明的具有上述功能的加熱器與功率驅動器之間僅需要兩根電連接 線進行連接即可。如圖2所示，功率驅動器和加熱器連接以向其提供加熱
4電流。該加熱器又可以輸出用來表示測量溫度的電壓或者電流信號，其被
信號放大器放大之后再經(jīng)過AD轉換器輸入到微處理器。該微處理器對該用
來表示測量溫度的電壓或者電流信號進行處理，然后產(chǎn)生用于對加熱器的 加熱進行控制的控制信號。該控制信號控制功率驅動器向加熱器提供加熱 電流，從而實現(xiàn)閉環(huán)溫度控制。這樣上述電路使用兩根電連接線實現(xiàn)了供 給電流用于加熱，同時這兩根電連接線又作為反饋通道傳送用于表示測量 溫度的電壓或電流信號。根據(jù)本發(fā)明的閉環(huán)溫控電路和傳統(tǒng)的閉環(huán)溫控電 路相比減少了電連接線的數(shù)量，使得實用范圍廣，對于那些對電連接線的 數(shù)量要求苛刻的應用場合中，例如需要對加熱器進行快換的應用場合中， 特別有優(yōu)勢。
圖3示出了用于實現(xiàn)圖2的具體實現(xiàn)電路。
在圖3中，使用連接器CN1將加熱器H與功率驅動電路連接，該連接器 只需要2個插腳即可，也就是說只需要兩根電連接線就可以將加熱器H與功 率驅動電路連接在一起，這樣有助于進行快換操作?？梢岳斫獾氖牵景l(fā) 明不通過連接器而是直接將加熱器H與功率驅動電路連接在一起也是可行 的。如圖3所示，該功率驅動電路包括電源VP、驅動晶體管Q1和電阻器R4 等；在本實施例中，采用mos晶體管作為驅動晶體管，可以理解的是，也 可以采用其他類型的晶體管用作驅動晶體管。連接器CN1將加熱器H連接在 電源VP和驅動晶體管Q1之間。該加熱器H是由同時具有加熱特性和熱致電 阻變化特性的金屬材料制成，其采用了電阻率較大且電阻溫度系數(shù)絕對值 相對較大的金屬材料，例如可以選擇鎳金屬材料。然而，其它類似金屬材 料或合金也是可行的，例如鉑或具有類似性能的合金。制造該加熱器所用 的金屬材料在常溫時的電阻溫度系數(shù)的絕對值大于O. 003,而在常溫時的 電阻率應當大于5 x 10—8Q . m,在這里所述的常溫溫度例如可以具體是20 。C。當來自微處理器U2的控制脈沖信號T-P為高電平時，驅動晶體管Q1導 通，由電源VP提供的加熱電流lH流經(jīng)加熱器H,通過該驅動晶體管Q1流向電 阻器R"該加熱器H開始進行加熱操作。此時電阻器^上的電壓V^通過信號 放大器UlA被放大得到電壓信號Vf,并該電壓信號Vf通過AD轉換器UM支轉 換成數(shù)字電信號，微處理器U2接收來自AD轉換器U3的數(shù)字電信號之后，就 可以獲知L的數(shù)值。此后微處理器U2再根據(jù)電源電壓Vp,并考慮驅動晶體 管Q1上的電壓降、可以計算出加熱器H的電阻但Rt ,其公式為此后，根據(jù)加熱器H的溫度與其電阻值的對應關系，即根據(jù)公式
A + r?！穪碛嬎慵訜崞鱄的當前溫度T，其中R。為在溫度T。時加熱器
H的電阻值，KT為所選材料的電阻溫度系數(shù)，其中數(shù)據(jù)R。、 T。、 Kt均是已知 值。這樣微處理器U2就可以通過計算獲得加熱器H的溫度T。
當來自微處理器U2的控制脈沖信號T-P為低電平時，驅動晶體管Q1截 止，此時電源VP不提供加熱電流，加熱器H不進行加熱操作。
由此，微處理器U2可以根據(jù)例如可以在存儲器(未示出)中保存的溫 控算法調(diào)整脈沖T—P的占空比，從而可以調(diào)節(jié)加熱功率，實現(xiàn)了閉環(huán)溫度 控制。
上述電路使用兩根電連接線實現(xiàn)供給電流用于加熱，同時該兩根電連 接又作為反饋通道傳送被用于通過數(shù)學算法來計算得到溫度值的電壓或 電流信號。
上面僅以舉例的形式描述了本發(fā)明，但不是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明 將由附屬的權利要求保護。
權利要求
1.一種閉環(huán)溫控加熱電路，包括加熱器；功率驅動器，用于向加熱器提供加熱電流和控制加熱器的加熱操作；微處理器，用于向所述功率控制器提供功率控制信號；信號放大器，其放大從所述加熱器接收的模擬電信號；模數(shù)轉換器，其將來自所述信號放大器的模擬電信號轉換成數(shù)字電信號，并將轉換后的數(shù)字電信號提供給所述微處理器；其中所述加熱器是由同時具有加熱功能和熱致電阻變化特性的金屬材料制成。
2. 如權利要求l所述的電路，其中所述金屬材料在常溫時的電阻溫度 系數(shù)的絕對值大于O. 003。
3. 如權利要求l所述的電路，其中所述金屬材料在常溫時的電阻率大 于5 x 10—8Q m。
4. 如權利要求l - 3之一所述的電路，其中所述金屬材料是鎳金屬材 料、鉑金屬材料，或者是具有類似性能的合金中的一種。
5. 如權利要求1所述的電路，其中所述功率驅動器包括電源和驅動 晶體管，并且所述加熱器連接在電源和驅動晶體管之間。
6. 如權利要求5所述的電路，其中還包括一個僅有2個插腳的連接 器，通過該連接器使得所述加熱器連接在所述電源和驅動晶體管之間。
7. 如權利要求5或6所述的電路，其中所述驅動晶體管是mos晶體管。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種閉環(huán)溫控加熱電路，包括加熱器；功率驅動器，用于向加熱器提供加熱電流并且控制加熱器的加熱操作；微處理器，用于向所述功率控制器提供功率控制信號；信號放大器，其放大從所述加熱器接收的模擬電信號；模數(shù)轉換器，其將來自所述信號放大器的模擬電信號轉換成數(shù)字電信號，并將轉換后的數(shù)字電信號提供給所述微處理器；其中所述加熱器是由同時具有加熱特性和熱致電阻變化特性的金屬材料制成。根據(jù)本發(fā)明的閉環(huán)溫控加熱電路通過將傳統(tǒng)的分離的測溫元件和加熱元件集成為單一一個加熱器，減少了電連接線的數(shù)量，使得使用范圍廣，對于那些對電連接線的數(shù)量要求苛刻的應用場合中特別有優(yōu)勢。
文檔編號G05D23/24GK101493707SQ20081005651
公開日2009年7月29日 申請日期2008年1月21日 優(yōu)先權日2008年1月21日
發(fā)明者張秀庭, 張陽天, 毛紹基, 苗齊田 申請人:同方威視技術股份有限公司