專利名稱：混流式液體溫度數(shù)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于液體溫度控制的混流式液體溫度數(shù)控裝置。
現(xiàn)有的液體溫度控制方法主要有以下兩種一是根據(jù)實(shí)測(cè)液體溫度與給定溫度之間的偏差，加熱或冷卻容器或管路內(nèi)的液體，使測(cè)溫點(diǎn)處的液體溫度保持在一個(gè)允許的誤差范圍之內(nèi)。如果采用加熱或冷卻容器內(nèi)液體來實(shí)現(xiàn)溫控，由于容器內(nèi)液體質(zhì)量大，熱慣性大，因此，響應(yīng)速度慢，控制精度差。若加熱或冷卻管路中的液體，則所需裝置的造價(jià)昂貴。另一種溫控方法是做兩個(gè)容器，一個(gè)盛冷液體，一個(gè)盛熱液體，利用兩個(gè)閥門，分別控制冷、熱液體的流量，調(diào)節(jié)混合比例，使混合后的液體達(dá)到給定溫度。所用的閥門有手動(dòng)和電動(dòng)兩種結(jié)構(gòu)型式，前者操作困難，響應(yīng)速度慢，控制精度低，后者體積大，而且兩個(gè)閥門聯(lián)調(diào)困難，控制精度差。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，響應(yīng)速度快，控制精度高和便于自動(dòng)控制的液體溫度控制裝置，以滿足生活及工業(yè)用水、用油的溫度控制。
本實(shí)用新型由混流閥和用導(dǎo)線與混流閥連接的控制器組成；所說的混流閥包含步進(jìn)電機(jī)29、置于步進(jìn)電機(jī)29下方并與之同軸相連的減速器28、與減速器同軸相連的轉(zhuǎn)閥27、與轉(zhuǎn)閥27連通的混流器26；所說的控制器包含溫度一頻率轉(zhuǎn)換器Ⅰ、單片機(jī)Ⅱ和驅(qū)動(dòng)電路Ⅲ，溫度一頻率轉(zhuǎn)換器的輸出端O3與單片機(jī)芯片U2的T1口相連，驅(qū)動(dòng)電路中芯片U13的四個(gè)輸入端A1～A4分別與單片機(jī)芯片U2的四個(gè)I／O口P1.0～P1.3相連，驅(qū)動(dòng)電路中芯片U15的兩個(gè)并聯(lián)的輸入端1A、1B與單片機(jī)芯片U5的I／O口PB.O相連。
與現(xiàn)有液體溫度控制閥比較，本實(shí)用新型具有集成化程度高，體積小，響應(yīng)速度快，控制精度高，成本低，便于自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
以下結(jié)合附圖敘述本實(shí)用新型的實(shí)施例。


圖1本實(shí)用新型混流閥的主視圖圖2本實(shí)用新型轉(zhuǎn)閥的俯視剖面圖圖3本實(shí)用新型電路原理圖。
本實(shí)用新型的工作原理如下它與一個(gè)裝有冷卻器的容器和一個(gè)裝有加熱器的容器相接，構(gòu)成一個(gè)液體溫度控制系統(tǒng)。冷熱液體混合后的實(shí)際溫度由溫度傳感器測(cè)得，并被轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)的頻率與液體溫度成正比。給定溫度通過二位十進(jìn)制撥碼盤設(shè)定，代表實(shí)測(cè)溫度的脈沖頻率與給定溫度的頻率值比較，如果實(shí)測(cè)溫度高于給定溫度，單片機(jī)則產(chǎn)生具有一定規(guī)律的脈沖信號(hào)，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使混流閥閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)，開大接通冷容器的閥口開度，關(guān)小接通熱容器的閥口開度，從而增加冷液體的混合比例，使測(cè)溫點(diǎn)的液體溫度降低。如果轉(zhuǎn)閥達(dá)到行程的1／2，液體溫度仍偏高，這時(shí)控制器發(fā)出信號(hào)，切斷熱容器中的電加熱器。反之，如果實(shí)測(cè)溫度低于給定溫度，單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)放大后將使步進(jìn)電機(jī)向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)閥，開大接通熱容器的閥口，關(guān)小接通冷容器的閥口，從而增加熱液體的混合比例。如果轉(zhuǎn)閥達(dá)到行程的1／2，實(shí)測(cè)溫度仍偏低，控制器發(fā)出信號(hào)，中止冷容器中冷卻水的循環(huán)。實(shí)測(cè)溫度可從四位數(shù)顯管LED顯示。
本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)和電路原理如圖1、圖2、圖3所示。在圖1、圖2中，混流閥中的步進(jìn)電機(jī)29是一個(gè)四相混合式步進(jìn)電機(jī)，按八拍運(yùn)行。所用的減速器28為行星減速器，它有一個(gè)太陽輪2，三個(gè)行星輪4，一個(gè)行星架5和一個(gè)齒圈7，太陽輪2借助于緊固螺釘3與步進(jìn)電機(jī)軸1固定，行星架5套在步進(jìn)電機(jī)軸1上，可以轉(zhuǎn)動(dòng)，行星輪4可轉(zhuǎn)動(dòng)地套在與行星架5固定的行星輪軸6上，齒圈7同時(shí)作為減速器的殼體。
轉(zhuǎn)閥27由閥體10、置于閥體10中的閥芯11、位于閥體10上端的隔板18和閥體10下端的底板13、設(shè)在閥體10上的限位螺釘14以及密封件8、9、12、15等組成，閥芯11上制有過流孔17和行程槽16，過流孔17的一端開有眉毛槽19，限位螺釘14的一端插入行程槽16中，閥體10上開有三個(gè)過流孔E、F、G，其中E口接冷容器，F(xiàn)口接熱容器，G口為混合后的液體出口。
混流閥中的混流器26由殼體25、固定在殼體25內(nèi)的帶有小軸21的支撐板22、套在小軸21上的混流葉輪20和安裝在支撐板22下游殼體25上的溫度傳感器24組成，支撐板22上開有過流孔23。
傳感器24內(nèi)有一個(gè)熱敏電阻，用環(huán)氧樹脂封裝在黃銅殼體內(nèi)。傳感器通過其殼體上的螺紋固定在混流器殼體25上。
當(dāng)步進(jìn)電機(jī)右轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)行星減速器減速、增大扭矩后，帶動(dòng)轉(zhuǎn)閥右轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)閥和閥芯間的冷液體流口e開大，熱液體流口d關(guān)??；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)左轉(zhuǎn)時(shí)，流口d開大，流口e關(guān)小，從而實(shí)現(xiàn)冷熱液體的流量控制。液體經(jīng)過混流葉輪20后，受攪拌作用會(huì)混合得更加均勻。
圖3給出了本實(shí)用新型控制器的電路原理圖。圖中，溫度一頻率轉(zhuǎn)換器Ⅰ是一個(gè)由定時(shí)器U1(555型)構(gòu)成的方波發(fā)生器，定時(shí)電阻RT采用熱敏電阻(封裝在傳感器24中)。
單片機(jī)Ⅱ由芯片U2(8031型)、U4(373型)、U3(2732型)、U5(8155型)、U11(7407型)、U12(7407型)、U6(S－2010A型)、U7(S－2010A型)、U8(7400型)、U14(75451型)、和數(shù)顯管U9(LC5012－11)、U10(LC5012－11)組成。其中，U14的1A、1B口和2A、2B口各自并聯(lián)后分別與U2的P3.2口和P3.3口相連，撥碼盤U6的A腳和U7的A腳分別與U2的P3.0、P3.1口相連，芯片U8的四個(gè)輸出端Y1～Y4分別與U2的四個(gè)口P1.4～P1.7相連。用撥碼盤U6、U7來設(shè)定溫度，經(jīng)二輸入四“與非”門芯片U8被U2讀入。芯片U5的輸出經(jīng)集電極開路六緩沖器／驅(qū)動(dòng)器U11、U12放大后驅(qū)動(dòng)2個(gè)二位LED顯示器U9和U10，用來顯示溫度值。由U2輸出的二路控制信號(hào)經(jīng)雙外圍“與”門驅(qū)動(dòng)器U14放大后可控制繼電器線圈(外部電路，未畫出)。
驅(qū)動(dòng)電路Ⅲ由芯片U15(75452型)、U13(75436型)、三極管U16、二極管U17、U18組成，U15的輸出端1Y通過Rb與三極管U16的基極相連，芯片U13的輸出端Y1、Y2、Y3、Y4分別與步進(jìn)電機(jī)的線圈A、B、C、D相連，U13的輸出端D1、D2并聯(lián)后與三極管U16的發(fā)射極Vp相連。
由芯片U2輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)U13放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的四相線圈A、B、C、D。U5輸出的電平信號(hào)，經(jīng)U15反相放大、RD限流，使U16導(dǎo)通或截止。當(dāng)U2有脈沖輸出時(shí)，U16截止，＋5V電源經(jīng)限流電阻R1、二極管U17向步進(jìn)電機(jī)線圈供電，其中VP高于＋5V。
本實(shí)用新型的溫度控制過程如下由二位十進(jìn)制撥碼盤U6、U7設(shè)定溫度的給定值(頻率)，由傳感器24測(cè)量混合液體的溫度值，并由溫度一頻率轉(zhuǎn)換器變?yōu)槊}沖信號(hào)，脈沖頻率與溫度成正比。用單片機(jī)U2的T0腳定時(shí)，用T1腳接收脈沖信號(hào)、計(jì)數(shù)。單位時(shí)間內(nèi)接收的脈沖數(shù)即為脈沖頻率。該頻率與給定頻率比較，如果實(shí)測(cè)頻率大于給定頻率，表示實(shí)測(cè)溫度高于給定溫度。程序中以頻率形式設(shè)定溫度允許誤差值，當(dāng)偏差超出允許值的1／2時(shí)，U2的P1.0～P1.3口發(fā)出脈沖信號(hào)，經(jīng)U13放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)右轉(zhuǎn)，增加混合液體中冷液體的比例，使測(cè)溫點(diǎn)的溫度下降；如果實(shí)測(cè)溫度低于允許值的1／2時(shí)，U2的P1.0～P1.3口發(fā)出脈沖信號(hào)，使步進(jìn)電機(jī)左轉(zhuǎn)，增加液體中熱液體的混合比例。轉(zhuǎn)閥向左或右旋轉(zhuǎn)的角度與U2發(fā)出的脈沖數(shù)成正比。如果旋轉(zhuǎn)角度超出允許的最大轉(zhuǎn)向的1／2(脈沖數(shù)超出最大值的1／2)，則由U2的P3.2口(左轉(zhuǎn))或P3.3口(右轉(zhuǎn))發(fā)出信號(hào)，該信號(hào)送到U14的輸入端，控制U14內(nèi)的集電極開路OC門。外接繼電器線圈可與U14的輸出端串聯(lián)。U2的控制信號(hào)控制U14內(nèi)的OC門，從而控制了繼電器的開、斷。
如果轉(zhuǎn)閥左轉(zhuǎn)至行程的1／2，混合液溫度仍低于給定值，則U2的P3.2口變?yōu)楦唠娖?，U14對(duì)應(yīng)的一個(gè)OC門截止，相應(yīng)的外接繼電器切斷冷卻器電源。如果轉(zhuǎn)閥右轉(zhuǎn)至行程的1／2，混合液溫度仍高于給定值，U2的P3.3口變?yōu)楦唠娖?，則U14對(duì)應(yīng)的一個(gè)OC門截止，相應(yīng)的外接繼電器切斷加熱器電源。
當(dāng)U2向U13發(fā)出脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)時(shí)，U5的PB.O為高電平，使U16導(dǎo)通，步進(jìn)電機(jī)由高電壓VP驅(qū)動(dòng)。如果U2沒有發(fā)出脈沖，U5的PB.O為低電平，U16截止，步進(jìn)電機(jī)由＋5V供電，使步進(jìn)電機(jī)線圈中流過較小電流。
在本實(shí)用新型中，如果混流閥的通徑較小，那么轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力較小，此時(shí)，可省略行星減速器，轉(zhuǎn)閥可由步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。
如果對(duì)液體溫度的控制精度要求不高，則可省略混流葉輪。
溫度傳感器24也可不裝在混流閥上，而是裝在用戶端。
如果不需顯示溫度，單片機(jī)上可省去元件U5、U11、U12、U9、U10。
權(quán)利要求1.一種混流式數(shù)控液體溫度控制裝置，其特征在于，它由混流閥和用導(dǎo)線與混流閥連接的控制器組成；所說的混流閥包含步進(jìn)電機(jī)29、置于步進(jìn)電機(jī)29下方并與之同軸相連的減速器28、與減速器28同軸相連的轉(zhuǎn)閥27、與轉(zhuǎn)閥27連通的混流器26；所說的控制器包含溫度-頻率轉(zhuǎn)換器Ⅰ、單片機(jī)Ⅱ和驅(qū)動(dòng)電路Ⅲ，溫度-頻率轉(zhuǎn)換器的輸出端O3與單片機(jī)芯片U2的T1口相連，驅(qū)動(dòng)電路中芯片U13的四個(gè)輸入端A1～A4分別與單片機(jī)芯片U2的四個(gè)I/O口P1.0～P1.3相連，驅(qū)動(dòng)電路中芯片U15的兩個(gè)并聯(lián)的輸入端1A、1B與單片機(jī)芯片U5的I/O口P8.0相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體溫度控制裝置，其特征在于，所說的減速器28可以是行星減速器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體溫度控制裝置，其特征在于，所說的轉(zhuǎn)閥27由閥體10、置于閥體10中的閥芯11、位于閥體10上端的隔板18和閥體10下端的底板13、設(shè)在閥體10上的限位螺釘14以及密封件8、9、12、15等組成，閥芯11上制有過流孔17和行程槽16，過流孔17的一端開有眉毛槽19，限位螺釘14的一端插入行程槽16中，閥體10上開有三個(gè)過流孔E、F、G。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體溫度控制裝置，其特征在于，所說的混流器26由殼體25、固定在殼體25內(nèi)的帶有小軸21的支撐板22、套在小軸21上的混流葉輪20和安裝在支撐板22下游殼體25上的溫度傳感器24組成，支撐板22上開有過流孔23。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體溫度控制裝置，其特征在于，所說的單片機(jī)主要由芯片U2、U4、U3、U5、U11、U12、U6、U7、U8、U14和數(shù)顯管U9、U10組成，其中，U14的1A、1B口和2A、2B口各自并聯(lián)后分別與U2的P3.2口和P3.3相連，撥碼盤U6的A腳和U7的A腳分別與U2的P3.0、P3.1口相連，芯片U8的四個(gè)輸出端Y1～Y4分別與U2的四個(gè)口P1.4～P1.7相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體溫度控制裝置，其特征在于，所說的驅(qū)動(dòng)電路由芯片U15、U13、三極管U16、二極管U17、U18組成，U15的輸出端1Y通過Rb與三極管U16的基極相連，芯片U13的輸出端Y1、Y2、Y3、Y4分別與步進(jìn)電機(jī)的線圈A、B、C、D相連，U13的輸出端D1、D2并聯(lián)后與三極管U16的發(fā)射極Vp相連。
專利摘要本實(shí)用新型是一種混流式數(shù)控液體溫度控制裝置，它由一個(gè)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并裝有溫度傳感器的轉(zhuǎn)閥式混流閥和一個(gè)帶有單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)字顯示的控制器組成。控制器根據(jù)實(shí)測(cè)溫度與給定溫度的偏差，產(chǎn)生控制信號(hào)，控制混流閥，自動(dòng)調(diào)節(jié)來自冷容器和熱容器冷熱液體的混合比例，使混合后的液體溫度保持在一個(gè)允許的誤差范圍內(nèi)。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，可用于生活用水及工業(yè)用水、用油的溫度控制。
文檔編號(hào)G05D23/19GK2132206SQ92225218
公開日1993年5月5日 申請(qǐng)日期1992年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月23日
發(fā)明者黃振德, 陳宗耀 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院