连铸保护渣温度控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种连铸保护渣温度控制装置，包括开关电源、热电偶、主控芯片，串口通信电路；其特征在于：设有热电偶信号采集与加热转换电路、信号放大电路、AD采集电路和三个稳压电路；开关电源输出端连接热电偶加热电路和三个稳压电路，热电偶信号输出连接信号放大电路，信号放大电路的输出端连接AD采集电路，AD采集电路的输出端连接主控芯片；热电偶加热电路的正负极分别连接热电偶1端和热电偶2端，主控芯片的PWM输出端连接开关电源；主控芯片通过控制PWM信号输出高低电平，切换热电偶加热和信号采集电路，进行热电偶加热和信号采集。本发明专利技术低成本，操作简单，升降恒温准确，实时性强，能够达到实验要求。

Temperature control device of mold powder for continuous casting

【技术实现步骤摘要】
连铸保护渣温度控制装置
本专利技术涉及一种连铸保护渣温度控制装置，用于控制保护渣升温、降温以及观测保护渣析晶过程。
技术介绍
连铸保护渣是添加在钢液表明帮助正常浇铸的粉料，其主要作用有防止钢液二次氧化、绝热保温、吸收非金属夹杂物、改善结晶器传热以及润滑铸坯的作用。保护渣的选择对实际生产的顺行、铸坯表面质量以及皮下质量将产生巨大的影响，其在连铸过程中的作用是至关重要的。连铸保护渣的融化温度和融化速度必须可控，熔渣层的厚度、渣膜的形成与融化温度和速度息息相关。对于研究保护渣的析晶过程是至关重要的，保护渣在不同速率下的析晶过程对于实验仪器有很高的要求，传统的方法如显微镜半球法，骤冷淬火法等，这些方法所用的实验设备价格都是十分高昂。还有一些传统的设备更是存在温度控制不精确，设定温度达不到，升温和降温过程严重滞后，耗费时间等各种问题。
技术实现思路
本专利技术针对传统设备成本较高，以及控制精度不准确的问题，提供一种低成本、操作简单、升降恒温准确、实时性强、能够达到实验要求的连铸保护渣温度控制装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种连铸保护渣温度控制装置，包括开关电源、热电偶、主控芯片，串口通信电路；设有热电偶信号采集与加热转换电路、信号放大电路、AD采集电路和三个稳压电路；开关电源输出端连接热电偶加热电路和三个稳压电路，热电偶信号输出连接信号放大电路，信号放大电路的输出端连接AD采集电路，AD采集电路的输出端连接主控芯片；热电偶加热电路的正负极分别连接热电偶1端和热电偶2端，主控芯片的PWM输出端连接开关电源；主控芯片通过控制PWM信号输出高低电平，切换热电偶加热和信号采集电路，进行热电偶加热和信号采集。采用上述技术方案的本专利技术，与现有技术相比，有益效果是：通过设置热电偶信号采集和加热转换电路，可以实现高频率的热电偶信号采集与加热的切换；主控芯片通过比对设定的温度值，以PID调节方式输出PWM信号，控制热电偶加热电路，进而控制热电偶的加热温度；操作简单，升降恒温准确，实时性强，能够达到实验要求。作为优选，本专利技术更进一步的方案是：热电偶加热与信号采集的一个切换周期为5ms，其中4ms为加热阶段，1ms为信号采集阶段。开关电源输出端输出+5V电压分别至热电偶加热电路和三个稳压电路，三个稳压电路将+5V电压分别转换为+12V、+3.3V和-5V，其中+12V为信号放大电路中的仪表放大器的正电源供电，-5V为仪表放大器的负电源供电，+3.3V为主控芯片和串口供电。热电偶信号采集与加热转换电路由电阻R5、R6和R7、MOS管Q1、三极管Q2、热电偶、1个输出+5V、40A的开关电源、主控芯片的一路PWM输出以及稳压电路输出的+3.3V和+12V构成。本装置处于任何状态时，上述转换电路均处于信号采集或者加热电路之一的状态。在装置上电之后，主控芯片没有发送PWM信号之前，装置处于信号采集阶段，主控芯片通过控制PWM信号，即可以切换热电偶信号采集和加热的状态。信号放大电路由电阻R1、R3和R4、电容C1和C3、热电偶、仪表放大器芯片AD8221以及稳压电路输出的+12V和-5V构成。当热电偶进行信号采集时，仪表放大器的正负端都有一个开关电源提供的+5V的共模电压，而放大电路采用的是差分输入方式，放大的信号为正极输入电压减去负极输入电压；当热电偶处于加热时，仪表放大器正极是+5V，负极是0V，此时放大后的信号会大于5V。放大后的信号经过后面的AD采集电路，会将此信号钳制在3.5V左右。AD采集电路由电阻R2、电容C2、2个肖特基二极管VD1和VD2和一个稳压电压输出的+3.3V构成。当信号放大电路输出的电压大于3.5V或者小于-0.2V的时候，该电路可以将电压钳制在-0.2V到3.5V之间，使得最终的AD输出电压处于一个安全确定的范围。当信号放大电路输出的电压在-0.2V到3.5V时，AD输出电压与信号放大电路放大后的电压相同。附图说明图1是本专利技术实施例的系统结构框图；图2是热电偶信号采集和加热转换电路、信号放大电路和AD采集电路图；图3是+5V转+12V电路图；图4是+5V转-5V和+3.3V电路图；图5是串口通信电路。具体实施方式下面结合附图及实施例详述本专利技术。本实施例所述的连铸保护渣温度控制装置，由220VAC输入、开关电源、仪表放大器、MOS管、三极管、稳压芯片、AD采集电路、主控芯片、热电偶、串口等构成，热电偶与AD采集电路之间设有信号放大电路，AD采集电路的输出端连接主控芯片；开关电源输出端连接热电偶信号采集与加热转换电路中的热电偶加热电路，热电偶加热电路的正负极分别连接热电偶1端和热电偶2端；主控芯片采用STM32F103RBT6，主控芯片的PWM输出端连接开关电源，主控芯片通过控制PWM信号输出高低电平实现热电偶加热与信号采集的切换。具体的：参见图1，整个系统外接一根220VAC的电源线到开关电源上，然后开关电源输出+5V到稳压电路，如图3和图4所示，+5V经过三个稳压电路，将电压分别转换为+12V、+3.3V和-5V，其中+12V给仪表放大器的正电源供电，-5V是给放大器的负电源供电，+3.3V用于主控芯片和串口的供电，以及图2的三极管Q2的上拉。另外当热电偶处于加热阶段时，+5V还用于给热电偶加热，选用的开关电源最大输出电流可到40A，保证了足够的输出电流使热电偶加热到1500度以上。本专利技术采用的方式为周期循环的加热电路与信号采集电路的转换方式，5ms为1个周期，其中4ms为加热阶段，1ms为信号采集阶段，在对热电偶加热之后，通过主控芯片控制PWM信号输出高电平，让MOS管导通，使电路转换成信号采集电路，采集此刻热电偶的热电势信号，然后通过信号放大电路，将采集到的信号放大，最后由主控芯片的ADC将热电势信号转换成数字信号以用来处理。主控芯片通过相应的算法处理，将热电势信号转换成实际的温度值，比对设定的温度值，通过PID调节的方式，最后输出PWM信号，以控制热电偶的加热。参考图2，通过控制三极管S8050和MOS管IRF3205进行工作的，当没有输入PWM控制信号时，由于上拉电阻R5的作用下，三极管Q2的基极产生电流，从而Q2处于导通状态，由于电阻R6的分压作用下，此时相当于Q2的集电极与GND端短接在一起，Q2的集电极电压为0V。此时MOS管Q1的G端也是0V，MOS管处于截止状态，热电偶的正负极都是+5V电压，此时电路属于热电偶信号采集阶段。当PWM控制信号为低电平时，此时三极管Q2的基极是0V，三极管处于截止状态，Q2的集电极是12V，MOS管Q1的G端也是12V，MOS管导通，热电偶的正极为+5V，负极相当于与GND短接在一起，是0V，此时电路属于热电偶加热阶段。通过控制PWM信号即可以实现控制热电偶信号采集与加热电路的转换，电阻R7的作用是为了限制基极的电流。图2所示，热电偶的正极接入到图1的热电偶1端，负极接入到图1的热电偶2端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连铸保护渣温度控制装置，包括开关电源、热电偶、主控芯片，串口通信电路；其特征在于：设有热电偶信号采集与加热转换电路、信号放大电路、AD采集电路和三个稳压电路；开关电源输出端连接热电偶加热电路和三个稳压电路，热电偶信号输出连接信号放大电路，信号放大电路的输出端连接AD采集电路，AD采集电路的输出端连接主控芯片；热电偶加热电路的正负极分别连接热电偶1端和热电偶2端，主控芯片的PWM输出端连接开关电源；主控芯片通过控制PWM信号输出高低电平，切换热电偶加热和信号采集电路，进行热电偶加热和信号采集。/n

【技术特征摘要】
1.一种连铸保护渣温度控制装置，包括开关电源、热电偶、主控芯片，串口通信电路；其特征在于：设有热电偶信号采集与加热转换电路、信号放大电路、AD采集电路和三个稳压电路；开关电源输出端连接热电偶加热电路和三个稳压电路，热电偶信号输出连接信号放大电路，信号放大电路的输出端连接AD采集电路，AD采集电路的输出端连接主控芯片；热电偶加热电路的正负极分别连接热电偶1端和热电偶2端，主控芯片的PWM输出端连接开关电源；主控芯片通过控制PWM信号输出高低电平，切换热电偶加热和信号采集电路，进行热电偶加热和信号采集。


2.根据权利要求1所述的连铸保护渣温度控制装置，其特征在于：热电偶加热与信号采集的一个切换周期为5ms，其中4ms为加热阶段，1ms为信号采集阶段。


3.根据权利要求1所述的连铸保护渣温度控制装置，其特征在于：开关电源输出端输出+5V电压分别至热电偶加热电路和三个稳压电路，三个稳压电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：史涛，刘方，王杏娟，朱立光，任红格，刘振东，李奇平，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：河北;13