一种碳纤维红外线自热系统及控制方法技术方案

一种碳纤维红外线自热系统及控制方法，该自热系统包括电源模块、温控器、碳纤维自热片、高敏电子温度传感器；其中，温控器包括中央控制器、分控制器、电源输入端子、负载自热片输出端子、高敏传感器端子、自热片工作控制开关、拨码开关；中央控制器，用于进行总控制，判断高敏电子温度传感器反馈的温度数值与拨码开关设置的目标温度的数值关系，根据分控制器计算得到的拟输出功率控制碳纤维自热片输入电流的输入情况，达到温度恒定的控制；碳纤维自热片的碳纤维发热层是由N条碳纤维丝相互交叉后编织而成，通过控制编织碳纤维丝的疏密程度，控制碳纤维自热片发热面积功耗；该自热系统结构简单，体积小、功率低、发热效高，能够实现恒温控制。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维红外线自热系统及控制方法
本专利技术涉及加热装置
，具体涉及一种碳纤维红外线自热系统及控制方法。
技术介绍
近几年各大、中城市轨道交通的不断建设发展，轨道交通车辆各种部件产品市场需求日益强烈，作为冬季城市轨道车辆的重要需求——供热系统，冬季为乘客提供保温保暖热源。传统供热电暖系统为电阻加热形式，其体积大，功耗高，不适合在轨道车辆内过多安装，其安装数量有限；而且，由于有些轨道车辆空间狭小的特殊性，导致无法安装传统供热电暖系统。碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维中的微晶体在电场作用下，大量碳晶分子团产生“布朗运动”，碳分子之间互相摩擦和碰撞，产生大量热能，从而实现“电能→热能”的转换。碳纤维发热具有较高的电热转换效率，目前碳纤维加热产品的应用非常广泛，但由于现有碳纤维加热产品功耗高(1m2≥700W；)，体积不够小，所以仍不适合在轨道车辆内过多安装，也无法预埋到轨道车辆相应零部件(玻璃钢椅面)内部；另外，现有碳纤维加热产品主要靠通断电流来控制温度变换，温控效果不理想，无法做到恒温控制。
技术实现思路
鉴于上述技术问题和缺陷，本专利技术的目的在于提供一种碳纤维红外线自热系统，该自热系统结构简单，体积小、功率低、发热效高，且能够实现恒温控制。为实现上述目的，本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种碳纤维红外线自热系统，包括电源模块、温控器、碳纤维自热片、高敏电子温度传感器；其中，所述电源模块与高压输入电流电连接，用于将高压交流电转变为低压直流电；所述温控器包括集成在PCB板上的中央控制器、分控制器，安装在温控器外壳上的电源输入端子、负载自热片输出端子、高敏传感器端子、自热片工作控制开关，拨码开关；所述中央控制器，用于进行总控制，对高敏电子温度传感器输入的12位模拟量信号模数计算处理，判断高敏电子温度传感器反馈的温度数值与拨码开关设置的目标温度的数值关系；同时，根据分控制器计算得到的拟输出功率控制碳纤维自热片输入电流的输入情况，实现对碳纤维自热片的发热情况的控制，使其维持在目标温度范围内，达到温度恒定的控制；所述分控制器与中央控制器电连接，用于根据拨码开关设置的目标温度及中央处理器计算得到的高敏电子温度传感器反馈的温度数值，采用PID算法计算拟输出功率，时时修正碳纤维自热片输出功率；所述电源输入端子与电源模块电连接，电流通过电源输入端子进入温控器，使温控器开始工作，其中一部分低压直流电通过负载自热片输出端子输出给温控器外接的碳纤维自热片，为碳纤维自热片供电，使碳纤维自热片加热；另一部分低压直流电经过温控器内部的输出稳压电路模块变为DC3.3v直流电，用于启动温控器内部的中央控制器及PCB板上电器元件；所述负载自热片输出端子与碳纤维自热片电连接；所述高敏传感器端子与高敏电子温度传感器电连接；所述拨码开关与中央控制器电连接，用于设定系统温度；所述碳纤维自热片的碳纤维发热层是由N条碳纤维丝相互交叉后编织而成，通过控制编织碳纤维丝的疏密程度，控制碳纤维自热片发热面积功耗；所述高敏电子温度传感器安装在待加热区域内，高敏电子温度传感器实时的监测碳纤维自热片的温度，并将反馈的12位模拟量信号通过高敏传感器端子实时传输给中央控制器；所述自热片工作控制开关，用于控制碳纤维自热片的启动。作为本专利技术的优选，所述碳纤维自热片的厚度小于1mm，碳纤维自热片包括碳纤维发热层、传导铜片、电源导线、预浸料层；其中，所述碳纤维发热层是由N条碳纤维丝相互交叉后编织而成；所述传导铜片通过碳纤维丝缠绕固定在碳纤维发热层的周围；所述电源导线的一端与传导铜片电连接，电源导线的另一端与温控器的负载自热片输出端子电连接；所述预浸料层包覆在碳纤维发热层的周围，对碳纤维自热片密封绝缘。作为本专利技术的优选，所述温控器内部的PCB板上还集成有输入稳压电路模块、输出稳压电路模块、温度输出电路模块、输入信号采集放大器电路模块、温度拨码开关电路模块；其中，所述输入稳压电路模块与电源输入端子电连接，输入稳压电路模块，用于为温控器提供稳定输入电压；所述输出稳压电路模块与输入稳压电路模块电连接，输出稳压电路模块，用于为温控器提供输出电压，用于给温控器PCB板中的微电子元器件供电；所述温度输出电路模块一端与高敏传感器端子电连接，另一端与输入信号采集放大器电路模块电连接；温度输出电路模块，用于将高敏电子温度传感器探测的温度通过输入信号采集放大器电路模块后反馈给中央控制器；所述输入信号采集放大器电路模块与中央控制器电连接；输入信号采集放大器电路模块，用于放大温度输出电路模块的高敏温度传感器输入的温度反馈信号；所述温度拨码开关电路模块与拨码开关和中央控制器电连接。作为本专利技术的优选，所述温控器内部的PCB板上还集成有自热片电源输入电路模块、自热片控制电路模块、温度启动控制端电路模块；其中，所述自热片电源输入电路模块与负载自热片输出端子电连接，用于将DC24V直流电输入给自热片电压电流线路，为自热片提供稳定输入电压；所述自热片控制电路模块与中央控制器和自热片电源输入电路模块电连接，用于根据中央控制器的计算结果控制每路碳纤维自热片电流电压和功率容量；所述温度启动控制端电路模块与自热片工作控制开关和中央控制器电连接，用于控制自热片电源输入电路模块的启动，从而实现每路自热片可单独启动升温工作。作为本专利技术的优选，所述温控器外壳上还安装电源指示灯、温控指示灯；其中，所述电源指示灯与电源指示灯电路模块电连接，电源指示灯电路模块与电源输入端子电连接，电源指示灯用于电压正常输入时进行可视化显示，当控制电压正常输入时电源指示灯恒亮；所述温控指示灯与温控指示灯电路模块电连接，温控指示灯电路模块与自热片控制电路模块电连接，温控指示灯用于每路温度控制正常工作的可视化显示，当每路碳纤维自热片温控正常工作时，温控指示灯长亮，当温度上升至所述拨码开关设置的目标温度时，温控指示灯熄灭。作为本专利技术的优选，所述中央控制器与CMOS监控电路模块电连接，CMOS监控电路模块用于监控电源电压、电池故障、中央控制器或分控制器的工作状态。作为本专利技术的优选，所述拨码开关设置在温控器外壳上，或采用远程控制拨码开关，拨码开关采用0/1二进制控制原理，上设五个控制按钮，每个控制按钮可拨动0/1两个档位，不同控制按钮的0/1档位的不同组合分别对应0～100℃的温度限制。作为本专利技术的进一步优选，所述预浸料层采用玻璃纤维预浸料，所述传导铜片为直径小于1mm圆柱结构。本专利技术的另一目的在于提供一种碳纤维红外线自热系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1、将碳纤维红外线自热系统安装在待加热区域内；步骤2、将待加热的碳纤维自热片所对应的自热片工作控制开关打开，使碳纤维自热片处于待加热状态，之后通过拨码开关设定目标温度；步骤3、接通电源，碳纤维自热片开始加热，此时高敏电子温度传感器实时的监测碳纤维自热片的温度，并将反馈的1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维红外线自热系统，其特征在于，包括电源模块、温控器、碳纤维自热片、高敏电子温度传感器；其中，所述电源模块与高压输入电流电连接，用于将高压交流电转变为低压直流电；/n所述温控器包括集成在PCB板上的中央控制器、分控制器，安装在温控器外壳上的电源输入端子、负载自热片输出端子、高敏传感器端子、自热片工作控制开关，拨码开关；所述中央控制器，用于进行总控制，对高敏电子温度传感器输入的12位模拟量信号模数计算处理，判断高敏电子温度传感器反馈的温度数值与拨码开关设置的目标温度的数值关系；同时，根据分控制器计算得到的拟输出功率控制碳纤维自热片输入电流的输入情况，实现对碳纤维自热片的发热情况的控制，使其维持在目标温度范围内，达到温度恒定的控制；/n所述分控制器与中央控制器电连接，用于根据拨码开关设置的目标温度及中央处理器计算得到的高敏电子温度传感器反馈的温度数值，采用PID算法计算拟输出功率，时时修正碳纤维自热片输出功率；/n所述电源输入端子与电源模块电连接，电流通过电源输入端子进入温控器，使温控器开始工作，其中一部分低压直流电通过负载自热片输出端子输出给温控器外接的碳纤维自热片，为碳纤维自热片供电，使碳纤维自热片加热；另一部分低压直流电经过温控器内部的输出稳压电路模块变为DC3.3v直流电，用于启动温控器内部的中央控制器及PCB板上电器元件；/n所述负载自热片输出端子与碳纤维自热片电连接；/n所述高敏传感器端子与高敏电子温度传感器电连接；/n所述拨码开关与中央控制器电连接，用于设定系统温度；/n所述碳纤维自热片的碳纤维发热层是由N条碳纤维丝相互交叉后编织而成，通过控制编织碳纤维丝的疏密程度，控制碳纤维自热片发热面积功耗；/n所述高敏电子温度传感器安装在待加热区域内，高敏电子温度传感器实时的监测碳纤维自热片的温度，并将反馈的12位模拟量信号通过高敏传感器端子实时传输给中央控制器；/n所述自热片工作控制开关，用于控制碳纤维自热片的启动。/n...

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维红外线自热系统，其特征在于，包括电源模块、温控器、碳纤维自热片、高敏电子温度传感器；其中，所述电源模块与高压输入电流电连接，用于将高压交流电转变为低压直流电；
所述温控器包括集成在PCB板上的中央控制器、分控制器，安装在温控器外壳上的电源输入端子、负载自热片输出端子、高敏传感器端子、自热片工作控制开关，拨码开关；所述中央控制器，用于进行总控制，对高敏电子温度传感器输入的12位模拟量信号模数计算处理，判断高敏电子温度传感器反馈的温度数值与拨码开关设置的目标温度的数值关系；同时，根据分控制器计算得到的拟输出功率控制碳纤维自热片输入电流的输入情况，实现对碳纤维自热片的发热情况的控制，使其维持在目标温度范围内，达到温度恒定的控制；
所述分控制器与中央控制器电连接，用于根据拨码开关设置的目标温度及中央处理器计算得到的高敏电子温度传感器反馈的温度数值，采用PID算法计算拟输出功率，时时修正碳纤维自热片输出功率；
所述电源输入端子与电源模块电连接，电流通过电源输入端子进入温控器，使温控器开始工作，其中一部分低压直流电通过负载自热片输出端子输出给温控器外接的碳纤维自热片，为碳纤维自热片供电，使碳纤维自热片加热；另一部分低压直流电经过温控器内部的输出稳压电路模块变为DC3.3v直流电，用于启动温控器内部的中央控制器及PCB板上电器元件；
所述负载自热片输出端子与碳纤维自热片电连接；
所述高敏传感器端子与高敏电子温度传感器电连接；
所述拨码开关与中央控制器电连接，用于设定系统温度；
所述碳纤维自热片的碳纤维发热层是由N条碳纤维丝相互交叉后编织而成，通过控制编织碳纤维丝的疏密程度，控制碳纤维自热片发热面积功耗；
所述高敏电子温度传感器安装在待加热区域内，高敏电子温度传感器实时的监测碳纤维自热片的温度，并将反馈的12位模拟量信号通过高敏传感器端子实时传输给中央控制器；
所述自热片工作控制开关，用于控制碳纤维自热片的启动。


2.根据权利要求1所述的一种碳纤维红外线自热系统，其特征在于，所述碳纤维自热片的厚度小于1mm，碳纤维自热片包括碳纤维发热层、传导铜片、电源导线、预浸料层；其中，所述碳纤维发热层是由N条碳纤维丝相互交叉后编织而成；所述传导铜片通过碳纤维丝缠绕固定在碳纤维发热层的周围；所述电源导线的一端与传导铜片电连接，电源导线的另一端与温控器的负载自热片输出端子电连接；所述预浸料层包覆在碳纤维发热层的周围，对碳纤维自热片密封绝缘。


3.根据权利要求1所述的一种碳纤维红外线自热系统，其特征在于，所述温控器内部的PCB板上还集成有输入稳压电路模块、输出稳压电路模块、温度输出电路模块、输入信号采集放大器电路模块、温度拨码开关电路模块；其中，所述输入稳压电路模块与电源输入端子电连接；输入稳压电路模块，用于为温控器提供稳定输入电压；
所述输出稳压电路模块与输入稳压电路模块电连接；输出稳压电路模块，用于为温控器提供输出电压，用于给温控器PCB板中的微电子元器件供电；
所述温度输出电路模块一端与高敏传感器端子电连接，另一端与输入信号采集放大器电路模块电连接；温度输出电路模块，用于将高敏电子温度传感器探测的温度通过输入信号采集放大器电路模块后反馈给中央控制器；
所述输入信号采集放大器电路模块与中央控制器电连接；输入信号采集放大器电路模块，用于放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙为民，李朋，李佩宇，
申请(专利权)人：长春路通轨道车辆配套装备有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22