Precision temperature control device and method without temperature sensor, which belongs to the technical field of temperature measurement and control, which is characterized in that the controller obtains the actual temperature measurement by four end resistance heating element, in the actual temperature below the target temperature and the heating elements of pulse heating, the actual temperature of the heating element in the control precision within the scope of license. The invention does not need an additional temperature sensor and an electric bridge matched resistor, has simple structure, low cost and accurate temperature control, and can be applied to any temperature control situation through a resistance heater.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
在生物、化工、医药、家电等各个领域，温度控制是一个十分普遍而重要的应用。传统的温度控制装置，当需要达到一定的温度控制精度的时候，使用温度传感器测量被加热部分的温度，通过电路结构实现温度的闭环控制。传统的温度传感器(包括热敏电阻、热电耦、模拟硅温度传感器和镍/铂电阻式温度检测器等)需要专门的测量电路进行处理。并且当需要进行温度控制的部分由于某些限制(如尺寸、距离、电场等)不能使用温度传感器的时候，则不能实现闭环加热控制，系统控温的精度达不到要求。一种改进的装置在测温环节不使用温度传感器，而是用电桥法直接测量阻性发热元件的电阻变化，实现对现场温度的反馈控制。电桥法测电阻需要额外的三个匹配电阻，系统仍然比较复杂。另外控制器与发热元件所在的现场常常有一定的距离，为此控制器与发热元件之间需要接插件连接。匹配电阻一般选择放在控制器一侧，远离发热元件。在这样的结构中，连接导致的不确定的接触电阻和导线的分布电阻都会影响电桥法电阻测量的结果。因此这种装置的控温精度和重复性都不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种简洁而精准的加热温度控制装置，该装置不使用常规的温度传感器，也不增加额外的电桥电阻，而是使用四端法直接精确测量发热元件的电阻，实现精密控温。 本专利技术装置的特征在于该装置含有阻性发热元件，其电阻随温度的变化是单调的；测温支路，由电子开关(2)和精密电流源串联构成，以测量该阻性加热器的温度；加热支路，由电子开关(1)和加热电源串联构成，以对该阻性加热器加热，所述测温支路与加热支路并联后再与所述阻性加热器串联；电压差动放大...
【技术保护点】
不需要温度传感器的精密加热温度控制装置，其特征在于，该装置含有： 阻性发热元件，其电阻随温度的变化是单调的； 测温支路，由电子开关（２）和精密电流源串联构成，以测量该阻性加热器的温度； 加热支路，由电子开关（１）和加热电源串联构成，以对该阻性加热器加热，所述测温支路与加热支路并联后再与所述阻性加热器串联； 电压差动放大器，该放大器与所述阻性加热器的Ｂ、Ｃ点相连，对所述阻性加热器Ｂ、Ｃ点的电压差进行放大； Ａ／Ｄ转换器，其输入端与所述放大器的输出端相连； 控制器，其输入端与所述Ａ／Ｄ转换器输出端相连，该控制器根据阻性加热器的电阻与温度的单调关系计算其当前温度。
【技术特征摘要】
1，所述加热电源，其功率能够加热发热元件。 本发明方法的特征在于该方法通过测温周期不断检测发热元件的温度变化，在其温度低于目标温度时用切换电源的方法插入一个固定时间的加热周期提高发热元件的温度，然后回到测温周期，维持发热元件的温度在目标温度上下的许可精度范围内。该方法通过四端法测量发热元件的电阻，得到发热元件的实际温度。 本发明的一个具体应用对毛细玻璃管进行温控。所用毛细管内径0.5mm，外径1.0mm，长度15mm。在毛细管表面密绕一层漆包线构成约9Ω的加热电阻，由于体系较小不能放置温度传感元件，温度的测量正是基于漆包线的阻值变化。测温电流为5.00mA，加热电压为12VDC，加热周期为1.0ms，具体实验结果表明系统升温速度高达15℃/s，控温精度高达±0.1℃。附图说明图1.系统结构示意。 图2.主要波形示意。具体实施方式图1是本发明的系统结构示意图。控制器(3)把检测到的实际温度与目标温度做比较，决定加热开关(1)和检测开关(2)的动作，从而把发热元件(6)的温度维持在目标温度上下一定精度的范围内。图中，恒压源(7)为发热元件(6)提供加热能量，精密恒流源(8)为发热元件(6)提供检测用的精密电流。A和D是发热元件(6)上有效距离最远的两点，这样可以充分利用发热元件。B是A、D之间尽可能接近A的位置，C是A、D之间尽可能接近D的位置，这样B、C之间能检测到的信号最大。B、C两处的电压信号经差动放大器(5)相减所得的结果由A/D转换器(4)转变成数字信号送入控制器(3)处理。 在控温过程中，控制器一般处于测温周期断开加热开关(1)，闭合检测开关(2)，精密检测电流由A点进入发热元件(6)并由D点流出，回到控制侧的地端。精密电流流经阻性发热元件(6)产生电压降，表现为B、C之间的电位差，其数值为精密电流与B、C间电阻的乘积。由于发热元件的电阻随其实际温度单调变化，在差动放大器(5)的输出端得到的放大了的B、C电位差可以直接反应发热元件(6)的实际温度。如果实际温度大于或等于目标温度，控制器一直处于测温周期，等待发热元件降温。 如果控制器发现实际温度小于给定温度，则进入加热周期断开检测开关(2)，闭合加热开关(1)，远大于检测电流的加热电流流过发热元件(6)使其迅速升温。经过一个固定时间的延时后，控制器重新进入测温周期。 根据检测结果，控制器不断地在测温周期与加热周期之间切换，把发热元件(6)的实际温度控制在精度许可范围内。 进一步说明本发明中精密温度检测的原理。 因为所述发热元件(6)的电阻随温度单调变化，所以其电阻值与温度有唯一的对应关系。又因为B、C间的电位差是B、C间的电阻与流过B、C的电流的乘积，其中检测电流是精确的、已知的。所以B、C间的电位差与温度有唯一的对应关系。控制器通过测量B、C间的电阻就能得到发热元件(6)的实际温度。因...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭旻，沈科跃，周骋，官晓胜，程京，
申请(专利权)人：博奥生物有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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