闭环温度控制加热电路

摘要

本发明提供了一种闭环温控加热电路，包括：加热器；功率驱动器，用于向加热器提供加热电流并且控制加热器的加热操作；微处理器，用于向所述功率控制器提供功率控制信号；信号放大器，其放大从所述加热器接收的模拟电信号；模数转换器，其将来自所述信号放大器的模拟电信号转换成数字电信号，并将转换后的数字电信号提供给所述微处理器；其中所述加热器是由同时具有加热特性和热致电阻变化特性的金属材料制成。根据本发明的闭环温控加热电路通过将传统的分离的测温元件和加热元件集成为单一一个加热器，减少了电连接线的数量，使得实用范围广，对于那些对电连接线的数量要求苛刻的应用场合中特别有优势。

权利要求

1.一种闭环温控加热电路，包括：

加热器；

功率驱动器，用于向加热器提供加热电流和控制加热器的加热操作；

微处理器，用于向所述功率驱动器提供功率控制信号；

信号放大器，其放大从所述加热器接收的模拟电信号；

模数转换器，其将来自所述信号放大器的模拟电信号转换成数字电信号，并将转换后的数字电信号提供给所述微处理器；

其中所述加热器是由同时具有加热功能和热致电阻变化特性的金属材料制成，所述加热器与所述功率驱动器之间使用两根电连接线进行连接以实现供给电流用于加热，并且这两根电连接线还作为反馈通道传送用于表示测量温度的电压或电流信号。

2.如权利要求1所述的电路，其中所述金属材料在常温时的电阻温度系数的绝对值大于0.003。

-8

3.如权利要求1所述的电路，其中所述金属材料在常温时的电阻率大于5×10 Ω·m。

4.如权利要求1-3之一所述的电路，其中所述金属材料是镍金属材料、铂金属材料，或者是具有类似性能的合金中的一种。

说明书

闭环温度控制加热电路

技术领域

[0001] 本发明涉及温控加热领域，更具体而言，本发明涉及一种闭环温度控制加热电路。

背景技术

[0002] 温控加热是一项应用非常广泛的技术，同时也是一种较为成熟的技术，通过该技术可以使被加热物体保持在某个固定的温度，或者使其温度按照预先设定的规律变化。

[0003] 为了提高温度控制的精确度，一般会采取闭环温度控制电路。常规的闭环温度控制电路如图1所示。

[0004] 在图1中，采用了分离的温度测量元件和加热元件。功率驱动器和加热元件相连接，以向其提供加热电流。温度测量元件和该加热元件连接，以便测量其温度。该温度测量元件输出温度信号，其被信号放大器放大之后再经过AD转换器输入到微处理器。该微处理器对该温度信号进行处理，然后产生用于对加热元件的加热进行控制的控制信号并提供给功率驱动器，这样就形成了闭环温度控制。

[0005] 图1所示的电路存在着一些不足。例如，独立的温度测量元件和加热元件被连接到电路中时需要使用多根导线，这不利于使用在一些对使用导线的数量有严格要求的应用场合，例如在需要对加热器进行快换的应用中。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种改进的闭环温控加热电路，其采用单一的双端子元器件就能实现加热功能和温度测量功能，由此减少需要连接的导线的数量，减少了电子元件。

[0007] 为了实现上述目标，本发明采用了电阻率较大且电阻温度系数绝对值相对较大的金属作为加热元件的材料，该材料具有加热特性和热致电阻变化特性，其被制成细丝并进行非接触地盘绕，这样就形成了同时具备加热功能和温度测量功能的加热器，其中所述材-8料在常温时的电阻率大于5×10 Ω·m，在常温时的温度系数的绝对值大于0.003。这样可以使用两个电连接线来实现加热电流的输入和用于测量温度的信号的输出。

[0008] 根据本发明的闭环温控加热电路，其包括；加热器；功率驱动器，用于向加热器提供加热电流并且控制加热器的加热操作；微处理器，用于向所述功率驱动器提供功率控制信号；信号放大器，其放大从所述加热器接收的模拟电信号；模数转换器，其将来自所述信号放大器的模拟电信号转换成数字电信号，并将转换后的数字电信号提供给所述微处理器；其中所述加热器是由同时具有加热特性和热致电阻变化特性的金属材料制成，所述加热器与所述功率驱动器之间使用两根电连接线进行连接以实现供给电流用于加热，并且这两根电连接线还作为反馈通道传送用于表示测量温度的电压或电流信号。

[0009] 上述加热器所采用的材料可以是镍、铂等金属或具有类似性能的合金。

[0010] 根据本发明的闭环温控加热电路减小了加热器体积，减少了元件数量，减少了连接导线，使得实用范围广、尤其是对于那些对导线数量要求苛刻的应用，例如加热器需要进行快换的应用。

附图说明

[0011] 图1是传统的闭环温控加热电路示意性框图；

[0012] 图2是根据本发明的闭环温控加热电路示意性框图；

[0013] 图3是图2的具体实现电路。

具体实施方式

[0014] 以下采用具体实施例来详细说明本发明，但其不用来限制本发明的保护范围。

[0015] 图2示出了根据本发明的闭环温控加热电路的示意性框图。如图2所示，根据本发明的闭环温控加热电路采用了和图1所示的传统电路基本相同的结构和元件，不同之处在于所使用的加热器是由同时具有加热特性和热致电阻变化特性的金属材料制成，所以同时具备加热和温度测量功能，这完全不同于现有的加热器，具有显著的技术进步。所述材料的热致电阻变化特性是指该材料的电阻值随着温度的变化而变化，该电阻值可以随着温度的升高而变大，也可以随温度的降低而变小。在本发明举例说明的例子中，采用了电阻值随温度的升高而变大的材料。根据本发明的加热器采用了电阻率较大且电阻温度系数绝对值相对较大的金属作为加热元件的材料，该材料具有加热特性和热致电阻变化特性，其被制成细丝并进行非接触地盘绕，这样同时具有加热功能和温度测量功能。所述材料在常温时-8的电阻率大于5×10 Ω·m，在常温时的温度系数的绝对值大于0.003。根据本发明的具有上述功能的加热器与功率驱动器之间仅需要两根电连接线进行连接即可。如图2所示，功率驱动器和加热器连接以向其提供加热电流。该加热器又可以输出用来表示测量温度的电压或者电流信号，其被信号放大器放大之后再经过AD转换器输入到微处理器。该微处理器对该用来表示测量温度的电压或者电流信号进行处理，然后产生用于对加热器的加热进行控制的控制信号。该控制信号控制功率驱动器向加热器提供加热电流，从而实现闭环温度控制。这样上述电路使用两根电连接线实现了供给电流用于加热，同时这两根电连接线又作为反馈通道传送用于表示测量温度的电压或电流信号。根据本发明的闭环温控电路和传统的闭环温控电路相比减少了电连接线的数量，使得实用范围广，对于那些对电连接线的数量要求苛刻的应用场合中，例如需要对加热器进行快换的应用场合中，特别有优势。

[0016] 图3示出了用于实现图2的具体实现电路。

[0017] 在图3中，使用连接器CN1将加热器H与功率驱动电路连接，该连接器只需要2个插脚即可，也就是说只需要两根电连接线就可以将加热器H与功率驱动电路连接在一起，这样有助于进行快换操作。可以理解的是，本发明不通过连接器而是直接将加热器H与功率驱动电路连接在一起也是可行的。如图3所示，该功率驱动电路包括电源VP、驱动晶体管Q1和电阻器R4等；在本实施例中，采用mos晶体管作为驱动晶体管，可以理解的是，也可以采用其他类型的晶体管用作驱动晶体管。连接器CN1将加热器H连接在电源VP和驱动晶体管Q1之间。该加热器H是由同时具有加热特性和热致电阻变化特性的金属材料制成，其采用了电阻率较大且电阻温度系数绝对值相对较大的金属材料，例如可以选择镍金属材料。然而，其它类似金属材料或合金也是可行的，例如铂或具有类似性能的合金。制造该加热器所用的金属材料在常温时的电阻温度系数的绝对值大于0.003，而在常温时的电阻率-8应当大于5×10 Ω·m，在这里所述的常温温度例如可以具体是20℃。当来自微处理器U2的控制脉冲信号T_P为高电平时，驱动晶体管Q1导通，由电源VP提供的加热电流IH流经加热器H，通过该驱动晶体管Q1流向电阻器R4，该加热器H开始进行加热操作。此时电阻器R4上的电压VR4通过信号放大器U1A被放大得到电压信号Vf，并该电压信号Vf通过AD转换器U3被转换成数字电信号，微处理器U2接收来自AD转换器U3的数字电信号之后，就可以获知VR4的数值。此后微处理器U2再根据电源电压VP，并考虑驱动晶体管Q1上的电压降VQ可以计算出加热器H的电阻值RT，其公式为：

[0018]

[0019] 此后，根据加热器H的温度与其电阻值的对应关系，即根据公式RT＝R0(1+kT(T-T0))来计算加热器H的当前温度T，其中R0为在温度T0时加热器H的电阻值，KT为所选材料的电阻温度系数，其中数据R0、T0、KT均是已知值。这样微处理器U2就可以通过计算获得加热器H的温度T。

[0020] 当来自微处理器U2的控制脉冲信号T_P为低电平时，驱动晶体管Q1截止，此时电源VP不提供加热电流，加热器H不进行加热操作。

[0021] 由此，微处理器U2可以根据例如可以在存储器(未示出)中保存的温控算法调整脉冲T_P的占空比，从而可以调节加热功率，实现了闭环温度控制。

[0022] 上述电路使用两根电连接线实现供给电流用于加热，同时该两根电连接又作为反馈通道传送被用于通过数学算法来计算得到温度值的电压或电流信号。

[0023] 上面仅以举例的形式描述了本发明，但不是对本发明的限制，本发明将由附属的权利要求保护。