CN101303607B - 一种正温度系数发热元件温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种正温度系数发热元件的阻值有偏差的温度控制方法，该方法通过至少包含有阻性元件RT7、电阻RB10和电阻RA9的电路对测温点VT17的温度的测量，在设定温度执行控制。当该阻性元件作为测温元件使用，由于制造上的问题，阻性测温元件有相当大的偏差，影响了温度控制的精度。本发明的技术方案通过事先设定电阻RB和RA阻值的烧录过程，在测温程序中将温控点与实际温度不断比较，由于电路的设计方案的RB和RA阻值的选择消除了阻值的偏差，使得该类元件同样能方便地应用在温度控制场合，解决了以往筛选元件的难题，降低了元件制造上的工艺要求，扩大了该类元件的应用范围。

Description

一种正温度系数发热元件温度控制方法 

技术领域

本发明涉及一种正温度系数发热元件温度控制方法，尤其涉及一种正温度系数发热元件的阻值有偏差的温度控制方法。 

背景技术

具有正温度系数发热元件是用合金材料制造的发热元件，如金属陶瓷发热体、金属发热丝等等。由于正温度系数发热元件具有正温度系数特性，随着温度的升高其电阻值也会不断变大，因此发热元件同时又可作为恒温控制电路的测温元件。 

一般情况下在正温度系数发热元件的制造过程中，其温度系数k是由材料配比(各种材料占的百分比)决定的，比较容易精确控制，而室温T0(通常为25℃)下的正温度系数发热元件的阻值由发热体的形状、尺寸差异决定，一般不易控制。如果要精确控制，会提高加工成本或可以通过筛选，则会降低成品率。即温度系数k可以视为相同，但其在T0下的阻值会有偏差，特别是在不同批次的产品中，其室温下的阻值偏差很大，假设其偏差率为p，则一般正温度系数发热元件在T0下的阻值为(1+p)RT0。传统的线性温度控制方法对正温度系数发热元件在一定温度下的阻值的一致性要求非常高，一般要求在±1％之内，这样用做恒温控制电路的测温元件时，需要通过筛选，造成加工的成本较高，如果发热应用对此点要求能够降低，则可以减少加工成本。 

发明内容

本发明目的是针对现有技术的问题，提供一种温度控制方法，使室温T0下，其电阻值偏差在±20％内而有同一温度系数的测温元件能够用于同一个恒温控制电路。 

本发明的技术方案是这样的： 

一种正温度系数发热元件温度控制方法，该方法通过至少包含有电阻RB10、电阻RA 9和正温度系数发热阻性元件RT 7的电路对测温点VT 17的温度的测量，在温度控制点温度执行控制，包括以下步骤： 

获得阻性元件RT 7的温度系数k； 

获得所述阻性元件RT 7在室温T0下的标准阻值RT0； 

设定温度控制点温度为T1，使得温度差ΔT＝T1-T0； 

选择所述电阻RA 9的阻值，使得RA＝(1+k×ΔT)×RT0； 

选择所述电阻RB 10的阻值，使得至少包含电阻RA9和电阻RB 10并由电阻RA 9和电阻RB 10并联形成的并联电路的并联电阻RC＝RT0； 

所述并联电路的一端与参考电压Vref 16连接，另一端与所述阻性元件RT 7的一端连接于测温点VT 17； 

记录所述测温点VT 17的预设电压值VT0； 

断开所述电阻RB 10； 

记录所述测温点VT 17的工作电压值VT1，若所述工作电压值VT1不等于预设电压值VT0，则重复本步骤，若所述工作电压值VT1等于预设电压值VT0，则指示阻性元件RT 7达到温度控制点温度T1，并继续重复本步骤。 

可选的，所述的阻性元件RT 7的阻值具有偏差率p。 

可选的，所述的阻性元件RT 7具有加热和测温二种交替出现的功能状态，并执行以下步骤： 

阻性元件RT 7处于加热状态，断开所述电阻RA 9，导通切换器8，阻性元件RT7接入加热电源； 

阻性元件RT 7处于测温状态，连接所述电阻RA 9，断开切换器8，记录所述测温点VT 17的工作电压值VT1，若所述工作电压值VT1等于预设电压值VT0，重复执行本步骤；若所述工作电压值VT1不等于预设电压值VT0，执行前一步骤步骤。 

可选的，所述切换器8是可控硅。 

可选的，所述加热是交流电加热。 

采用上述方案，温度控制电路通过在测温程序中将温控点与实际温度不断比较，由于电路的设计方案的RB和RA阻值的选择消除了阻值的偏差，使得该类元件同样能方便地应用在温度控制场合，解决了以往筛选元件的难题，降低了元件制造上的工艺要求，扩大了该类元件的应用范围。 

附图说明

图1是本发明实施例的电路原理框图 

具体实施方式

下面结合附图1，详细说明实施例的实现的方案。 

在室温T0下，标准正温度系数发热元件的阻值为RT0，温度系数设为k，则当温度变化ΔT时，发热元件的阻值变为(1+kΔT)RT0；如果发热元件在T0下的阻值有一定的偏差，设其偏差的系数为p，则其T0下的阻值为(1+p)RT0，当温度变化ΔT时，发热元件的阻值变为(1+p)(1+kΔT)RT0。 

1、测量PTC发热元件在室温T0下的阻值与设定的RA、RB的并联电阻的比值，并通过模数转换电路测量并将其存储在非易失存储器中，这一步称为烧录。 

该电路用于设定的RA和RB电阻的并联阻值等于标准正温度系数发热元件在T0的阻值RT0，RA的阻值等于(1+kΔT)R_T0， $\mathrm{RA}//\mathrm{RB}=\frac{(\mathrm{RA}\×\mathrm{RB})}{\mathrm{RA}+\mathrm{RB}}=R_{T0}.$ 此时比较器2的正输入端的电压V_T为 

$V_T=\frac{(1+p)R_{\mathrm{To}}\×V_{\mathrm{REF}}}{\frac{(\mathrm{RA}\×\mathrm{RB})}{\mathrm{RA}+\mathrm{RB}}+(1+p)R_{T0}}=\frac{(1+p)R_{T0}\×V_{\mathrm{REF}}}{R_{T0}+(1+p)R_{T0}}=\frac{(1+p)}{(2+p)}{V}_{\mathrm{REF}}$ 。。。。。。式1 

2、当KB断开，RB电阻没有连接到测温电路，则正温度系数发热元件在常温T0时的阻值与设定的RA的比值可以通过模数转换电路测量出来。此时比较器的正输入端的电压V_T为 

$V_T=\frac{(1+p)R_{\mathrm{To}}\×V_{\mathrm{REF}}}{R_A+(1+p)R_{T0}}=\frac{(1+p)}{(1+\mathrm{k\ΔT})+(1+p)}{V}_{\mathrm{REF}}$ 。。。。。。式2 

3、实际应用中，当温度升到设定温度T1时，T1与T0的温差为ΔT，即温度变化ΔT。此时正温度系数发热元件在T1的阻值为(1+p)(1+kΔT)RT0。此时比较器的正输入端的电压V_T为 

$V_T=\frac{(1+p)\×(1+\mathrm{k\ΔT})R_{\mathrm{To}}\×V_{\mathrm{REF}}}{R_A+(1+p)\×(1+\mathrm{k\ΔT})R_{T0}}=\frac{(1+p)\×(1+\mathrm{k\ΔT})}{(1+\mathrm{k\ΔT})+(1+p)\×(1+\mathrm{k\ΔT})}{V}_{\mathrm{REF}}=\frac{(1+p)}{(2+p)}{V}_{\mathrm{REF}}$

。。。。。。。式3 

由此可以看出，第3式中V_T的电压值和第1点V_T的值是相同的，即如果希望控制正温度系数发热元件处于恒温T1下，可以通过事先RA的阻值来确定，而正 温度系数发热元件的阻值的偏差仅影响比较器的比较电压，而不会影响控制的正温度系数发热元件的恒温点。 

具体工作过程如下： 

如图1所示，其中1为逻辑控制器、2为比较器、14为模数转换逻辑控制器、4为数模转换器、5为选择器、6为存储器；RA和RB电阻是，测量正温度系数发热元件阻值的参考电阻；V_REF为测量电路的参考电压；KA、KB为开关；XD为可控硅；RT为PTC发热元件；L、N为交流电的火线和零线的接线端子，其中N连接电路的参考地。 

在“烧录”步骤中，2、14、4、5形成模数转换电路，***的逻辑控制电路1控制KA、KB导通去采样V_T的值，通过模数转换电路测量并将其存储在存储器6中。 

通过工作原理的表述，可以得知此时T1温度下的正温度系数发热元件与RA电阻比值等于在T0温度下正温度系数发热元件与RA、RB并联电阻的比值，如果T1是所需控温的恒温点，那么如果事先将该V_T值存储在存储器中，则可以通过数模转换器4，将该电压作为比较器2的负输入端，当温度升到目标温度T1时，通过比较器可以得到控温结果，而该点的温度控制只跟比值相关，与正温度系数发热元件的具体电阻阻值偏差无关，使电路能够适应在同一温度下电阻偏差较大的正温度系数发热元件。 

在应用中RB电阻去掉，在室温T0下的V_T值为 

$V_T=\frac{(1+p)R_{\mathrm{To}}\×V_{\mathrm{REF}}}{R_A+(1+p)R_{T0}}=\frac{(1+p)}{(1+\mathrm{k\ΔT})+(1+p)}{V}_{\mathrm{REF}},$

此时逻辑电路控制选择器5选择从存储器6中读取预先存储的数据，即式1中的V_T值，将其送至数模转换器4，作为比较器2的负端的比较电压。从工作原理中已述的内容可以得知式1的V_T值与应用电路去掉RB电阻后，控温到T1时的V_T 值相同，即逻辑电路可以通过比较器来去定正温度系数加热元件PTC是否到温。 

通过以上例子说明本发明提供了一种自适应的恒温控制方法，能够利用拥有同一温度系数但在室温下拥有不同阻值偏差的正温度系数发热元件作为控温元件，解决了下温下不同阻值偏差的正温度系数发热元件对到温点造成偏差的问题。 

Claims (5)

1.一种正温度系数发热元件温度控制方法，该方法通过至少包含有电阻RB(10)、电阻RA(9)和正温度系数发热阻性元件RT(7)的电路对测温点VT(17)的温度的测量，在温度控制点温度执行控制，其特征在于，包括以下步骤：

101、获得所述阻性元件RT(7)的温度系数k；

102、获得所述阻性元件RT(7)在室温T0下的标准阻值RT0；

103、设定温度控制点温度为T1，使得温度差ΔT＝T1-T0；

104、选择所述电阻RA(9)的阻值，使得RA＝(1+k×ΔT)×RT0；

105、选择所述电阻RB(10)的阻值，使得至少包含电阻RA(9)和电阻RB(10)并由电阻RA(9)和电阻RB(10)并联形成的并联电路的并联电阻RC＝RT0；

106、所述并联电路的一端与参考电压Vref(16)连接，另一端与所述阻性元件RT(7)的一端连接于测温点VT(17)；

107、记录所述测温点VT(17)的预设电压值VT0；

108、断开所述电阻RB(10)；

109、记录所述测温点VT(17)的工作电压值VT1，若所述工作电压值VT1不等于预设电压值VT0，则重复本步骤109，若所述工作电压值VT1等于预设电压值VT0，则指示阻性元件RT(7)达到温度控制点温度T1，并继续重复本步骤109。

2.如权利要求1所述的温度控制方法，其特征在于，所述的阻性元件RT(7)的阻值具有偏差率p。

3.如权利要求1所述的温度控制方法，其特征在于，所述的阻性元件RT(7)具有加热和测温二种交替出现的功能状态，所述步骤109又包含以下步骤：

201、阻性元件RT(7)处于加热状态，断开所述电阻RA(9)，导通切换器(8)，阻性元件RT(7)接入加热电源；

202、阻性元件RT(7)处于测温状态，连接所述电阻RA(9)，断开切换器(8)，记录所述测温点VT(17)的工作电压值VT1，若所述工作电压值VT1等于预设电压值VT0，重复执行步骤202；若所述工作电压值VT1不等于预设电压值VT0，执行步骤201。

4.如权利要求3所述的温度控制方法，其特征在于，所述切换器(8)是可控硅。

5.如权利要求3所述的温度控制方法，其特征在于，所述加热是交流电加热。

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