CN102183977B - 可控温电阻器及自控温电阻装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可控温电阻器及自控温电阻装置，该可控温电阻器包括电阻和加热板，电阻包括电阻壳体，加热板为柔性电热板并贴合在所述电阻壳体的外表面，柔性电热板内置有金属箔电热丝带，电热丝带呈回线排列，柔性电热板设置有电连接端。本发明的可控温电阻器在使用时无需将其放置在控温罐中就能够实现电阻的恒温，降低了使用成本，增强了其稳定性；本发明涉及的自控温电阻装置的体积大幅度减小，仅为可控温电阻器中的电阻的几倍，可以对可控温电阻器的温度进行精确调节，实现高稳定度控温，保证了电阻对温度稳定的要求。

Description

可控温电阻器及自控温电阻装置

技术领域

本发明涉及一种新型电阻器，特别是一种可控温电阻器及自控温电阻装置。所述自控温电阻装置能实现高精度控温，所述高精度是指控温精度在0.01°C，即设定温度的上下波动区间≤0.01°C。

背景技术

由于电阻有温度系数，因此电阻的量值会在温度的影响下发生变化，故通常将电阻放置在恒温油槽或控温罐中使其免受外界温度的干扰，其中控温罐的外部设置隔热的保温层，并通过连接温度控制器来控制电路控温罐内的温度。现有的温度控制器主要包括控温电路，其结构示意图如图1所示，控温电路包括依次连接的电源U_S、电阻桥（R₁、R₂、R₃和R_T）、运放IC、功放1以及加热部件2，通过在电阻桥中设置热敏电阻R_T，并将该热敏电阻R_T设置于电路控温罐4中以及将加热部件2设置于电路控温罐4的外表面，如图2所示的现有的电路控温罐及保温罐的结构示意图，图2中，电路控温罐4设置在密封的保温罐3中，保温罐3通常为高密度海绵铣成的粘接罐或聚苯乙烯制成的压模罐，其中，图1和图2中的b、c、d和e四点分别对应相连。当电路控温罐4中的温度低于设定温度时，热敏电阻R_T受温度的影响其阻值发生变化，导致电阻桥的a、b两点之间存在电压差，即电桥不平衡，使得运放IC的输入端具有差分信号，进而通过功放1将运放IC输出信号放大后去给加热部件2提供电流，以提高电路控温罐4中的温度，当电路控温罐4中的温度达到设定的温度时，利用热敏电阻R_T的温度感应，电阻桥平衡，使温度控制器中功放1的输出电流为零，以上过程不断循环，使得电路控温罐4中的温度可以控制在限定的范围。其中的问题是被控温的电阻的体积较小，但控温罐的体积较大，加上较厚的高密度海绵或聚苯乙烯材料的保温罐，使一个体积不大的电阻在进行控温后体积要增大十几倍或几十倍，使用极不方便，基本不适用于移动方式，使其作为计量标准的使用受到很大限制，若控温电路的灵敏度和保温效果不理想，则很难满足电阻的恒温要求。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种可恒温电阻器，在使用时无需将其放置在控温罐中就能够实现电阻的恒温，降低了使用成本，增强了其稳定性；本发明还涉及自控温电阻装置，该装置的体积大幅度减小，仅为可控温电阻器中的电阻的几倍，能够对可控温电阻器的温度进行精确调节，达到高稳定度控温，保证了电阻对温度稳定的要求。所述自控温电阻装置能实现高精度控温，所述高精度是指控温精度在0.01°C，即设定温度的上下波动区间≤0.01°C。

本发明的技术方案如下：

一种可控温电阻器，其特征在于，包括电阻和加热板，所述电阻包括电阻壳体，所述加热板为柔性电热板并贴合在所述电阻壳体的外表面，所述柔性电热板内置有金属箔电热丝带，所述电热丝带呈回线排列，所述柔性电热板设置有电连接端。

所述柔性电热板的外表面采用薄膜材料，所述薄膜材料是全透明或半透明的绝缘薄膜。

所述柔性电热板的外表面采用硅橡胶。

所述电阻壳体的表面上或所述电阻壳体的壳体中或所述电阻壳体的内腔设置有热敏电阻放置部位，所述热敏电阻用于控温电路的温度探测。

所述电阻为标准电阻，所述可控温电阻器被包裹于保温体内。

一种自控温电阻装置，其特征在于，包括上述的可控温电阻器，还包括与可控温电阻器相连的控温电路，所述控温电路包括依次连接的电源、电阻桥、运放和功放，所述电阻桥包括热敏电阻，所述热敏电阻设置于可控温电阻器中的电阻壳体的表面上或所述电阻壳体的壳体中或所述电阻壳体的内腔，所述加热板的电连接端连接功放的输出端。

所述热敏电阻为两个热敏电阻串联连接，所述两热敏电阻均设置于电阻壳体的表面上或所述电阻壳体的壳体中或所述电阻壳体的内腔。

两热敏电阻在控温点的阻值均为25kΩ，电阻桥的其它电阻均为50kΩ；所述功放为三极管，所述三极管的基极连接运放的输出端，发射极连接加热板的电连接端，集电极连接电源正极。

所述电源采用电池电源或交流电整流电源。

还包括真空保温罐，所述可控温电阻器设置于真空保温罐内。

本发明的技术效果如下：

本发明涉及的可控温电阻器，通过在电阻壳体的外表面贴合加热板，可将电阻的温度保持在测量所需要的温度范围，并保持温度恒定，从而满足可控温电阻器的恒温要求，并且该可控温电阻器在使用过程中，无需将其放置在控温罐中就能够实现电阻的恒温，降低了使用成本，增强了其稳定性能。将加热板选择为具有柔软特性的电热板，能够将其贴合在电阻壳体的外表面，实现与被加热的电阻完全紧密接触，这样，热量能够快速均匀地传递到电阻周围环境，柔性电热板内置有金属箔电热丝带，该电热丝带呈回线排列，可降低电磁干扰，电阻的壳体通常为全金属，接地后可完全屏蔽剩余的电磁干扰，柔性电热板的外表面可以采用薄膜材料或硅橡胶等多种形式。在加热板上设置有电连接端，使得可控温电阻器在使用时能够通过该电连接端连接到控制电路中，实现对可控温电阻器的温度控制。

本发明涉及的自控温电阻装置，包括控温电路以及本发明涉及的可控温电阻器，通过可控温电阻器中的加热板的电连接端连接至控温电路中，控温电路包括依次连接的电源、电阻桥、运放和功放，所述电阻桥包括热敏电阻，所述热敏电阻设置于可控温电阻器中的电阻壳体的表面上或所述电阻壳体的壳体中或所述电阻壳体的内腔，所述加热板的电连接端连接功放的输出端。在控温电路中，电阻桥包括热敏电阻，可以采用两只热敏电阻串联组合测温，既提高了测温灵敏度，又补偿了由于两只热敏电阻可能的漂移造成的控温变化，使控温达到较高的精度，该热敏电阻设置于可控温电阻器中的电阻壳体的表面上或所述电阻壳体的壳体中或所述电阻壳体的内腔，热敏电阻在温度变化的情况下，测量到的电阻桥阻抗不平衡，使得运放的输入端具有差分信号，进一步控制功放给设置于可控温电阻器中电阻壳体的外表面贴合的加热板提供电流，使其发热，通过热敏电阻的温度感应，控制电流的输出，最终使得可控温电阻器的温度可以控制在需要限定的范围，而且无需设置体积比较大的控温罐，以及较厚的高密度海绵或聚苯乙烯材料的保温罐，本发明自控温电阻装置可以在很小的温度变化下对可控温电阻器进行温度的细微调节，实现高稳定度控温。该控温电路使得可控温电阻器中的控温精度为0.01°C，即设定温度的上下波动区间≤0.01°C。将可控温电阻器设置于真空保温罐内，真空保温罐由于具有真空层故能够起到真空隔热的功效，是可控温电阻器温度稳定的重要保障，配合控温电路工作，使得可控温电阻器的温度波动范围小，波动区间≤0.01°C，从而达到对可控温电阻器高精度控温保温的作用，保证了电阻对温度稳定的要求，且体积大幅度减小，体积仅为0.007立方米，仅为可控温电阻器的几倍。

附图说明

图1为现有的用于电路控温罐的温度控制器的结构示意图。

图2为现有的电路控温罐及保温罐的结构示意图。

图3为本发明可控温电阻器的结构示意图。

图4a和图4b分别为条形的薄膜加热板和圆形的薄膜加热板的结构示意图。

图5为自控温电阻装置的优选结构示意图。

图6为本发明自控温电阻装置中的保温罐及可控温电阻器的第一种优选结构示意图。

图7为本发明自控温电阻装置中的保温罐及可控温电阻器的第二种优选结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

本发明涉及一种可控温电阻器，其结构示意图如图3所示，包括标准电阻6和加热板7，加热板7为柔性电热板，即其具有柔软特性故能够紧密贴合于标准电阻6的壳体外表面，此处的壳体外表面包括了壳体的侧表面和底面，加热板7设置有两电连接端8、9，使得可控温电阻器在使用时能够通过这两个电连接端连接到所计量的电路中，加热板7在工作时能够将热量快速高效、均匀地传递到标准电阻6上。

加热板7内置有金属箔电热丝带，所述电热丝带呈回线排列，加热板7的外表面可以采用薄膜材料或硅橡胶等多种形式。当加热板7的外表面采用薄膜材料时，该薄膜材料是全透明或半透明的绝缘薄膜，此时加热板7为薄膜加热板，薄膜加热板可理解为是一种三明治结构的半透明或全透明的金属柔性电加热膜，其内的金属箔电热丝带呈回线排列的形式，并满足在任一小区域内的金属箔回线的进、出方向相反，从而使得感应磁场相互抵消，消除电磁影响，如图4a所示的用于贴合标准电阻6的壳体侧表面的条形的薄膜加热板的结构示意图，以及图4b所示的用于贴合标准电阻6的壳体底面的圆形的薄膜加热板的结构示意图。绝缘薄膜可选择耐温性好、绝缘性能优的Kapton膜，PET膜，Teflon膜或硅橡胶或其它材料。标准电阻6为圆柱体，薄膜加热板由于具有柔软特性，选择条形的薄膜加热板围绕标准电阻6的壳体外表面的侧表面一圈，通过胶带固定，选择圆形的薄膜加热板贴合标准电阻6的壳体外表面的底面，通过胶带固定，制成了可控温电阻器。当加热板7的外表面采用硅橡胶时，此时加热板7为硅橡胶加热板，硅橡胶加热板与标准电阻贴合制作可控温电阻器的方法可参考加热板7为薄膜加热板时的制作。金属箔电热丝带作为加热板7的电热芯可以使加热板承受很高的功率密度，具有优异的快速加热功能。

本发明的可控温电阻器还可以被包裹于保温体内，以实现更好地恒温，该可控温电阻器在使用过程中，无需将其放置在控温罐中就能够实现电阻的恒温，降低了使用成本，并增强了其稳定性。

本发明还涉及一种自控温电阻装置，其优选结构示意图如图5所示，包括控温电路以及图3所示的可控温电阻器，通过可控温电阻器中的加热板的电连接端8、9连接至控温电路中，控温电路包括依次连接的电源U_S、电阻桥（R₁、R₂、R₃和R_T）、运放IC和三极管VT，其中，供电的电源U_S可以采用电池电源或交流电整流电源，如通过市电或体积较小的镍氢电池供电，则该自控温电阻装置可以移动和携带方式使用，能够在旅途控温，充分满足了标准电阻作为计量标准的特性要求；电阻桥中的R₁、R₂和R₃三个电阻的阻值均优选为50kΩ，R_T为热敏电阻（具体包括两个串联的热敏电阻R_T1和R_T2），热敏电阻R_T1和R_T2的阻值在控温点均优选为25kΩ，电阻桥中的R₁和R₂串联，以及R₃和R_T串联后均与电源U_S并联，且R₁和R₃相对设置，R₂和R_T相对设置；运放IC的反向输入端与R₁和R₂之间的A点相连，运放IC的正向输入端与R₃和R_T之间的B点相连，运放IC的输出端连接三极管VT的基极，三极管VT为一种功率放大器，发射极连接加热板7的电连接端8，集电极连接电源U_S正极；加热板7的电连接端9连接电源U_S负极（即接地）。

为实现该可控温电阻器的高精度控温，将可控温电阻器与控温电路相连，将热敏电阻R_T（包括串联的热敏电阻R_T1和R_T2）设置于可控温电阻器中的标准电阻6的壳体表面上或壳体中或壳体内腔，加热板7的电连接端8连接作为功放的三极管VT的发射极，电连接端9连接电源U_S负极。图5所示的高精度控温的可控温电阻器工作原理为：当可控温电阻器的温度低于设定温度时，在温度变化的情况下，控温电路中的热敏电阻R_T受到热感应其阻值发生变化，使得计量到的电阻桥阻抗不平衡，即A、B两点产生电位差，即电桥不平衡，从而运放IC的输入端具有差分信号，该差分输入提高了共模拟制比，消除了共模干扰，进而通过三极管VT将运放IC输出信号放大后去给加热板7提供电流，由于加热板7与可控温电阻器中标准电阻6的壳体外表面贴合，故能够提高标准电阻6的温度，当标准电阻6的温度达到需要限定的温度时，通过热敏电阻R_T的温度感应，最终使得控温电路中作为功放的三极管VT的输出电流减少，使得标准电阻6的温度可以控制在限定的范围，并可以拟制温度波动，提高该可控温电阻器中的标准电阻6的稳定性，使得可控温电阻器的控温精度为0.01°C，如当可控温电阻器需要限定温度是30°C时，通过控温电路进行控温能够将可控温电阻器中的温度控制在30°C±0.01°C，故可以减小温度偏差，实现可控温电阻器的高精度控温，使得电路控温罐中的电路工作时不会受到温度干扰，满足精度要求比较高的电路的测量要求。设置串联的两热敏电阻使得热感应更灵敏，既提高了测温灵敏度，又补偿了由于两只热敏电阻可能的漂移造成的控温变化，使控温达到较高的精度，且稳定性也更好，通过热敏电阻的温度感应，最终使得可控温电阻器的温度可以控制在需要限定的范围，并可以拟制温度波动，该控温电路与可控温电阻器配合工作，使得可控温电阻器的控温精度为0.01°C，即设定温度的上下波动区间≤0.01°C，减小温度偏差，能够满足精度要求比较高的电路的测量要求。

本发明涉及的自控温电阻装置还包括真空保温罐，将可控温电阻器设置于真空保温罐内，由于控温电路里的热敏电阻R_T（包括串联的热敏电阻R_T1和R_T2）设置于可控温电阻器中的标准电阻6的壳体表面上或壳体中或壳体内腔，故相当于热敏电阻R_T也设置在真空保温罐中。

图6为自控温电阻装置中的保温罐及可控温电阻器的第一种优选结构示意图。可控温电阻器包括标准电阻6和加热板7，此时加热板7为硅橡胶加热板，可控温电阻器以及热敏电阻R_T1和R_T2设置在密封的保温罐3中，保温罐3为密封的真空保温罐，串联的热敏电阻R_T1和R_T2两端导线可从保温罐3的顶端引出，如图5和图6中所示的B、C两点分别对应相连，与加热板7的电连接端8、9连接的导线也从保温罐3的顶端引出，如图5和图6中所示的D、E两点分别对应相连。真空保温罐由于具有真空层故能够起到真空隔热的功效，使得可控温电阻器的温度波动范围小，从而达到对可控温电阻器控温保温的作用。

图7为自控温电阻装置中的保温罐及可控温电阻器的第二种优选结构示意图。可控温电阻器包括标准电阻6和加热板7，此时加热板7为薄膜加热板，可控温电阻器以及热敏电阻R_T1和R_T2设置在密封的保温罐中，该保温罐为两个敞口的具有玻璃镀膜的真空瓶胆10相互扣合而成，两个真空瓶胆的敞口口径选择为一大一小，真空瓶胆10的瓶胆壁内的夹层为真空，两真空瓶胆6的扣合部位设置有泡沫垫层5使得保温罐完全密封。串联的热敏电阻R_T1和R_T2两端导线可从泡沫垫层5中引出，如图5和图7中所示的B、C两点分别对应相连，与加热板7的电连接端8、9连接的导线也从泡沫垫层5中引出，如图5和图7中所示的D、E两点分别对应相连。该实施例所示的自控温电阻装置，体积大幅度减小，体积仅为0.007立方米，仅为可控温电阻器的几倍。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种可控温电阻器，其特征在于，包括电阻和加热板，所述电阻包括电阻壳体，所述加热板为柔性电热板并贴合在所述电阻壳体的外表面，所述柔性电热板内置有金属箔电热丝带，所述电热丝带呈回线排列，所述柔性电热板设置有电连接端。

2.根据权利要求1所述的可控温电阻器，其特征在于，所述柔性电热板的外表面采用薄膜材料，所述薄膜材料是全透明或半透明的绝缘薄膜。

3.根据权利要求1所述的可控温电阻器，其特征在于，所述柔性电热板的外表面采用硅橡胶。

4.根据权利要求1至3之一所述的可控温电阻器，其特征在于，所述电阻壳体的表面上或所述电阻壳体的壳体中或所述电阻壳体的内腔设置有热敏电阻放置部位，所述热敏电阻用于控温电路的温度探测。

5.根据权利要求4所述的可控温电阻器，其特征在于，所述电阻为标准电阻，所述可控温电阻器被包裹于保温体内。

6.一种自控温电阻装置，其特征在于，包括权利要求1至4之一所述的可控温电阻器，还包括与可控温电阻器相连的控温电路，所述控温电路包括依次连接的电源、电阻桥、运放和功放，所述电阻桥包括热敏电阻，所述热敏电阻设置于可控温电阻器中的电阻壳体的表面上或所述电阻壳体的壳体中或所述电阻壳体的内腔，所述加热板的电连接端连接功放的输出端。

7.根据权利要求6所述的自控温电阻装置，其特征在于，所述热敏电阻为两个热敏电阻串联连接，所述两热敏电阻均设置于电阻壳体的表面上或所述电阻壳体的壳体中或所述电阻壳体的内腔。

8.根据权利要求7所述的自控温电阻装置，其特征在于，两热敏电阻在控温点的阻值均为25kΩ，电阻桥的其它电阻均为50kΩ；所述功放为三极管，所述三极管的基极连接运放的输出端，发射极连接加热板的电连接端，集电极连接电源正极。

9.根据权利要求6所述的自控温电阻装置，其特征在于，所述电源采用电池电源或交流电整流电源。

10.根据权利要求6至9之一所述的自控温电阻装置，其特征在于，还包括真空保温罐，所述可控温电阻器设置于真空保温罐内。

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