CN115406492B - 一种带有保护电路的热扩散式开关 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有保护电路的热扩散式开关,通过对第一温度采集模块采集流体的第一温度信号作为基准信号,然后通过加热模块对目标区域进行加热,并通过第二温度采集模块采集目标区域的第二温度信号,流体的流速越快,目标区域散热效果越好,第一温度信号与第二温度信号的温差越小;因此利用温差信号与流体速度的对应关系对流体的流速进行测量,当流速下降,导致温差信号的值超过阈值时,通过开关信号输出模块输出开关信号,实现基于流体流量的开关功能。同时,在流速下降时,第二温度信号上升至温度阈值时,利用高温切断模块产生关断信号,使开关模块根据关断信号对加热模块进行关断,避免温度继续上升,从而对热扩散开关进行温度限制保护。
Description
技术领域
本发明属于电子开关领域,尤其涉及一种带有保护电路的热扩散式开关。
背景技术
热扩散开关是固态开关,没有活动部件。它可用于监测各种气体、液体的流量状态以及液体的液位高度状态。热扩散开关可以提供固态或继电器输出。它们相对紧凑,可以应用于各种管道尺寸。全不锈钢结构,提供各种工艺连接尺寸。热扩散开关可用于通用和防爆环境。
现有的热扩散开关在测量流体温度时,当流体流速下降,会导致热扩散开关无法进行有效散热,从而导致热扩散开关出现故障甚至是损坏。
发明内容
本发明提供了一种带有保护电路的热扩散式开关,以解决现有技术中在流体流速下降时,热扩散开关无法进行有效散热的技术问题。
一种带有保护电路的热扩散式开关,包括第一温度采集模块、第二温度采集模块、加热模块、高温切断模块、开关模块、开关信号输出模块;
所述第一温度采集模块用于采集流体的第一温度信号;所述加热模块用于对目标区域的流体进行加热,所述第二温度采集模块用于采集所述目标区域内流体的第二温度信号;
所述第二温度采集模块的输出端与所述高温切断模块的输入端连接,所述高温切断模块对所述第二温度信号、预设的温度阈值进行比较,生成第一比较信号;
所述高温切断模块的输出端与所述开关模块的控制端连接,所述开关模块与所述加热模块连接,所述开关模块根据所述第一比较信号控制所述加热模块的启停状态;
所述开关信号输出模块的第一输入端与所述第一温度采集模块连接,所述开关信号输出模块的第二输入端与所述第二温度采集模块连接;所述开关信号输出模块对所述第一温度信号值和所述第二温度信号值进行差分放大,得到温差信号;并对所述温差信号与预设的温差阈值信号进行比较,得到第二比较信号;并根据所述第二比较信号输出开关信号。
在本发明一实施例中,所述第一温度采集模块包括第一热敏电阻和恒流驱动电路,所述第二温度采集模块包括第二热敏电阻和恒流驱动电路,所述加热模块包括加热电阻和恒流驱动电路;
所述第一热敏电阻、所述第二热敏电阻与所述加热电阻并联;
所述第一温度采集模块中的恒流驱动电路的输入端与外部电源连接,所述第一温度采集模块中的恒流驱动电路的输出端用于对所述第一热敏电阻进行恒流驱动;所述第二温度采集模块中的恒流驱动电路的输入端与外部电源连接,所述第二温度采集模块中的恒流驱动电路的输出端用于对所述第二热敏电阻进行恒流驱动;所述加热模块中的恒流驱动电路的输入端与外部电源连接,所述加热模块中的恒流驱动电路的输出端用于对所述加热电阻进行恒流驱动;
所述高温切断模块的输入端与所述第二热敏电阻的一端连接,所述高温切断模块的输出端与所述开关模块的控制端连接。
在本发明一实施例中,所述恒流驱动电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第一三极管;
所述第一运算放大器的正相供电端与外部电源连接,所述第一运算放大器的反相供电端接地;所述第一运算放大器的正相输入端与外部的第二基准信号源连接,所述第一运算放大器的正相输入端通过所述第一电容接地,所述外部电源通过所述第二电容接地;
所述第一运算放大器的输出端串接所述第一电阻后与所述第一三极管的基极连接;所述第三电容的一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接,所述第三电容的另一端与所述第一运算放大器的输出端连接;
所述第一三极管的集电极与外部电源连接,所述第一三极管的发射极通过所述第二电阻接地,所述第一热敏电阻的另一端还直接与所述第一运算放大器的反相输入端连接;
目标电阻设置在外部电源与所述第一三极管的集电极之间,或者目标电阻设置在所述第一三极管的发射极与所述第二电阻之间;所述目标电阻为所述第一热敏电阻、所述第二热敏电阻、所述加热电阻其中之一。
在本发明一实施例中,所述高温切断模块包括基准调节子电路、第二运算放大器、保护电阻和第一二极管;
所述基准调节子电路的输入端与外部的第一基准信号源连接,所述基准调节子电路的输出端与所述第二运算放大器的正相输入端连接;所述基准调节子电路用于对所述第一基准信号进行调节;
所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二热敏电阻的一端连接,所述第二运算放大器的输出端依次与所述保护电阻、所述第一二极管、所述开关模块的控制端连接;
所述调节子电路用于对第一基准信号源发送的第一基准信号进行调节,得到温度阈值;
所述第二运算放大器用于对所述温度阈值、所述第二温度信号进行比较,得到第一比较信号;在所述第二温度信号大于所述温度阈值时,所述第一比较信号为低电平,在所述第二温度信号小于或者等于所述温度阈值时,所述第一比较信号为高电平。
在本发明一实施例中,所述基准调节子电路包括第一分压电阻和第二分压电阻,所述第一分压电阻的一端与外部的第一基准信号源连接,所述第一分压电阻的另一端与所述第二运算放大器的正相输入端连接;所述第二分压电阻的一端与所述第一分压电阻的另一端连接,所述第二分压电阻的另一端接地。
在本发明一实施例中,所述开关信号输出模块包括差分放大电路、滞回比较电路、输出电路;
所述差分放大电路的第一输入端与所述第一温度采集模块连接,所述差分放大电路的第二输入端与所述第二温度采集模块连接,所述差分放大电路对所述第一温度信号值和所述第二温度信号值进行差分放大,得到温差信号;
所述滞回比较电路的第一输入端与所述差分放大电路的输出端连接,所述滞回比较电路的第二输入端接入预设的温差阈值信号,所述滞回比较电路对所述温差信号与温差阈值信号进行比较,得到第二比较信号;
所述输出电路的输入端与所述第二比较信号连接,所述输出电路在所述温差信号的值大于所述温差阈值信号的值时,输出关闭信号;所述输出电路在所述温差信号的值小于或者等于所述温差阈值信号的值时,输出开启信号。
在本发明一实施例中,所述差分放大电路包括第三运算放大器、第四运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻;
所述第三运算放大器的正相输入端通过所述第三电阻接收所述第一温度信号,所述第三运算放大器的反相输入端通过所述第四电阻接地;所述第五电阻的一端与所述第三运算放大器的反相输入端连接,所述第五电阻的另一端与所述第三运算放大器的输出端连接;所述第三运算放大器的输出端通过所述第六电阻与所述第四运算放大器的反相输入端连接;
所述第四运算放大器的正相输入端通过所述第七电阻接收所述第二温度信号,所述第八电阻的一端与所述第四运算放大器的反相输入端连接,所述第八电阻的另一端与所述第四运算放大器的输出端连接;所述第四运算放大器的输出端用于输出温差信号。
在本发明一实施例中,所述滞回比较电路包括第五运算放大器、第九电阻、第十电阻、变阻器;
所述第五运算放大器的反相输入端通过所述变阻器与外部的第一基准信号源连接,所述第五运算放大器的正相输入端通过所述第九电阻与所述差分放大电路的输出端连接,所述第十电阻的一端与所述第五运算放大器的正相输入端连接,所述第十电阻的另一端与所述第五运算放大器的输出端连接;
所述变阻器用于对所述第一基准信号源输出的基准信号的值进行调节,得到温差阈值信号;所述第五运算放大器用于所述温差信号的值与所述温差阈值信号的值进行比较,生成第二比较信号;所述温差信号的值大于所述温差阈值信号的值时,所述第二比较信号为高电平;所述温差信号的值小于或者等于所述温差阈值信号的值时,所述第二比较信号为低电平。
在本发明一实施例中,所述输出电路包括第十一电阻、第十二电阻、第二三极管、继电器、第二二极管、第三二极管;
所述第二三极管的基极通过依次串联的所述第二二极管、所述第十一电阻与所述滞回比较电路的输出端连接,所述第二三极管的基极还通过所述第十二电阻接地;
所述第二三极管的集电极与所述第三二极管的阳极、所述继电器的控制端的一侧连接,所述第三二极管的阴极、所述继电器的控制端的另一侧与外部电源连接,所述第二三极管的发射极接地。
在本发明一实施例中,所述热扩散式开关还包括报警模块,所述报警模块与所述继电器连接;所述报警模块用于根据所述开关信号进行报警。
本发明提供一种带有保护电路的热扩散式开关,具有以下有益效果:通过设置第一温度采集模块、第二温度采集模块、加热模块、高温切断模块、开关模块、开关信号输出模块,第一温度采集模块用于采集流体的第一温度信号;加热模块用于对目标区域的流体进行加热,第二温度采集模块用于采集目标区域内流体的第二温度信号;高温切断模块用于在第二温度信号的值超过预设的温度阈值时,产生关断信号;开关模块用于根据关断信号对加热模块进行关断;开关信号输出模块用于计算第一温度信号值和第二温度信号值之间的温度差值,得到温差信号,并在温差信号的值超过预设的温差阈值时,生成开关信号。本发明通过对第一温度采集模块采集流体的第一温度信号作为基准信号,然后通过加热模块对目标区域进行加热,并通过第二温度采集模块采集目标区域的第二温度信号,流体的流速越快,目标区域散热效果越好,第一温度信号与第二温度信号的温差越小;因此利用温差信号与流体速度的对应关系对流体的流速进行测量,当流速下降,导致温差信号的值超过阈值时,通过开关信号输出模块输出开关信号,实现基于流体流量的开关功能。同时,在流速下降时,第二温度信号上升至温度阈值时,利用高温切断模块产生关断信号,使开关模块根据关断信号对加热模块进行关断,避免温度继续上升,从而对热扩散开关进行温度限制保护。
附图说明
图1是本发明的实施例中一示例性的带有保护电路的热扩散式开关的结构示意图;
图2是本发明的实施例中一示例性的恒流驱动电路的电路图;
图3是本发明的实施例中一示例性的恒流驱动电路和高温切断模块的电路图;
图4是本发明的实施例中一示例性的差分放大电路的电路图;
图5是本发明的实施例中一示例性的滞回比较电路的电路图;
图6是本发明的实施例中一示例性的输出电路和报警模块的电路图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
在下文描述中,探讨了大量细节,以提供对本发明实施例的更透彻的解释,然而,对本领域技术人员来说,可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的。
如图1所示,本发明中的提供的一种带有保护电路的热扩散式开关,包括第一温度采集模块、第二温度采集模块、加热模块、高温切断模块、开关模块、开关信号输出模块;所述开关模块包括控制端和被控制器端;所述开关信号输出模块包括第一输入端、第二输入端和输出端;
具体地,第一温度采集模块包括第一热敏电阻RW和恒流驱动电路(恒流驱动1);第二温度采集模块包括第二热敏电阻RW和恒流驱动电路(恒流驱动2);加热模块包括加热电阻RA和恒流驱动电路(恒流驱动3),开关模块为三极管Q5;
第一温度采集模块用于采集流体的第一温度信号VW;加热模块用于对目标区域的流体进行加热,第二温度采集模块用于采集目标区域内流体的第二温度信号VS;
第二温度采集模块的输出端与高温切断模块的输入端连接,高温切断模块对第二温度信号VS、预设的温度阈值进行比较,生成第一比较信号;
高温切断模块的输出端与开关模块Q5的控制端连接,开关模块Q5的被控制端与加热模块连接,开关模块Q5根据第一比较信号控制加热模块的启停状态;
开关信号输出模块的第一输入端与第一温度采集模块连接,开关信号输出模块的第二输入端与第二温度采集模块连接;开关信号输出模块对第一温度信号值和第二温度信号值进行差分放大,得到温差信号;并对温差信号与预设的温差阈值信号进行比较,得到第二比较信号;并根据第二比较信号输出开关信号。
本实施例的具体原理如下:
本实施例中的一种带有保护电路的热扩散式开关包括两个探头,其中一个探头内部封装加热模块和第二温度采集模块,另外一个探头封装第一温度采集模块。使用时,将两个探头浸没至待测流体中,第一温度采集模块采集的的第一温度信息为参考信号。使用恒定功率对加热模块进行升温同时将热量传递给第二温度采集模块。这在两个温度采集模块之间产生温差。随着流体的流速增加,由于流体移动经过被加热的第二温度采集模块,因此存在冷却效果。流量越大,冷却越多。两个温度采集模块之间的温差减小,表明流速上升。当流速下降时,冷却较少,这导致温差增加,温差增加至预设的温差阈值时,生产开关信号,开关信号可以用于报警。
同时,如果流速下降时,冷却较少,加热模块还在以恒定功率持续对目标区域中的第二温度采集模块进行加热,热量会聚集在第二温度采集模块中;因此,如果第二温度采集模块采集的第二温度信号VS上升至温度阈值时,则通过高温切断模块产生关断信号,关断信号驱动开关模块Q5,对加热模块进行关断,避免第二温度采集模块的温度进一步上升,从而对热扩散开关进行过温保护。同理,流体在高流速时,加热电阻处于低温状态下,电路正常驱动。
在本发明一实施例中,第一温度采集模块包括第一热敏电阻RW和恒流驱动电路,第二温度采集模块包括第二热敏电阻RS和恒流驱动电路,加热模块包括加热电阻RA和恒流驱动电路;开关模块Q5的控制端为基极,开关模块Q5的被控制端为集电极和发射极;
第一热敏电阻RW、第二热敏电阻RS与加热电阻RA并联;
第一温度采集模块中的恒流驱动电路的输入端与外部电源VCC连接,第一温度采集模块中的恒流驱动电路的输出端用于对第一热敏电阻RW进行恒流驱动;第二温度采集模块中的恒流驱动电路的输入端与外部电源VCC连接,第二温度采集模块中的恒流驱动电路的输出端用于对第二热敏电阻RS进行恒流驱动;加热模块中的恒流驱动电路的输入端与外部电源VCC连接,加热模块中的恒流驱动电路的输出端用于对加热电阻RA进行恒流驱动;
高温切断模块的输入端与第二热敏电阻RS的一端连接,高温切断模块的输出端与开关模块Q5的控制端连接。
在本实施例中,第一热敏电阻RW和第二热敏电阻RS为正电阻系数热敏电阻或者负电阻系数热敏电阻,以正电阻系数热敏电阻为例;第一热敏电阻RW和第二热敏电阻RS并联,且均通过恒流驱动电路进行驱动,因此在流体的流速下降,第二热敏电阻RS的温度和阻值持续上升,从而导致流经第二热敏电阻RS的电流值下降(第二温度信号即为流经第二热敏电阻RS的电流信号,电流值越大温度越小);高温切断模块根据下降后的电流信号产生关断信号,从而控制三极管Q5对恒流驱动电路(恒流驱动3)进行关断,加热电阻RA停止工作;避免第二热敏电阻RS的温度继续上升。
如图2所示,在本发明一实施例中,恒流驱动电路包括第一电容C7、第二电容C1、第三电容C17、第一运算放大器U2A、第一电阻R11、第二电阻R15、第一三极管Q1;
第一运算放大器U2A的正相供电端与外部电源VCC连接,第一运算放大器U2A的反相供电端接地;第一运算放大器U2A的正相输入端与外部的第二基准信号源VREF2连接,第一运算放大器U2A的正相输入端通过第一电容C7接地,外部电源VCC通过第二电容C1接地;
第一运算放大器U2A的输出端串接第一电阻R11后与第一三极管Q1的基极连接;第三电容C17的一端与第一运算放大器U2A的反相输入端连接,第三电容C17的另一端与第一运算放大器U2A的输出端连接;
第一三极管Q1的集电极与外部电源VCC连接,第一三极管Q1的发射极通过第二电阻R15接地,第一热敏电阻RW的另一端还直接与第一运算放大器U2A的反相输入端连接;
目标电阻设置在外部电源VCC与第一三极管Q1的集电极之间,或者目标电阻设置在第一三极管Q1的发射极与第二电阻R15之间;目标电阻为第一热敏电阻RW、第二热敏电阻RS、加热电阻RA其中之一。
在本实施例中,第一运算放大器U2A的正相输入端外接第二基准信号源VREF2,根据第一运算放大器U2A的虚短虚断特性,第一运算放大器U2A的反相输入端的电压同样为VREF2,进而得到节点P7的电压为VREF2,第二电阻R15的一端电压为VREF2,另一端接地,从而使得通过第二电阻R15的电流为恒定的VREF2/R15,进而使得与第二电阻R15串联的目标电阻(如第二热敏电阻RS)的通过电流同样为VREF2/R15,从而实现恒流驱动。
如图3所示,加热电阻RA采用另一个恒流驱动电路进行恒流驱动,加热电阻设置在外部电源VCC与三极管Q2的集电极之间。
如图3所示,在本发明一实施例中,高温切断模块包括基准调节子电路、第二运算放大器U6B、保护电阻R8和第一二极管D4;
基准调节子电路的输入端与外部的第一基准信号源VREF1连接,基准调节子电路的输出端与第二运算放大器U6B的正相输入端连接;基准调节子电路用于对第一基准信号进行调节;
第二运算放大器U6B的反相输入端与第二热敏电阻RS的一端连接,第二运算放大器U6B的输出端依次与保护电阻R8、第一二极管D4、开关模块Q5的控制端连接;
调节子电路用于对第一基准信号源发送的第一基准信号进行调节,得到温度阈值;
所述第二运算放大器U6B用于对所述温度阈值、所述第二温度信号进行比较,得到第一比较信号;在所述第二温度信号大于所述温度阈值时,所述第一比较信号为低电平,在所述第二温度信号小于或者等于所述温度阈值时,所述第一比较信号为高电平。开关模块为三极管Q5,在基极为高电平时开启,低电平时关闭。
在本实施例中,调节后的第一基准信号为温度阈值信号,第二运算放大器U6B作为比较器,对温度阈值信号、第二温度信号VS进行比较,从而判断第二温度信号VS的值是否超过温度阈值,并在第二温度信号VS大于调节后的第一基准信号时,输出关断信号。
在本发明一实施例中,基准调节子电路包括第一分压电阻R29和第二分压电阻R28,第一分压电阻R29的一端与外部的第一基准信号源VREF1连接,第一分压电阻R29的另一端与第二运算放大器U6B的正相输入端连接;第二分压电阻R28的一端与第一分压电阻R29的另一端连接,第二分压电阻R28的另一端接地。
本实施例中,采用分压原理调节第一基准信号,即调节温度阈值;
在本发明一实施例中,开关信号输出模块包括差分放大电路、滞回比较电路、输出电路;
差分放大电路的第一输入端与第一温度采集模块连接,差分放大电路的第二输入端与第二温度采集模块连接,差分放大电路对第一温度信号值和第二温度信号值进行差分放大,得到温差信号;
滞回比较电路的第一输入端与差分放大电路的输出端连接,滞回比较电路的第二输入端接入预设的温差阈值信号,滞回比较电路对温差信号与温差阈值信号进行比较,得到第二比较信号;
输出电路的输入端与第二比较信号连接,输出电路在温差信号的值大于温差阈值信号的值时,输出关闭信号;输出电路在温差信号的值小于或者等于温差阈值信号的值时,输出开启信号。
如图4所示,在本发明一实施例中,差分放大电路包括第三运算放大器U2C、第四运算放大器U2D、第三电阻R25、第四电阻Rs2、第五电阻Rf2、第六电阻Rs1、第七电阻R20、第八电阻Rf1;
第三运算放大器U2C的正相输入端通过第三电阻R25接收第一温度信号VW,第三运算放大器U2C的反相输入端通过第四电阻Rs2接地;第五电阻Rf2的一端与第三运算放大器U2C的反相输入端连接,第五电阻Rf2的另一端与第三运算放大器U2C的输出端连接;第三运算放大器U2C的输出端通过第六电阻Rs1与第四运算放大器U2D的反相输入端连接;
第四运算放大器U2D的正相输入端通过第七电阻R20接收第二温度信号VS,第八电阻Rf1的一端与第四运算放大器U2D的反相输入端连接,第八电阻Rf1的另一端与第四运算放大器U2D的输出端连接;第四运算放大器U2D的输出端用于输出温差信号。
本实施例中,利用第三运算放大器U2C、第四运算放大器U2D构建差分放大电路,并对第一温度信号、第二温度信号进行差分放大,得到能够反应流速的温差信号。
如图5所示,在本发明一实施例中,滞回比较电路包括第五运算放大器U6A、第九电阻R21、第十电阻R22、变阻器R18;
第五运算放大器U6A的反相输入端通过变阻器R18与外部的第一基准信号源VREF1连接,第五运算放大器U6A的正相输入端通过第九电阻R21与差分放大电路的输出端连接,第十电阻R22的一端与第五运算放大器U6A的正相输入端连接,第十电阻R22的另一端与第五运算放大器U6A的输出端连接;
所述变阻器R18用于对所述第一基准信号源VREF1输出的基准信号的值进行调节,得到温差阈值信号;所述第五运算放大器U6A用于所述温差信号的值与所述温差阈值信号的值进行比较,生成第二比较信号;所述温差信号的值大于所述温差阈值信号的值时,所述第二比较信号为高电平;所述温差信号的值小于或者等于所述温差阈值信号的值时,所述第二比较信号为低电平。
在本实施例中,利用变阻器来对输入的基准信号进行调节,从而得到温差阈值,滞回比较电路中通过第五运算放大器U6A对温差信号的值、温差阈值进行比较,在温差信号的值大于温差阈值时,说明流速较慢,且第二热敏传感器RS的温度处于持续上升阶段。
如图6所示,在本发明一实施例中,输出电路包括第十一电阻R19、第十二电阻R26、第二三极管Q4、继电器K1、第二二极管D3、第三二极管D1;继电器K1包括控制端和被控制端;
第二三极管Q4的基极通过依次串联的第二二极管D3、第十一电阻R19与滞回比较电路的输出端连接,第二三极管Q4的基极还通过第十二电阻R26接地;
第二三极管Q4的集电极与第三二极管D1的阳极、继电器K1的控制端的一侧连接,第三二极管D1的阴极、继电器K1的控制端的另一侧与外部电源VCC连接,第二三极管Q4的发射极接地。
在本实施例中,热扩散开关的开关功能主要通过继电器K1体现,通过三极管放大第二比较信号后,驱动继电器K1,从而实现开关功能。第二比较信号为高电平时,第二三极管Q4开启,继电器K1处于第一状态(如开启),第二比较信号为低电平时,第二三极管Q4关闭,继电器K1处于第二状态(如关闭)。
在本发明一实施例中,热扩散式开关还包括报警模块SX3,报警模块SX3与继电器连接;报警模块SX3用于根据开关信号进行报警。
在本实施例中,继电器K1的开关功能用于打开/关闭报警模块,在在温差信号的值大于温差阈值时,说明流速较慢,且第二热敏传感器RS的温度处于持续上升阶段;此时则通过继电器K1打开报警模块SX3实现报警功能。
综上,本发明提供一种带有保护电路的热扩散式开关,通过设置第一温度采集模块、第二温度采集模块、加热模块、高温切断模块、开关模块Q5、开关信号输出模块,第一温度采集模块用于采集流体的第一温度信号VW;加热模块用于对目标区域的流体进行加热,第二温度采集模块用于采集目标区域内流体的第二温度信号VS;高温切断模块用于在第二温度信号VS的值超过预设的温度阈值时,产生关断信号;开关模块Q5用于根据关断信号对加热模块进行关断;开关信号输出模块用于计算第一温度信号VW值和第二温度信号VS值之间的温度差值,得到温差信号,并在温差信号的值超过预设的温差阈值时,生成开关信号。本发明通过对第一温度采集模块采集流体的第一温度信号VW作为基准信号,然后通过加热模块对目标区域进行加热,并通过第二温度采集模块采集目标区域的第二温度信号VS,流体的流速越快,目标区域散热效果越好,第一温度信号VW与第二温度信号VS的温差越小;因此利用温差信号与流体速度的对应关系对流体的流速进行测量,当流速下降,导致温差信号的值超过阈值时,通过开关信号输出模块输出开关信号,实现基于流体流量的开关功能。同时,在流速下降时,第二温度信号VS上升至温度阈值时,利用高温切断模块产生关断信号,使开关模块Q5根据关断信号对加热模块进行关断,避免温度继续上升,从而对热扩散开关进行温度限制保护。
在上述实施例中,尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述,但是根据前面的描述,这些实施例的很多替换、修改和变形对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种带有保护电路的热扩散式开关,其特征在于,包括第一温度采集模块、第二温度采集模块、加热模块、高温切断模块、开关模块、开关信号输出模块;
所述第一温度采集模块用于采集流体的第一温度信号;所述加热模块用于对目标区域的流体进行加热,所述第二温度采集模块用于采集所述目标区域内流体的第二温度信号;
所述第二温度采集模块的输出端与所述高温切断模块的输入端连接,所述高温切断模块对所述第二温度信号、预设的温度阈值进行比较,生成第一比较信号;
所述高温切断模块的输出端与所述开关模块的控制端连接,所述开关模块与所述加热模块连接,所述开关模块根据所述第一比较信号控制所述加热模块的启停状态;
所述开关信号输出模块的第一输入端与所述第一温度采集模块连接,所述开关信号输出模块的第二输入端与所述第二温度采集模块连接;所述开关信号输出模块对所述第一温度信号值和所述第二温度信号值进行差分放大,得到温差信号;并对所述温差信号与预设的温差阈值信号进行比较,得到第二比较信号;并根据所述第二比较信号输出开关信号;
所述开关信号输出模块包括差分放大电路、滞回比较电路、输出电路;
所述差分放大电路的第一输入端与所述第一温度采集模块连接,所述差分放大电路的第二输入端与所述第二温度采集模块连接,所述差分放大电路对所述第一温度信号值和所述第二温度信号值进行差分放大,得到温差信号;
所述滞回比较电路的第一输入端与所述差分放大电路的输出端连接,所述滞回比较电路的第二输入端接入预设的温差阈值信号,所述滞回比较电路对所述温差信号与温差阈值信号进行比较,得到第二比较信号;
所述输出电路的输入端与所述第二比较信号连接,所述输出电路在所述温差信号的值大于所述温差阈值信号的值时,输出关闭信号;所述输出电路在所述温差信号的值小于或者等于所述温差阈值信号的值时,输出开启信号;
所述差分放大电路包括第三运算放大器、第四运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻;
所述第三运算放大器的正相输入端通过所述第三电阻接收所述第一温度信号,所述第三运算放大器的反相输入端通过所述第四电阻接地;所述第五电阻的一端与所述第三运算放大器的反相输入端连接,所述第五电阻的另一端与所述第三运算放大器的输出端连接;所述第三运算放大器的输出端通过所述第六电阻与所述第四运算放大器的反相输入端连接;
所述第四运算放大器的正相输入端通过所述第七电阻接收所述第二温度信号,所述第八电阻的一端与所述第四运算放大器的反相输入端连接,所述第八电阻的另一端与所述第四运算放大器的输出端连接;所述第四运算放大器的输出端用于输出温差信号;
所述滞回比较电路包括第五运算放大器、第九电阻、第十电阻、变阻器;
所述第五运算放大器的反相输入端通过所述变阻器与外部的第一基准信号源连接,所述第五运算放大器的正相输入端通过所述第九电阻与所述差分放大电路的输出端连接,所述第十电阻的一端与所述第五运算放大器的正相输入端连接,所述第十电阻的另一端与所述第五运算放大器的输出端连接;
所述变阻器用于对所述第一基准信号源输出的基准信号的值进行调节,得到温差阈值信号;所述第五运算放大器用于所述温差信号的值与所述温差阈值信号的值进行比较,生成第二比较信号;所述温差信号的值大于所述温差阈值信号的值时,所述第二比较信号为高电平;所述温差信号的值小于或者等于所述温差阈值信号的值时,所述第二比较信号为低电平;
所述输出电路包括第十一电阻、第十二电阻、第二三极管、继电器、第二二极管、第三二极管;
所述第二三极管的基极通过依次串联的所述第二二极管、所述第十一电阻与所述滞回比较电路的输出端连接,所述第二三极管的基极还通过所述第十二电阻接地;
所述第二三极管的集电极与所述第三二极管的阳极、所述继电器的控制端的一侧连接,所述第三二极管的阴极、所述继电器的控制端的另一侧与外部电源连接,所述第二三极管的发射极接地。
2.根据权利要求1所述的一种带有保护电路的热扩散式开关,其特征在于,所述第一温度采集模块包括第一热敏电阻和恒流驱动电路,所述第二温度采集模块包括第二热敏电阻和恒流驱动电路,所述加热模块包括加热电阻和恒流驱动电路;
所述第一热敏电阻、所述第二热敏电阻与所述加热电阻并联;
所述第一温度采集模块中的恒流驱动电路的输入端与外部电源连接,所述第一温度采集模块中的恒流驱动电路的输出端用于对所述第一热敏电阻进行恒流驱动;所述第二温度采集模块中的恒流驱动电路的输入端与外部电源连接,所述第二温度采集模块中的恒流驱动电路的输出端用于对所述第二热敏电阻进行恒流驱动;所述加热模块中的恒流驱动电路的输入端与外部电源连接,所述加热模块中的恒流驱动电路的输出端用于对所述加热电阻进行恒流驱动;
所述高温切断模块的输入端与所述第二热敏电阻的一端连接,所述高温切断模块的输出端与所述开关模块的控制端连接。
3.根据权利要求2所述的一种带有保护电路的热扩散式开关,其特征在于,所述恒流驱动电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第一三极管;
所述第一运算放大器的正相供电端与外部电源连接,所述第一运算放大器的反相供电端接地;所述第一运算放大器的正相输入端与外部的第二基准信号源连接,所述第一运算放大器的正相输入端通过所述第一电容接地,所述外部电源通过所述第二电容接地;
所述第一运算放大器的输出端串接所述第一电阻后与所述第一三极管的基极连接;所述第三电容的一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接,所述第三电容的另一端与所述第一运算放大器的输出端连接;
所述第一三极管的集电极与外部电源连接,所述第一三极管的发射极通过所述第二电阻接地,所述第一热敏电阻的另一端还直接与所述第一运算放大器的反相输入端连接;
目标电阻设置在外部电源与所述第一三极管的集电极之间,或者目标电阻设置在所述第一三极管的发射极与所述第二电阻之间;所述目标电阻为所述第一热敏电阻、所述第二热敏电阻、所述加热电阻其中之一。
4.根据权利要求2所述的一种带有保护电路的热扩散式开关,其特征在于,所述高温切断模块包括基准调节子电路、第二运算放大器、保护电阻和第一二极管;
所述基准调节子电路的输入端与外部的第一基准信号源连接,所述基准调节子电路的输出端与所述第二运算放大器的正相输入端连接;所述基准调节子电路用于对所述第一基准信号进行调节;
所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二热敏电阻的一端连接,所述第二运算放大器的输出端依次与所述保护电阻、所述第一二极管、所述开关模块的控制端连接;
所述调节子电路用于对第一基准信号源发送的第一基准信号进行调节,得到温度阈值;
所述第二运算放大器用于对所述温度阈值、所述第二温度信号进行比较,得到第一比较信号;在所述第二温度信号大于所述温度阈值时,所述第一比较信号为低电平,在所述第二温度信号小于或者等于所述温度阈值时,所述第一比较信号为高电平。
5.根据权利要求4所述的一种带有保护电路的热扩散式开关,其特征在于,所述基准调节子电路包括第一分压电阻和第二分压电阻,所述第一分压电阻的一端与外部的第一基准信号源连接,所述第一分压电阻的另一端与所述第二运算放大器的正相输入端连接;所述第二分压电阻的一端与所述第一分压电阻的另一端连接,所述第二分压电阻的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种带有保护电路的热扩散式开关,其特征在于,所述热扩散式开关还包括报警模块,所述报警模块与所述继电器连接;所述报警模块用于根据所述开关信号进行报警。
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