高精度无阶跃恒温控制器
湖南常宁水口山有色金属责任公司职工医院 王学文

　　笔者因工作关系接触恒温设备比较多，从目前各实验室所用的恒温设备中的控制电路来看，大部分仍然使用精度比较低的双金属机械式温度控制器。虽然电路简单，但精度低，可靠性差，触点易氧化和电蚀。这些早期的恒温设备目前的使用量又是很大的，而且这些设备的外观大部分仍然很好，报废实在可惜。改造这些恒温设备就显得十分必要了。而要改造这些设备关键是对其自动控温装置的改造。本文介绍的就是为了上述目的设计的一款高精度无温度阶跃区的恒温控制器电路。

　　原理概述：本恒温控制器由两块单电源四运放LM324和少量外围元件组成。其原理框图见图1。图2为其电路原理图。

图一

图二

　　在图2中，Q1、Q2的be结串联作为温度传感器，由精密稳压集成电路U3(TL431)提供约2.5V的高稳定基准电压源为传感器及窗口电压比较器（U2C,U2D）和差分放大器（U1C）提供合适的参考基准输入。U1A,U1B的接入是为了便于调试并使差分放大器的输入阻抗尽可能平衡。电压跟巡器U1D起缓冲隔离作用，分别将经U1C差分放大器放大后的温差电压Vd送到电压比较器U2B的同相输入端上，U2C的反相输入端接在由U2A等组成的锯齿波电压发生器的输出端上，在锯齿波电压低于Vd期间，U2B输出高电平，Q5饱和导通使接口电路U5得到输入电流信号，其输出端触发双向可控硅VS在市电过零时导通。负载得电工作而发热。培养箱内温度升高，LED3为一绿色高亮度发光二极管，其作用有三：1，作为加热工作状态指示灯用； 2，防止电路可能出现误动作； 3，为抵消因Q6可能出现的饱和压降过大而使Q5在超温时不能可靠的截止。因负载得电工作发热，培养箱内温度升高，与设定点的温度差减小，从而引起U1C输入的差分电压变小，U1C输出变小，U1D输出（Vd）亦变小，（在一个锯齿波周期内）U2B输出高电平时间减少，以致于培养箱内温度上升速度减慢，当培养箱内温度达到设定温度（37℃）时，此时，温差最小，Vd此时亦最小，负载得电时间最短。以致于培养箱内温度基本上无变化，负载所发热量与培养箱与环境热交换所散发的热量相当，从而维持培养箱内温度稳定在设定温度上。由于负载工作时间长短与温差密切相关（温差大时，Vd大负载得电工作时间就长产热量多，反之，负载工作时间就少，产热也少），而且传感器的输出经约100倍放大从而使得本电路的灵敏度和控制精度都比较高。基本上没有明显的温度阶跃。U2C,U2D为一窗口电压比较器，当培养箱内温度低于设定的报警下限温度时，U2C输出高电平，黄色发光二极管LED4被点亮，表示欠温状态，同时为报警声源集成电路U4提供工作电源使U4工作输出音频信号经Q7放大推动扬声器发声报警；而当某种原因使电路失控而致培养箱内温度升高超过设定报警温度的上限温度时，U2D输出高电平，一路使红色发光二极管LED5发光指示出超温状态，并为报警电路供电是扬声器发声报警；与此同时，经R17使Q6饱和导通，迫使Q5截止，切断U5的输入电流，使VS关断。负载失电停止工作以防培养箱内温度继续升高从而保护了培养箱内的培养物的安全。

　　元器件选取：U1A-U1D,U2A-U2D分别使用一块单电源四运放LM324N.其他元件电路有标注。