本例介绍的医用恒温箱,采用红外光控技术,通过半导体制冷器件 (具有换向加热功能)来加热或制冷,使恒温箱内的温度恒定为设定值。
电路工作原理
该医用恒温箱电路由电源电路、红外控制电路、温度检测控制电路和温度异常保护报警电路组成,如图9-42所示。
电源电路由电源开关s、电源变压器tl、t2、整流二极管vdl-vd8、三端稳压集成电路ic2和滤波电容器c4-c7组成。
温度检测控制电路由热敏电阻器rtl、rt2、运算放大器集成电路ic3(ni-n4)内部的nl、n2、电阻器r2、r6、电位器rpl、rp2、电容器c9、二极管vd14-vd16、晶体管v6和继电器k1组成。
红外光控电路由晶体管vl、v5、v7、红外发光二极管vm、红外光敏晶体管v2、电阻器rl、r3-r5、晶闸管vt、电容器cl-c3、三端稳压集成电路icl、指示灯hl和继电器kl的控制触头kl-l、kl-2等组成。
温度异常保护报警电路由电位器rp3、rp4、ic3内部的运算放大器n3、n4、电阻器r7-r9、二极管vd9-vdll、电容器c8、发光二极管vll-vl3、晶体管v3、v4、音频集成电路lc4、扬声器bl和继电器k2组成。
交流220v电压一路经t2降压、vd5-vd8整流、c4滤波及ic2稳压后,为ic3和kl、k2等提供+l2v工作电压;另一路经tl降压、vdl-vd4整流后加至红外光控电路。
rt1和rt2作为温度传感器件,分别用来检测环境温度和恒温箱内的温度。
调节rpl和rp2的阻值,可分别设定nl和n2的起控温度。
在环境温度低于rpl的设定温度时,nl输出低电平,v6处于截止状态,kl不工作。此时若恒温箱内温度低于rp2的设定温度时,则n2输出高电平,v3导通,vm发出红外光,红外光敏晶体管v2受光照射后导通,便vt受触发导通,vdl-vd4整流后的直流电压经vt加至由icl、vl和ci-c3组成的稳压滤波电路稳压处理后,从vl的发射极输出l2v直流电压。该电压经kl的常闭触头加至半导体制冷器件上,使半导体制冷器件通电开始加热。当恒温箱内温度达到rp2的设定温度时,n2输出低电平,使v7、vl4、vl、v2和vt均截止,半导体制冷器件断电停止加热。当恒温箱内温度再次降至设定温度以下时,vt和v1、v2等再次导通。如此往复循环,使恒温箱内温度恒定在设定的温度附近。
当环境温度高于rpl的设定温度时,nl输出高电平,v6饱和导通,kl通电吸合,其常闭触头断开,常开触头接通。当恒温箱内温度高于rp2的设定温度时,n2输出低电平,使v7导通,vl4发出红外光v2、vt和vl导通,vl发射极输出的+l2v电压经kl的常开触头为半导体制冷器件提供工作电源,半导体制冷器开始制冷,使恒温箱内温度缓缓下降。当恒温箱内温度降至rp2的设定温度时,n2输出高电平,使v7、vm、v2、vt、v1均截止,半导体制冷器停止制冷。以上工作过程周而复始地进行,即可使恒温箱内温度保持恒定。
在温度检测与控制电路工作正常时,运算放大器n3和n4均输出低电平,v4处于截止状态,k2不吸合,ic4不工作,bl不发声,vll和vl2不发光。当某种原因使恒温箱内温度失控 (超过上限温度或低于下限温度)时,n3或n4输出高电平,使vll和vl2点亮,lc4通电工作,ic4输出的音频电信号经v3放大后,驱动bl发出报警声;同时v4导通,k2通电吸合,其常闭触头断开,将主电源切断,停止加热或制冷。
元器件选择
rl-r9选用1/4w金属膜电阻器或碳膜电阻器。
rtl和rt2均选用mf53-1型负温度系数热敏电阻器。
rpl和rp2均选用多圈线绕电位器;rp3和rp4均选用有机实心电位器。
cl-c4和c7、c8均选用耐压值为16v的铝电解电容器;c5和c6选用独石电容器或涤纶电容器;c选用钽电解电容器。
vd5-vd9和vdl2均选用1n4007型硅整流二极管;vdlo、vdll和vdl3-vdl6均选用1n4148型硅开关二极管。
vll-vl均选用φ5mm的普通发光二极管;vl4选用ph303型红外发光二极管。
icl和ic2均选用lm7812型三端稳压集成电路;ic3选用lm324或d324型四运放集成电路;ic4选用kd9561型音效集成电路。
v2选用tlpi07型红外光敏晶体管;v3-v6均选用s8050型硅npn晶体管;v7选用s9012或3cg9012型硅pnp晶体管。
t2选用5w、二次电压为13v的电源变压器。
kl和k2均选用有两组控轴触头的l2v直流继电器。
半导体制冷器的工作电压为l2v,其功率应根据实际需求合理选用。
vd1-vd4、vt、v1和t1的工作电流与功率应根据半导体制冷器件的工作电流来合理选取。
hl选用l2v、o.2a的指示灯泡。
bl选用0.25w、8ω的电动式扬声器。