阅读说明：本技术 一种基于水与冰电导率差异的温控保温电路 (Temperature control heat preservation circuit based on water and ice conductivity difference ) 是由 崔丽琴 杜超 邓霄 张丽 程鹏 贾斌 田鹏 秦建敏 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种基于水与冰电导率差异的温控保温电路,包括直流稳压电源电路,比较器电路,输出电路。在比较器电路正向端接入一个长度为50毫米,内径为10毫米,外径为12毫米的聚碳酸酯管,并将其两端通过密封盖密封。管内装8/9体积的水,密封盖底端平行于管截面方向固定两个直径为10毫米的圆形薄铜片电级,并通过导线将两个铜电极分别接入温控保温电路。当管内介质状态为水或冰时,由于两种介质的电导率差异导致比较器输出端输出不同的电平。从而影响输出电路中加热片是否工作,达到温控保温的目的。本发明适用于冬季低温环境下仪器仪表的保温。(The invention discloses a temperature control and heat preservation circuit based on the difference of the conductivities of water and ice. A polycarbonate tube having a length of 50mm, an inner diameter of 10mm and an outer diameter of 12mm was inserted into the forward end of the comparator circuit, and both ends thereof were sealed by sealing caps. 8/9-volume water is filled in the tube, two round thin copper sheet electrodes with the diameter of 10mm are fixed at the bottom end of the sealing cover in parallel to the section direction of the tube, and the two copper electrodes are respectively connected into a temperature control heat preservation circuit through leads. When the medium in the pipe is in a water or ice state, the output end of the comparator outputs different levels due to the difference of the conductivity of the two media. Thereby influencing whether a heating piece in the output circuit works or not and achieving the purpose of temperature control and heat preservation. The invention is suitable for heat preservation of instruments and meters in low-temperature environments in winter.)

一种基于水与冰电导率差异的温控保温电路

技术领域

本发明属于电路设计技术领域，具体涉及一种基于水与冰电导率差异的温控保温电路。

背景技术

信号的稳定传输是自动化仪器仪表正常工作的前提，在我国冬季高纬度地区气温不断降低，当环境温度降低到超出仪器正常工作范围时，易造成信号传输不准确，直接影响到仪器仪表测量显示的准确性。所以做好仪器仪表的防冻工作，对于仪器仪表的正常工作来说非常重要。

目前自动化领域采用的保温技术主要分为三类：一是通过保温材料进行保温，即用保温材料将仪器仪表易冻或怕冻的部位包裹起来。其不足之处在于保温材料随温度降低易破损，保温效果有限，需要时常更换，给工作人员造成不便。二是蒸汽加热措施，即使用管蒸汽暖气保温，常用于室内仪器仪表、设备的保温。三是电加热措施，通过给仪器内部加热实现保温。常见的方法有利用保温箱保温以及利用电加热带加热保温，在实际工程应用中最常用的方式是利用保温箱保温，保温箱保温需要220V供电，这对于野外无220V供电的仪器设备造成一定限制；利用加热带加热保温，需首先测得仪器内部环境温度后，再根据设定好的温度上下限值，开启加热带加热实现保温，该装置功耗比较大。

发明内容

针对现有保温技术存在的不足，本发明提供一种依据水在不同温度下的不同状态决定是否开启加热功能的温控保温电路，适用于低温环境下仪器仪表的保温。

本发明的技术方案是：一种基于水与冰电导率差异的温控保温电路，包括直流稳压电源电路，比较器电路，输出电路。

直流稳压电源电路包括直流稳压芯片U1，电容C1，电容C2，电感L1，肖特基二极管D1，短路帽JP1，电阻R1，发光二极管D2；直流稳压芯片U1的第1脚与12V蓄电池电源正极、电容C1的正极连接，直流稳压芯片U1的第2脚与电感L1一端和肖特基二极管D1的公共端连接，直流稳压芯片U1的第4脚与电感L1的另一端、电容C2正极和短路帽JP1的第1脚的公共端连接；短路帽JP1的第2脚与电阻R1的一端连接，R1的另一端与发光二极管D2的正极连接；电容C1的负极，肖特基二极管D1的正极，电容C2的负极以及发光二级管D2的负极与直流稳压芯片U1的第3脚连接后接地；直流稳压芯片U1的第5脚悬空；

所述比较器电路包括比较器U2，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5以及聚碳酸酯管内水或冰的等效电阻RX；经过直流稳压芯片U1电压转换之后，电感L1与电容C2的公共端将会输出5V电压VCC，VCC通过短路帽JP1短接后为比较器电路和输出电路提供电源，与电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5以及比较器U2的第8脚的公共端连接；比较器U2的第2脚与电阻R3和电阻R4的公共端连接；比较器U2的第3脚与电阻R2和聚碳酸酯管内水或冰的等效电阻RX的公共端连接；等效电阻RX的另一端、电阻R4的另一端与比较器U2的第4脚均接地；

所述输出电路包括光电耦合器U3，加热片J1、发光二极管D3、电阻R6以及短路帽JP2；光电耦合器U3的第1脚与比较器U2的第1脚和电阻R5的公共端连接；光电耦合器U3的第5脚与加热片J1和发光二极管D3负极的公共端连接；发光二极管D3的正极与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与短路帽JP2的第2脚连接，短路帽JP2的第1脚与热片J1的另一端连接后接入短路帽JP1的第2脚；光电耦合器U3的第2脚与第4脚连接后接地。所述光电耦合器U3的型号为4N32。

其中，水或冰的等效电阻RX是一个长度为50毫米、内径为10 毫米、外径为12毫米的聚碳酸酯管，将其两端通过密封盖密封；管内装8/9体积的水，密封盖底端平行于管截面方向固定两个直径为10毫米的圆形薄铜片电级，通过导线将两个铜电极分别接入温控保温电路的正向端。

其中，当聚碳酸酯管内介质状态为水时，比较器U2正向端获得的电压低于负向端，比较器U2输出端输出低电平，输出电路不工作；随温度降低管内介质结冰时，比较器U2正向端获得的电压高于负向端，比较器U2输出端输出高电平，输出电路开始工作，加热片J1持续发热，管内冰逐渐融化，直至比较器U2的正向端输入电压低于反向端输入电压，输出电路再次停止工作，提高了整个电路环境温度，如此周而复始，保证电子电路正常工作。

与现有技术相比，本发明的基于水与冰电导率差异的温控保温电路包括直流稳压电源电路、比较器电路、输出电路，比较器电路中设置聚碳酸酯管内水或冰的等效电阻RX，可根据聚碳酸酯管内水的状态判断仪器仪表所处环境温度，无需加入温度测量模块；本发明在连接太阳能供电系统进行供电时，可在野外无220V供电的低温环境中实现仪器仪表的保温；整个保温电路功耗低，可保证保温电路长时间稳定工作；电路结构简单，成本低。

附图说明

图1为本发明温控保温电路的原理框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种基于水与冰电导率差异的温控保温电路，包括直流稳压电源电路，比较器电路，输出电路。

直流稳压电源电路包括直流稳压芯片U1，电容C1，电容C2，电感L1，肖特基二极管D1，短路帽JP1，电阻R1，发光二极管D2；直流稳压芯片U1的第1脚与12V蓄电池电源正极、电容C1的正极连接，直流稳压芯片U1的第2脚与电感L1一端和肖特基二极管D1的公共端连接，直流稳压芯片U1的第4脚与电感L1的另一端、电容C2正极和短路帽JP1的第1脚的公共端连接；短路帽JP1的第2脚与电阻R1的一端连接，R1的另一端与发光二极管D2的正极连接；电容C1的负极，肖特基二极管D1的正极，电容C2的负极以及发光二级管D2的负极与直流稳压芯片U1的第3脚连接后接地（12V电源的负极）；直流稳压芯片U1的第5脚悬空；直流稳压芯片的型号为LM2575S，肖特基二极管的型号为IN5819。

本发明直流稳压电源电路的作用是为比较器电路及输出电路提供稳定的工作电压。电路中采用太阳能电池板为12V蓄电池进行充电。发光二极管D2用作比较器电路的电源指示灯。直流稳压电源电路中，电容C1=100μF，电容C2=330μF，电感L1=330μH，电阻R1=1KΩ。

所述比较器电路包括比较器U2，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5以及聚碳酸酯管内水或冰的等效电阻RX；经过直流稳压芯片U1电压转换之后，电感L1与电容C2的公共端将会输出5V电压VCC，VCC通过短路帽JP1短接后为比较器电路和输出电路提供电源，与电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5以及比较器U2的第8脚的公共端连接；比较器U2的第2脚与电阻R3和电阻R4的公共端连接；比较器U2的第3脚与电阻R2和聚碳酸酯管内水或冰的等效电阻RX的公共端连接；等效电阻RX的另一端、电阻R4的另一端与比较器U2的第4脚均接地；比较器U2的型号为LM193J。

比较器电路中电阻R2=100KΩ，电阻R3=1 MΩ，电阻R4=1 MΩ，电阻R5=1 KΩ。电阻R5为上拉电阻。

水或冰的等效电阻RX是一个长度为50毫米、内径为10 毫米、外径为12毫米的聚碳酸酯管，将其两端通过密封盖密封；管内装8/9体积的水，密封盖底端平行于管截面方向固定两个直径为10毫米的圆形薄铜片电级，通过导线将两个铜电极分别接入温控保温电路的正向端。电阻R2的电阻值需要根据RX的电阻值范围确定，等效电阻RX的电阻值与聚碳酸酯管的长度、横截面积大小、铜片电极的大小以及温度都有一定的关系。选定聚碳酸酯管的长度为50mm，内径10mm，外径12mm，圆形薄片铜电极的直径为10mm。

当聚碳酸酯管内介质状态为水时，比较器U2正向端获得的电压低于负向端，比较器U2输出端输出低电平，输出电路不工作；随温度降低管内介质结冰时，比较器U2正向端获得的电压高于负向端，比较器U2输出端输出高电平，输出电路开始工作，加热片J1持续发热，管内冰逐渐融化，直至比较器U2的正向端输入电压低于反向端输入电压，输出电路再次停止工作，提高了整个电路环境温度，如此周而复始，保证电子电路正常工作。

所述输出电路包括光电耦合器U3，加热片J1、发光二极管D3、电阻R6以及短路帽JP2；光电耦合器U3的第1脚与比较器U2的第1脚和电阻R5的公共端连接；光电耦合器U3的第5脚与加热片J1和发光二极管D3负极的公共端连接；发光二极管D3的正极与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与短路帽JP2的第2脚连接，短路帽JP2的第1脚与热片J1的另一端连接后接入短路帽JP1的第2脚；光电耦合器U3的第2脚与第4脚连接后接地。所述光电耦合器U3的型号为4N32。

输出电路中加热片J1发热与否是由比较器电路中电阻RX的阻值大小决定。发光二极管D3用作加热片J1是否发热的指示灯，电阻R6=1KΩ。

需要说明的是，再利用本电路进行保温的同时，需在仪器仪表的外侧利用保温材料做简单保温。这样做的目的是为了减慢仪器仪表内部与外界环境热交换速度，达到更理想的保温效果。

与现有技术相比，本发明的基于水与冰电导率差异的温控保温电路包括直流稳压电源电路、比较器电路、输出电路，比较器电路中设置聚碳酸酯管内水或冰的等效电阻RX，可根据聚碳酸酯管内水的状态判断仪器仪表所处环境温度，无需加入温度测量模块；本发明在连接太阳能供电系统进行供电时，可在野外无220V供电的低温环境中实现仪器仪表的保温；整个保温电路功耗低，可保证保温电路长时间稳定工作；电路结构简单，成本低。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。