热敏电阻式恒温控制器

在要求不太严格的恒温设备里，多采用水银接点温度计或金属电阻温度计作感温元件，由于这些感温元件本身的惰性，不能用在高灵敏度的温控设备里。我们根据恒温要求较严格的温按设备的需要，试制了以半导体元件——热敏电阻为感温元件的恒温控制器。

由于半导体感温元件的体积小，因而热容量小，热惰性也很小，并具有一般水银温度计所不可比拟的热敏性。因此我们试制的这种恒温控制器，当温度变化0.05℃～0.2℃时，执行机构就能工作。又由于我们采用了桥式电路，可在-20℃～+120℃的范围内作恒温控制。

图1是恒温控制器的方框图，图2是电路图。控制器主要由热敏探温棒、交流电桥、电压放大、相敏放大、执行机构和电源等部分组成。

热敏探温棒为一带有塑料被复层金属隔离引线的笔式珠状热敏电阻，具有很高的热敏性。

热敏电阻具有随温度增高而其阻值迅速下降的特性（见图3），即具有负的电阻温度系数，在室温下，其值α=-3～-6％／℃，而其接线金属铂的α值仅为+0.37％／℃，利用热敏电阻的电阻温度特性，可将温度这一非电量变化转换为电量的变化，以便进行精确的测量和控制。

图4电桥的平衡条件为

若将热敏电阻置于某定温环境中，调节R\(_{3}\)可使电桥平衡，当温度有微小变化时，热敏电阻的阻抗也发生相应变化，电桥平衡被破坏，电表中即有电流流过。经过校准，则可从电表的指示直接观测出温度变化情况。反之，若根据温度变化调节R3，使电桥达到平衡，并定出对应R\(_{3}\)的温度值，则从R3的刻度上可读出温度变化情况。

我们用一只6.3V／5V小型变压器B\(_{2}\)给电桥供应交流信号。电桥输出直接接放大管G1的一个栅极。G\(_{1}\)（6N2）为双三极管，作两级电压放大使用，其输出接入双三极管6N1并联运用的相敏放大器的栅极。

相敏放大器为自动控制中常使用的一种电路，其屏极接交流电源，只有在屏极交流电压为正半周时，电子管导电；负半周时，电子管截止。相敏放大器的特点在于其相敏性，即屏流的平均值仅随输入信号的相位变化，而与输入信号的大小无关。当栅极输入电压与屏极电压同相时，屏流平均值最大。若相位相差一个φ角，则屏流平均值也减小，直至φ=180°时，屏流平均值达到最小值。若φ＞180°，则屏流平均值又开始增大，直至φ=360°时，屏流平均值达到最大值。

以直流电阻7000欧的高灵敏度继电器为相敏放大器的负载，它也是控制设备的执行机构。

如前所述，环境温度的变化会引起热敏电阻的阻值变化。当热敏电阻的阻值减小或增大时，均会破坏电桥平衡。由于电桥电源与相敏放大器的屏极电源均选用了50赫的交流电源，并考虑到其间的相位关系，因而只有在热敏电阻的阻值减小（即升温）电桥不平衡时，相敏放大管屏流的平均值才增大到足以使继电器动作的地步。而在热敏电阻的阻值增大（即降温），电桥不平衡时，相敏放大器的屏流并不增大，不会引起继电器动作。也就是，只有在温度升高时，继电器吸动，温度降低时，继电器释放。

220伏交流电源经继电器J的常闭接点，通过接线柱A、B供电。当环境温度低于规定温度时，由A、B接线柱供电加热，同时绿色“正常指示”灯ZD\(_{1}\)亮。当温度超过规定温度时，继电器吸动，切断加热电源，同时红色“超温指示”灯ZD2亮。

如此，通过半导体感温元件，相敏放大器和执行机构的连动反应，即可达到恒温自动控制的目的。

仪器装好接通电源后，绿色“正常指示”灯应亮。用解锥伸入感温器插口，使其短路，这时绿色“正常指示”灯应马上熄灭，红色“超温指示”灯亮。取出解锥（电桥感温器臂断路）时，绿灯再亮，红灯灭。如果红、绿灯的亮灭程序相反，即说明电桥交流信号的相位与相敏放大器的屏压的相位不配合，这时应把小变压器B\(_{2}\)的次级（或初级）的接线反接。

电阻R\(_{1}\)与R3应根据热敏电阻的阻值与温度控制范围来决定。其决定方法如下。

设RT\(_{1}\)为热敏电阻在温控低温极限时的电阻值，RT2为热敏电阻在温控高温极限时的电阻值。根据电桥平衡条件，应该有

例如：温控范围选在30°～60℃之间，测得R\(_{T1}\)=40K℃～Ω，RT2=14.3KΩ，则根据上式可计算出R\(_{1}\)=51.4KΩ，R3=0.278KΩ。

实际上可选取接近而稍大于R\(_{1}\)计算值的电阻为R1，如52KΩ的；选取接近而稍小于R\(_{3}\)计算值的电阻为R3，如270Ω的。

以上我们极简略地叙述了热敏电阻式恒温控制器的原理，如果事先用标准温度器校准可变电阻R\(_{4}\)的位置刻度，恒温控制器还能用作快速感温的温度计。图5是仪器的外形图。（陈亚东）