温度报警器

温度控制电路在工农业生产中有着广泛的应用。在我们的日常生活中也可以见到，如电冰箱的自动制冷，空调器的自动控制及电饭锅的自动控制等。本活动通过制作一个简单的温度报警器，来演示自动控制电路的工作原理。

1．了解热敏电阻器的性能。

2．了解继电器的工作原理。

3．掌握温度报警器的调节方法。

4．设想温度报警器的应用。

5．初步了解自动控制原理。

1．实验套件：印制电路板一块（60mm×30mm）； MF型1kΩ热敏电阻器一只；继电器一只；1MΩ（色环为棕、黑、绿）、13kΩ（色环为棕、橙、橙）电阻器各一只，6.8kΩ（色环为蓝、灰、红）电阻器两只；4.7kΩ电位器一只；1N4148二极管一只；NPN型三极管（9014）两只，PNP型三极管（9015）一只，小型蜂鸣器一只，导线若干。

2．工具仪表：万用电表、尖嘴钳、斜口钳、20W内热式电烙铁及烙铁支架。

3．焊锡及松香。

4．四节5号电池组。

1．做好焊接前的准备工作

（1）熟悉一下热敏电阻器，图1是它的电路符号和实物图。用万用电表的欧姆挡测量热敏电阻器，同时用手捏住热敏电阻器给它加温，看看电阻值是怎样在变化（手捏热敏电阻2秒，阻值可减小50Ω～100Ω）。

（2）检查一下继电器。首先用万用电表的欧姆挡测量一下继电器的常闭触点，接触应良好；常开触点应断开。然后给继电器的线圈接通6V电源，再检查继电器的常闭触点，应该断开，而常开触点应该连通。

（3）将所用的元器件引线处理干净，并用电烙铁粘着松香将引线镀上一层锡。这是焊接前的一项重要准备工作，不可忽视。

2．按图组装温度报警器

（1）根据图3所示的电路板安装图，参照图4所示的实物图。将四只电阻器及热敏电阻器、三只三极管、一只二极管按顺序依次安装在电路板上进行焊接。注意二极管、三极管的管脚极性。

（2）将继电器和小型蜂鸣器装在电路板上，注意蜂鸣器的正负极性。用导线将电位器连接在电路板上。

（3）每装一个元器件，剪去过长的引线后，就可进行焊接。注意用锡要适当，不要太多。如果不好焊，可用电烙铁沾一点松香。

（4）将电池夹的两根电源线焊在电路板上，注意正负极。

（5）检查一下电路是否连接正确，没有问题后，装上四节电池进行试验。

（6）调节电位器使它的阻值由大到小逐渐变化，当继电器刚好不吸合时（即小型蜂鸣器不响时）为止。此时用手捏住热敏电阻器，几秒钟后能听到继电器吸合时发出的声响，随即蜂鸣器开始鸣叫。松开热敏电阻器让它自然冷却，一会儿继电器又会自动释放。

（7）调节电位器的阻值，可以改变继电器吸合时所需要的温度。

3．指导学生调节温度报警器电路的控制温度。

4．启发学生思考温度报警器电路的其它应用。

5．指导学生评价及活动小结

（1）检查学生通过活动是否了解热敏电阻器的特性。

（2）是否能照图安装和焊接温度报警器电路。

（3）是否能理解自动控制电路的工作原理。

1．温度报警器电路的工作原理

图2是温度报警器的电原理图。这是由三只三极管组成的一个直接耦合电路。当环境温度在设定温度以下时，三极管VT1、VT2导通，VT2的集电极电压在0.3V以下。此时三极管VT3截止，继电器不工作。如果环境温度上升，热敏电阻器的阻值就要减小，三极管VT1的基极电压就会升高，由于VT1是PNP型三极管，所以三极管VT1截止。三极管VT2的基极得不到工作电流也截止。它的集电极电压升高，使三极管VT3饱和导通，这时继电器工作。

电路中的电阻器R4是一个重要元件，它起到了正反馈的作用。如果没有电阻器R4，当三极管VT2由导通逐渐过渡到截止时，它的基极电压也是在逐渐下降。这时三极管VT3的集电极电流也在慢慢增加，只有当VT3的集电极电流达到一定程度时继电器才能吸合。在这过渡期间三极管VT3的耗散功率较大。增加了电阻器R4后，如果三极管VT2的基极电压开始下降，那么三极管VT3的集电极电压也开始下降。通过电阻器R4的正反馈作用，使三极管VT2的基极电压更快地下降，加速了三极管VT2和VT3的转变过程，使它们工作在开关状态，电路工作稳定可靠。

电阻器R4的加入也增加了电路的回差。所谓“回差”就是指三极管VT2由导通变为截止时的温度与由截止变为导通时的温度有一点差异。这种回差以损失电路的灵敏度换来了电路工作的稳定，是十分必要的。

由于继电器的线圈是一个感性负载，所以为了保护驱动三极管VT3，电路中增加了一只二极管VD。

2．电路的变化

图2所示的电路是一种高温报警器，如果要把它改为低温报警器，可以将蜂鸣器接在继电器的常闭触点上。但是这种接法由于继电器长期吸合，工作耗电较大，很不经济。为此可以把热敏电阻器与电阻器R1和电位器RP调换一下位置，热敏电阻器接在三极管VT1的基极与电源负极之间。当然电阻器R1和电位器RP，的阻值也要相应调整。

3．电路的自动控制原理

高温报警器可以用来作电冰箱的温度控制器，当冰箱内的温度高时，启动制冷器工作，降低冰箱内的温度；当温度达到要求时能自动停机。低温报警器可作一些加热器的控制电路，如热带鱼水箱的水温加热，当水温较低时，电路打开，加热器增温；温度合适时，加热器停止工作。此外烘箱的控制、温室的温度控制等都是这样。从以上这些例子中可以体会到自动控制电路的工作原理。

如果用这个电路控制交流220V的电器，需要修改电路板上继电器触点的连接方式。在使用时一定要注意安全用电。

1．温度传感器

常用的温度传感器有：热敏电阻器、热电偶、双金属片、半导体温度集成器件等。

（1）双金属片温度传感器是由两种不同材料的金属压接而成的。一种金属片的温度膨胀系数较大，而另一种金属片的温度膨胀系数较小。当它受热后，双金属片发生变形弯曲与固定触点片相接。双金属片的精度较差，一般用在对温度精度要求不是很高的地方，如可调温的电熨斗、电饭堡中。

（2）半导体温度集成器件有许多不同的型号，它们的特点是，有很高的精度，有良好的线性范围和互换性，常用于温度的计量等要求较高的场合。

（3）热敏电阻器价格便宜，应用广泛。MF型是一种常用的负温度系数热敏电阻器。即当温度升高时，热敏电阻器的阻值减小。这种热敏电阻器以锰、钴、镍、铜、铝等金属氧化物为主要原料，这些金属氧化物材料具有半导体性质，温度升高时材料中的载流子数量增多，导电性能好，所以电阻值减小。热敏电阻器的标称值是指在25℃基准温度下的电阻值。

2．继电器

图5是继电器的结构示意图和电路符号。继电器主要是由线圈、铁芯、衔铁、支架、弹簧及接触片等组成。在静止状态时，继电器线圈中没有电流流过，衔铁不动作，活动触点与常闭触点连接，而不与常开触点接触；当给继电器的线圈加上直流电，线圈中通过一定强度的电流时，电磁铁产生吸力，使衔铁向铁芯运动，活动触点随之动作，结果活动触点与常开触点相连接，而与常闭触点断开。当断开加到继电器线圈上的电压后，线圈中的电流消失，由于铁芯是软磁材料，所以磁力也消失，在弹簧的作用下（小型继电器中没有弹簧，衔铁与支架是由弹性簧片连接的，弹性簧片起到弹簧的作用），衔铁复原，活动触点也恢复到静止状态。

继电器的种类很多，广泛应用于自动控制设备中。小型继电器用在各种电子设备中；大型断电器用在电力设备上。但是它们的结构都很相似。本文介绍的继电器只有一组接触点，而实际使用的继电器可以有一至六组接触点甚至更多。继电器还分交流继电器和直流继电器，这是指继电器的线圈所加的电压是交流还是直流。继电器的型号不同，技术参数也不同，使用中要注意。继电器的一些主要技术参数有：额定电压；直流电阻；吸合电压（或吸合电流）；释放电压（或释放电流）；触点负载（即触点电压和触点电流）；触点寿命（可靠动作多少次）等。

在选用继电器时，首先要考虑继电器触点负载的电压和电流情况，即继电器所带动的电器是多少功率。其次还要考虑继电器线圈的工作电压是否与控制电路的电压相符合。

在使用继电器的时候要注意它的吸合电压和释放电压这两个参数。吸合电压要比额定电压小一些，只要继电器线圈上的电压达到吸合电压的数值，继电器就可以工作。而当继电器吸合后，再慢慢减小线圈两端的电压时，继电器的衔铁不会立刻释放。只有当线圈两端的电压下降到一定程度时，衔铁才能复原，而这个释放电压又比吸合电压小很多。

此外还有步进继电器、时间继电器、固体继电器等，这几类继电器与传统的继电器差异较大。 (周海)