纤维铺放温度控制系统

1、西安工程大学课程设计（报告） 课程设计（报告） 题 目： 纤维铺放纤维预热温度控制 学 院： 机电工程学院 专业班级： 指导教师： 职称： 学生姓名： 学 号： II摘要纤维铺放技术是实现先进复合材料低成本制造的关键技术之一，为了保证纤维铺放成形时的铺放质量和纤维铺放机的高效率铺放，需要对碳纤维单向预浸胶纤维束自动化铺丝成形时的铺放工艺进行精确控制。因此，本文展开了关于纤维铺放成形中铺放温度的工艺参数的控制研究，提出了相关的控制研究方案，旨在实现铺放温度的精确控制和最终的工程应用。铺放头上的加热装置对预浸胶纤维束进行加热，通过对铺层基层及预浸胶纤维束的热传递分析，确定了纤维铺放成形过程中的安全

2、加热温度，以及安全加热温度下的最高加工速度。针对加热过程中采用红外加热系统引起的预浸胶纤维束和铺层基层的边缘与中间加热长度不一致性的现象，提出了既要保证预浸胶纤维束的边缘被加热到熔融温度以上，又要使预浸胶纤维束中间温度不超过树脂基体的降解温度的温度准则。并在综合考虑熔合时间、熔合长度、玻璃化温度、熔融温度、达到玻璃化温度以上层数等成型要素的前提下，系统通过调节铺放温度改变预浸胶纤维束的铺放粘性，可实现铺放速度与加热灯辐射强度的动态匹配，保证铺放时预浸胶纤维束的铺放温度始终在最佳铺放窗口以内：分析加热灯与铺放表面间的热量传递过程，推导出动态温度控制方程，建立自动铺放速度与加热灯辐射强度的匹配关系

3、：基于纤维铺放机的硬件结构，搭建了以纤维铺放机的铺放速度为变量，预浸料表面温度为控制变量，以可编程控制器操作控制单元的红外加热系统。关键词：纤维铺放机，铺放头，预浸胶纤维束，温度控制，红外加热目 录第1章 绪论 11.1 纤维铺放技术 11.1.1 纤维铺放技术简介及发展 11.1.2 纤维铺放材料简介 11.2 国内外纤维铺放技术加热工艺的研究现状 31.2.1 国外研究现状 31.2.2 国内发展现状 4第2章 纤维铺放机钩的结构及原理 5 2.1 纤维铺放机 52.1.1 纤维铺放机的结构 52.1.2 纤维铺放机的工作原理 5 2.2 纤维铺放头 62.2.1 纤维铺放头的简介 62.

4、2.2 纤维铺放头的功能 62.2.3 纤维铺放头的运动 72.2.4 纤维铺放头的内部机构 72.2.5 纤维铺放头工作原理 8第3章 纤维预热系统设计 10 3.1 加热工艺参数的选择 103.1.1 加热温度的确定 103.1.2 热源的选择 10 3.2 预热温度控制系统 123.2.1 系统总体设计方案 123.2.2 系统总电路图 133.2.3 系统所需元器件 14总 结 15参考文献 16第1章 绪论1.1 纤维铺放技1.1.1 纤维铺放技术简介及发展纤维铺放成型技术是在纤维缠绕和自动铺带技术的基础上发展起来的一种自动复合材料成型技术。与纤维缠绕相比，纤维铺放技术不存在不稳定约

5、束，可以根据设计要求选择铺层方向，由于纤维宽度可以根据要求选择，效率更高；与自动铺带技术相比，纤维铺放技术由于具有丝带切断，继续铺放，压辊压实等装置，使得铺放过程中基本没有暂停时间，成型精度更高，效率更高。纤维铺放技术由于其成型效率高，制品性能稳定，制造成本相对较低等优点，在航空航天等领域受到广泛关注。Bocing等飞机制造厂商已经应用这种技术制造自己的飞机，大量减少零件的同时还可以增加飞机整体的可靠性。1985年Hercules公司设计出了第一台样机，1989年从事机床研究的Cincinnati Milacrom公司制造城第一台纤维铺放系统。经过多年的发展自由度由三自由度发展到现在的七自由度

6、，控制系统由模拟控制发展到现在的全数字的控制系统，铺放丝束由1束发展到现在的48束，64束铺放速度已经达到了2000英寸/分钟。1.1.2 纤维铺放材料简介纤维铺放成型中使用的材料主要针对的是聚合物基复合材料（PMCPolymer Matrix Composites），而PMC作为结构复合材料中起步最早的、研究最多的、应用最广、规模最大的一类，通常又分为热固性复合材料（FRSPFiber Rcinforced Thermosct Plastic）和热塑性复合材料（FRTPFiber Rcinforced Thermoplastic Plastic）。热塑性复合材料是指热塑性树脂为基体用各种纤维

7、做增强材料而制成的复合材料。常用的增强材料有玻璃纤维，芳纶纤维，碳纤维等。热塑性复合材料中的树脂分子链都是线性或者带支链的结构，各子链之间没有化学键产生，具有加热变软可流动，冷却固化变硬的特点，而且这个过程是物理变化，是可逆的，可以反复进行。而热固性复合材料，在第一次加热时可以软化流动，加热到一点温度，产生化学反应变链固化变硬，这个过程是不可逆的。此后，再次加热时，已经不能再软化流动了。热固性复合材料在固化之前是线性的或是带支链的，固化之后分子链之间形成化学键，成为三维的网状结构，不能再融化。表1-1给出了热固性复合材料与热塑性复合材料的工艺性能的对比情况，热塑性复合材料由于加工过程是物理变化

8、，加工产生的废料可以回收再次利用，热塑性复合材料要求的加工温度更高，生产周期更短，这意味着对关键工艺参数的控制更难。表1-2给出了热塑性复合材料与热固性复合材料本身性质的对比，在强度上相似时热塑性复合材料具有更高的比强度，更高的比模量。同时具有更好的抗化学腐蚀能力，优秀的抗电阻磁波干扰能力，并且不反射电磁波，这是其在航空航天、国防上的应用提供了更大的竞争力。由于其玻璃化温度较高，使其使用时温度有了提升。表1-1热塑性和热固性复合材料工艺性能对比工艺性能热固性复合材料热塑性复合材料材料工艺过程的性质 生产周期的长短标准温度工艺过程特征石墨环氧树脂化学反应2-5小时250-400°F批量

9、生产石墨PEEK相变过程1-30分钟600-800°F批量或连续生产关键性工艺参数树脂粘性温度历程和敏感期加工性能胶流、凝胶低凝胶前不可重复加工加热、冷却和结晶度高成型阶段可重复加工表1-2热固性和热塑性复合材料性质对比性质热固性复合材料热塑性复合材料密度强度1.2-1.7g/cm1.0-3.7Gpa1.1-1.6g/cm1.0-3.7Gpa耐热性性能可设自由度耐化学腐蚀电性能120-180大较好介电性能良好200-250大好不受电磁干扰不反射电磁波1.2 国内外纤维铺放技术加热工艺的研究现状1.2.1 国外研究现状纤维铺放技术在美国、法国、西班牙等国家的研究比较早，相关研究分为两个

10、方面：制造设备相关研究和加工工艺相关研究。加工工艺相关的研究可分为铺层方向相关的研究和热传递相关研究，工艺相关的研究都是为了获得更加出色的铺层，提高最终零件的机械性能等Wei-chingSun等人还做了纤维铺放过程中的控制相关的研究，建立了两个一次性温度（Lump temperatures）的控制模型，一个用于有限元过程的分析，另一个用于系统识别。纤维铺放成型的过程中，复合材料要经历一系列的微结构方面的变化，包括熔化、结晶、残余应力消除、降解、空隙率变化、熔合等，这些微结构方面的变化都会对最终制品的性能有一定的影响。为明确这些变化对制品的影响程度，分析纤维铺放过程中热传递的过程是必要的。目前有

11、比较多的数学模型和分析模型预测纤维铺放过程中的温度场的分布以及在这个过程中热传递的方式和方向等。根据热力学第一定律，考虑热传递方向及方式的不同，加热方式和冷却方式的不同，建立热传递模型，并确定相应的边界条件，模型按维数通常分为一维、二维、三维三类。由于边界条件的复杂性，一般采用有限元的分析方法。James 和 Black分析了采用红外热源加热条件下连续纤维铺放的情况，他们应用欧拉方法把瞬态传热的问题转换为准稳态情况进行分析，用一维热传递分析方法来模拟三维热传递，指出无论是纤维铺放不还纤维缠绕都经历了一系列的热脉冲，快速地加热后快速地冷却。Nejhad等人通过有限元方法指出在熔合点附近，温度梯度

12、是非常大的，达到 1000/min。成型速度、热源加热情况和预热都会对最终铺层有较明显的影响。他们同样应用了准稳态的分析方法。Hassan，Thompson 和 Batra针对圆柱形的实际问题建立了一个三维的有限元模型，并运用 ABAQUS 进行了瞬态的分析，同时考虑了材料的连续性铺放问题，对于分析结果与实验结果的误差给出了相应的分析。以上分析的主要目的是为了获得铺层上温度场的分布，确定准确的热传递关系及铺层在各温度下持续的时间，以确定材料的冷却速率和冷却时间，进而分析最终制品的结晶度和机械性能、电性能、热性能等。对于热固性复合材料铺放，铺放时进行成型，最终在热压罐中进行固化，称为“热压罐”技

13、术。而热塑性复合材料成型时为了节约成型时间，保证铺放的连续性，常在铺放成型的过程中进行固化，称之为“原位固化”技术，可以不受零件大小和加工场地的影响。但是“原位固化”技术制造的铺层强度为“热压罐”技术制造的铺层的 89%-97%。这种铺层强度上的近10%的差距制约着热塑性复合材料纤维铺放在实际生产中的应用。如何提高“原位固化”技术成型过程中铺层强度，是目前正在研究的热点问题，严格控制成型过程的工艺参数是有效解决方案之一。1.2.2 国内研究现状目前国内鲜见热塑性复合材料纤维铺放加工工艺相关的报道及文献发表。哈尔滨工业大学的韩振宇等人对国内国外的热塑性复合材料纤维铺放工艺研究成果和研究进展进行了

14、总结，指出了目前纤维铺放过程中存在的一些问题，对国内的热塑性材料纤维铺进行了展望。国外对于热塑性复合材料纤维铺放工艺的研究已经有 25 年左右的时间，国内刚刚开始注意的工艺相关的研究。目前国内的对热塑性复合材料纤维铺放的研究重点在于设备结构相关方面。铺放头的设计优化，包括切断、送丝等功能，张力的控制设计以及整机的设计等。第2章 纤维铺放机的结构及原理2.1 纤维铺放机2.1.1 纤维铺放机的结构如图1所示，整个铺放设备一共有8 个运动轴,6 个在铺放机上,包括3 根直线运动轴（ X,Y,Z）和3 根转动轴（ A,B,C） ,还有2 个轴在铺放头内分别负责输纱和剪切。 它是在我们所研制的五轴数控

15、缠绕机的基础上改进而来的,所有的轴都是在计算机的控制下协同运动,实现在芯模9 的表面上自动化铺放。图1 铺放机的整体结构见图1.底座 2.底座导轨 3.小车 4.升降台 5.转臂6.伸臂/纱架 7.铺放头 8.主轴箱 9.芯模 10.支架2.1.2 纤维铺放机的工作原理在铺放机的底座1 上固定有两条导轨2,在其中一边的导轨底面上镶有齿条,小车3 上装有齿轮与之啮合,在伺服电机的带动下,小车3 可沿导轨往返运动,我们把导轨的方向定为Z 轴。 在小车3 的垂直支撑板的一侧镶有齿条,升降台4 通过爬升轮与齿条啮合实现上下运动,这就是Y 轴。在转臂5 的水平支撑板的下面也镶有一根齿条,而纱架6 上的电

16、机通过一个小齿轮与之啮合,从而实现纱架6 的沿X 轴的前后运动。转臂5 通过一根轴与升降台4 上的轴承座相连,在电机的带动下, 使转臂以及其上的纱架和铺放头可绕Z轴转动, 这就是A 轴0 铺放头7 通过一根销轴与纱架相连,同时铺放头7 可绕销轴转动,这就是B 轴。 C 轴就是芯模在主轴箱8 的带动下绕X 轴的转动。为了简化控制程序的难度, 我们可以把要铺放的产品分为两类:（1）对于回转体,可以事先使用手动把铺放头调整到芯模回转中心线的高度,在铺放过程中,只需控制铺放机上的其它5 根轴以及铺放头内2 个轴即可完成对回转体的铺放。 本文后面的仿真程序就是针对圆锥体的铺放过程进行的仿真。（2）对于非

17、回转体,可以手动把芯模上需要铺放的面转到面对铺放头的位置, 在铺放过程中C 轴不需要转动,只需控制其它轴联动即可。2.2 纤维铺放头2.2.1 纤维铺放头的简介纤维铺放头是整个纤维铺放系统的核心机构。他的作用就是把来自纱架的多股单独的预浸树脂纱线均匀紧密的铺放并压紧在芯模的表面上。她必须具有紧凑的结构，确保剪切、夹紧运动机构的同步性。它还需要具有独立的、与压紧装置无关的重新送料机构，还要具备有效地加热机构。2.2.2 纤维铺放头的功能纤维铺放头是纤维铺放系统中加工外形复杂的复合材料构件的关键机构。纤维铺放头就是安装在旋转臂端部，其运动关系与纤维铺放机的运动耦合，即利用铺放小车、伸臂、转臂等部件

18、的运动，实现对芯模的铺放。纤维铺放系统更适合制造外形复杂的FRP结构。在纤维铺放装置中有机构将纤维束引导到具有负曲率的回转体表面、复杂的轮廓表面、曲面构件或是具有深槽、加强筋的壳体构件的表面上。纤维铺放头装置中的压紧工具直接将纤维束压在这些凹凸表面上。经固化，脱模及后加工获得制品。铺放头机构的多关节是集机、电、气（液）于一体的技术，其运动类似于机械手。在纤维铺放系统包含的运动中，纤维铺放头机构对连续的预浸胶纤维束实现引出、导向、加热、铺平、定位、施压、剪切、夹紧等运动。其整体结构的运动可以利用纤维铺放机自身的运动轴实现，其自身的运动如预浸纤维束的剪切、施压、加热、引线等运动则要通过铺放头内部构

19、件完成。3.2.3 纤维铺放头的运动根据纤维铺放头需要实现的功能，我们可以得出纤维铺放头机构需要完成的运动如下所述：引线（重新送料）运动：在开始铺放时，预浸胶纤维束从纱架引出，经过纱架及铺放头内部的导向辊穿过铺放头机构内部，到达芯模的表面，或者在对复杂表面芯模实施连续铺放时，要将切断的预浸胶纤维束端部重新送到FRP结构的表面，都需要运用引线（重新送料）运动。剪切/夹紧运动：在加工FRP构件的局部结构或者在结束一次缠绕铺放时，工艺要求将一股或多股预浸胶纤维束剪断，而为防止预浸胶纤维束因自身张力回退，需要在剪切运动完成的瞬间对预浸胶纤维束的夹紧。施压运动：预浸胶纤维束铺放在芯模的表面，就是经过施压

20、过程将预浸胶纤维束压紧在芯模或纤维铺层的面上，对铺层起到铺平压实的作用。加热：根据FRP构件成型的工艺要求，为了保证预浸胶纤维束的黏性，防止纤维中的树脂凝固及预浸胶纤维束的堆积，在施压运动前，要控制预浸胶纤维束的温度。温度过高会导致树脂过早固化，温度过低则会导致纤维铺层之间的黏性不好。除了以上所述的这些基本运动外，纤维铺放头机构还需要包括一些辅助的运动装置，如对预浸胶纤维束的导向、定位等，以保证纤维束铺放到芯模表面的位置和走向的准确性。2.2.4 纤维铺放头的内部机构图2-2即为纤维铺放头的内部结构图，纤维铺放头内部机构实现了铺放系统所要求的主要三个功能：1.实现了对每一股纤维束进行独立的剪切

21、/夹紧；2.实现了对每一股纤维束都可以单独的运送；3.实现了在铺放前对预浸胶纤维束进行加热。图2 纤维铺放头内部结构图1.导向辊2.辊筒3.送料辊4.气缸5.连杆机构6.挤压辊7.固定销轴8.气缸9.连杆机构10.固定销轴11.切刀12.切刀槽13.送料辊14.连接板2.2.5 纤维铺放头工作原理纤维束进入铺放头后首先到达导向辊1，然后纤维束分别经过上下两个导向辊被分成上下两组，这两组纤维束是相互间隔的，它们之间的间隔距离正好等于纤维束的宽度，然后上下两组纤维束分别到达上下另一组导向辊。该导向辊的下表面与进料槽13的槽面相切。纤维束就分别进入上下两组进料槽。由于上下两组纤维束进入加料槽后其运动

22、方式都是一样的，故在此仅以上面一组纤维束中的一根纤维束为例说明铺放头的工作运动。上面的一组纤维束经过导向辊进入上加料槽。首先经过的是引线/重新送料机构，这个引线/重新送料机构是由气缸4、连杆机构5、送料辊3、挤压辊6和固定销轴7组成，它的作用就是按照计算机控制指令输送纤维束，具体作用方法就是：当系统需要牵引或重新输送一股纤维束时，由计算机决定需要给哪一股纤维束相对应的送料机构发出指令，因为每一根纤维束都有一套对应的送料机构。当铺放机获得指令后，就给对应的气缸4发出信号，气缸4是在电磁阀的控制下工作的。当电磁阀获得所需要的电信号后，就驱动气缸推动活塞杆向前运动。活塞杆推动连杆机构5绕固定销轴7做

23、旋转运动，从而将挤压辊6压紧在送料辊3的表面上，而送料辊3的另一端装有齿轮，通过齿轮啮合链接由送料辊电机驱动送料辊3永动，所以在挤压辊6和送料辊3压紧之后，二者产生正压力，由其摩擦力带动纤维束向前运动，实现送料功能。反之，如果要停止某一根纤维束的铺放，则由计算机指令气缸提起挤压辊6即可。在经过引线/重新送料机构后，纤维束达到剪切/夹紧装置。该装置由气缸8、连杆机构9、固定销轴10、切刀11和导槽12组成。它的作用就是按照计算机控制指令剪断/压紧纤维束。当铺放系统需要停止某一根纤维束的铺放时，由计算机向送料机构和剪切机构分别发出指令。首先，送料机构的压紧辊提起，停止送料，然后计算机指令气缸8推动

24、活塞杆向前运动，活塞杆推动连杆机构9绕固定销轴10旋转，由此推动切刀11沿切刀槽12向下直线运动。在剪断纤维后，为防止纤维束因自身张力产生回退现象，切刀需要继续向下运动，直至切刀背面的压紧块将纤维束压紧在切刀槽12的平面上。而当要重新铺放该纤维束时，则需要计算机先控制切刀拉起，然后再将送料机构挤压辊迅速压下，实现纤维束的重新铺放。纤维束穿过进料槽13后，将直接到达铺放头的压紧辊下，图中连接板14即为链接压紧机构的装置。我们采用的是干法铺放，即使用预浸胶纤维束进行铺放，因而在铺放前必须对纤维进行加热，否则就会由于黏性不够而使铺层质量不好，甚至造成脱落。在本装置中，我们采用红外加热，将加热装置布置

25、在压紧辊内部，这样就可以在铺放的同时实现对纤维束的加热。第3章 纤维预热系统设计3.1 加热工艺参数的选择在不加热的情况下，预浸料与预浸料之间不能紧密贴合，铺放表面有凸起，层与层之间有空隙，铺放表面很不平整，有严重的层间结合不良，铺放质量差；加热后，铺放质量有非常明显的改善，铺放表面平整，预浸料与预浸料之间贴合紧密，预浸料的铺覆性在加热后得到有效地提高。3.1.1 加热温度的确定该预热系统以环氧基树脂复合材料作为预浸料，其表面温度的工艺参数约为35，在多种速度下做铺放实验，测得铺放表面的温度数据如表3-1所示：表3-1 不同铺放速度下的表面温度编号速度/（mm/s）表面温度/15033.823

26、4510015020025035.234.134.233.5通过实验得到数据，环氧基树脂复合材料的表面温度在33-36之间，与其表面工艺参数相符。所以，该预热温度控制系统的预热温度设定在35，铺放速度设置为100mm/s。3.1.2 热源的选择热源一：电阻加热是指通过电阻元件来加热反应容器，分为直接电阻加热和间接电阻加热：直接电阻加热是被加热体两端直接加上电压，电路闭合之后，其直接发热升温。因此被加热体必须是导体，且电阻率越大，发热量越大，热效率相应也越高；间接电阻加热是发热体产生热量，通过热传递的三种方式：热传导、对流和辐射传到被加热物体。间接电阻加热分为发热体和被加热物体两部分。相比直接电

27、阻加热，间接电阻加热的被加热体不一定是导体，可以是多种类型，适用范围更广。电阻加热具有热响应快、控温精度高、综合热效率高等优点。另一方面电阻加热具有功率较大、耗电量大；对电阻丝的均匀度要求较高，否则会造成局部温度过高现象；电阻丝的电阻随温度变化而变化等缺点。热源二：蒸汽加热是利用压力容器的温度控制装置将高温蒸汽和冷凝水循环交替引入压力容器的内部管路，以实现压力容器内部原料的快速加热与冷却的工艺。蒸汽加热系统最高可使容器内部温度达到 200左右。但蒸汽加热的升温时间较长，为保证升温的均匀性和快速变化，容器内部必须开设合理的管道确保快速升温和降温。复杂的蒸汽加热压力容器通过分层结构或其他特殊方法，

28、将管道布置在距压力容器表面恒定距离的位置来满足以上要求。蒸汽加热的主要优点是降温比较方便，调节温度较方便。稳定性与提供的蒸汽压力有关系，压力大，温度高；压力低，温度低。加热后蒸汽冷凝后为水，可以回收套用。但是蒸汽不能保证特别稳定的压力，尤其是用的部门多的时候，所以温度会有偏差，对于控制来说不方便。还有就是六、七公斤压力存在危险隐患。热源三：红外线加热是指通过红外线的辐射之后，被加热体吸收辐射能并转变为热能的过程。而红外线加热实际上是电阻加热的一种特殊形式，即以钨、铁镍或镍铬合金等材料作为辐射体，制成辐射源。通电后，由于其电阻发热而产生热辐射。由于红外线具有较强的穿透能力，易于被物体吸收，并一旦

29、为物体吸收，立即转变为热能。红外线加热前后能量损失小，温度容易控制，加热质量高，因此，红外线加热应用发展迅速。红外线加热器作为一种加热仪器越来越多应用在各个生产工艺中，特别是在压力反应釜上节能效果显著。主要原因：（1）远红外加热器结构紧凑，散热面小；（2）远红外加热器具有内外两层保温层，热损耗较少；（3）远红外加热器实际加热温度高且升温快，在某些工艺中，可缩短加热时间从而达到减少工艺时间的效果。热源四：感应加热的工业应用，其不断完善感应加热的理论，随着各种感应加热装置的不断出现，其在工业应用领域中所占的比例也在不断扩展。感应加热较其它加热方式有以下几大优点：（1）加热温度高，无需接触可加热。加

30、热效率高，节能降耗。（2）加热速度快，且温度控制较好。可进行局部加热，保证产品质量。（3）较易实行自动控制，节省劳动力。作业环境较好，几乎无污染。（4）设备较轻便，生产效率高。能进行复杂工件的加工，且加热较为均匀。由于上述原因，感应加热多数用于工业金属零件表面淬火、金属熔炼、棒料透热、刀具焊接等多个领域。但感应加热设备也存在着一些缺点，例如，设备比较复杂，一次投入的成本相对较高，感应部件（感应圈）互换性和适应性较差，不宜在一些形状复杂的工件上应用等。为了方便比较，几种热源的特点如下表3-2所示：表3-2 高温气体热源、激光热源和红外热源的优缺点热源优点缺点电阻加热装置简单，加热方便，热响应快，

31、控制精度高功率较大、耗电量大；对电阻丝的均匀度要求较高蒸汽加热红外热源感应加热调节温度比较方便升温快，温度易控制，能量损失小，加热温度高，加热快升温时间长，危险隐患大适合300以下加热主要应用于零件表面加热综合比较，对纤维束预热的热源应选择红外热源比较合理。3.2 预热温度控制系统对于温度的测量和控制已经越来越受到社会众多行业的热切关注。尤其在产品生产的行业里，很多情况下，对环境温度的控制好坏将直接影响到产品的质量和产品生产效率的高低。因此，温度的测量和控制是一个重要的研究领域，有着较高的实用价值。3.2.1 系统总体设计思路方案一：该温控系统总的结构框架如图3-1所示，其工作原理是；首先，通

32、过红外温度传感器的测量，将对象的温度转变为电量参数（如电压或电流）；然后，利用测量电路，对红外温度传感器输出的微弱信号进行放大，通过电压比较器，电压比较器是集成运放非线性应用电路，他常用于各种电子设备中，它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平；最后通过驱动电路控制加热器加热。直流供电电源温度传感器检测桥路电压比较器加热器驱动电路图3-1温度控制系统总图1方案二：该温控系统总的结构框架如图3-2所示，其工作原理是；首先，通过红外温度传感器的测量，将对象的温度转变为电量参数（如电压或电流）；然后，利用测量电路，对红外温度传感

33、器输出的微弱信号进行放大，调零和滤波等一系列电路的处理后，再通过模数转换1，将实际测温参数传到计算机处理端；计算机通过软件，设定一个温度阈值，通过一定的算法控制执行器（如继电器）的工作状态（开或关），进而来控制加热装置的工作状态，从而达到所希望的温度范围。该设计系统中的A/D，工控机和D/A3部分（如图 3-2，右边方框部分）是由计算机和数据采集卡来完成的，故文中只是对红外温度传感器，测量电路，驱动保护电 路，执行器，加热装置和电源等6部分进行设计分析。对象电源A/D加热装置传感器测量电路驱动保护工控机D/A执行器图3-2 温度控制系统总图23.2.2 系统总电路图综合比较，选择方案一作为温度

34、控制系统方案。该电路由测温电路、控温电路和加热电路等组成，如下图所示。测温电路为一个非平衡式电桥，并用50A的表头进行指示。电桥的一臂是具有负温度系数、且灵敏度高的热敏电阻MF51。随着感应温度的不同，MF51的阻值也随着变化，相应桥上A、B两点间的电位也随之变化通过50uA表头的指针变化来反映温度的变化。若采用分度值为0.1的标准水银温度计测量感应温度，在50A的表头的刻度盘上标明与电流相对应的温度值，则可由表头的电流指示来判断感应温度。控温电路包括电压比较器F007和功率驱动器3DG12。电位器W1用来设定温度，调节W1即可改变C点的电压。温度较低时，MF51对应的阻值很大，相应B点电压高于C点电压，即VBC>0。此时运算放大器F007输出正电压，使晶体管3DG12导通，继电器吸合，接通加热器电源，进行加热，温度升高。随着温度的上升，MF51的阻值减小，相应B点电位降低，当降到VBC<0时，F007翻转，输出负电压，使3DG12截止