專利名稱：裝有微電腦的工業控制機的保護裝置的制作方法
技術領域：
本發明創造涉及使微電腦工業控制機能在惡劣環境條件下可靠工作的保護技術。
現有微電腦工業控制機用于較惡劣環境條件時，往往要采用工業用或軍用級大規模集成電路。因商用級大規模集成電路工作溫度范圍僅為0℃～＋75℃，而工業用級為－40℃～＋85℃，軍用級為－55℃～125℃。但采用工業用或軍用級芯片，一方面使得比采用商用級芯片的工業控制機的價格提高幾倍、甚至數十倍，另一方面仍不能有效地防御腐蝕性、大濕度、多粉塵、電磁干擾幅射及振動沖擊的損害。
本發明創造的任務是設計一種保護裝置，把微電腦工業控制機裝在其內，使在高溫、低溫或溫度變化大的情況下以及在大濕度、多粉塵、強腐蝕、電磁干擾幅射和震動沖擊等惡劣環境條件下，均能有效地使工業控制機在良好的使用環境條件下可靠的工作，并可采用廉價的商用級大規模集成電路，使在惡劣環境條件下工作的工業控制機的成本大大降低。
本發明創造的結構方案是設計一種裝有微電腦的工業控制機的保護裝置，其結構特點是將工業控制機裝在屏蔽鐵盒內，工業控制機的模板插在鐵盒的插座上，鐵盒裝在由箱蓋與箱體構成的密封箱內，在箱體的側面設有由半導體制冷器、散熱板及儲冷器組成的加熱、致冷系統，密封箱內裝有箱體溫度的測量與控制電路，工業控制機與外界傳遞的信息、功率輸出及電源線可通過在密封箱上的導線引出端進行連接。
參照附圖具體說明本發明創造的結構型式及其實施方式
圖1是微電腦工業控制機保護裝置的結構示意圖；圖2是密封箱體溫度的測量與控制電路圖。
如圖1所示，由箱蓋1、箱體2構成一個密封保護箱，該密封箱內安置有屏蔽鐵盒3，在鐵盒3內安置著微電腦工業控制機4，在箱體2的底部粘合著抗振橡膠5。箱蓋1與箱體2用鉸鏈相連接，它們之間的密封采用曲折型式，合緊采用機械式死點扣緊裝置。箱蓋和箱體內、外壁之間均分別注入聚胺脂泡沫塑料作為隔熱層。箱體2的內壁亦稱內膽由兩種材料分兩部份組合而成，與箱蓋接近的一部份內膽用工程塑料制成，可減少通過箱蓋的熱量損失，其余部份則用鋁質薄板制成。由金屬鋁塊制成的儲冷器6固定在箱體的鋁制內膽上，有利于整個箱體溫度均勻。用具有絕熱作用的尼龍螺絲將半導體制冷器7、儲冷器6和散熱板8緊密地固定起來。在鋁制的散熱板上均勻割有等寬的長槽，用于增大散熱面積，散熱板上涂黑色以增加散熱效果。為增加散熱效果，在加熱、致冷系統設有散熱風機9。工業控制機與外界傳遞的信息、功率輸出及電源線可通過箱蓋1上的導線引出端10進行聯接。
由于散熱風機壽命在數千小時，而致冷器壽命可達十萬小時以上，為了延長本保護裝置的使用壽命，可去掉散熱風機，并將散熱板面積增大，采用自然散熱。
半導體制冷器一般采用一塊CTL12705半導體致冷器件，但當工業控制機消耗功率較大，需更大的加熱或致冷功率時，可并聯若干塊CTL12705半導體致冷器件；若外界環境溫度與密封箱內所要控制溫度有很大的溫差時，可使用多級半導體致冷器(亦稱電堆)，多級電堆的結構是上一級電堆的熱端貼在下一級電堆的冷端上，上一級電堆起了溫差接力作用。當采用上述兩種方法時要增大散熱板面積。
若外界環境溫度在僅低于攝氏零度以下時，且溫度無激烈變化時，可用PTC電加熱器、紅外加熱器等高效、無明火、無電磁干擾的電加熱器件來代替半導體致冷器件，這樣可降低保護裝置的成本。
如圖2所示密封箱內溫度的測量與控制電路，其中測溫傳感器R2為MF53負熱敏電阻，用以測量保護箱內的溫度，被安置在鐵盒3上。電阻R3值選用在0℃時與R2電阻值相接近，調整R5可改變安裝在箱體外的溫度指示表頭的靈敏度。根據R2、R3和R5組成的測溫電橋的輸出，經A1放大后，送入由A2、A3組成的甄別器，由A2給定下限閥電平(即下限溫度值15℃)，由A3給定上限閥電平(上限溫度值28℃)，它們的輸出分別驅動繼電器J1和J2以控制通入半導體致冷器的電流方向來達到加熱或致冷的目的。經整流、穩壓后得到直流電輸入給CTL半導體致冷器，便能自動控制箱體內溫度達到限定范圍。
本發明創造的優點1.由于采用半導體致冷、加熱技術，能自動控制保護箱內的溫度，使工業控制機在外界－40℃以下嚴寒，＋70℃以上高溫以及在溫度變化較大場合應用時，實際使用溫度均能保持在常溫狀態(15℃～28℃)。
2.由于采用良好的密封方式可保護工業控制機免受腐蝕性、大濕度氣體以及粉塵等有害物質的侵蝕。
3.由于采用屏蔽鐵盒可有效防御電磁干擾幅射，使得工控機即使在大功率開關經常動作場合也能無誤地工作。
4.采用防振橡膠作支承及聚胺脂泡沫塑料作隔熱層結構，可有效提高工控機在有振動沖擊情況時使用的可靠性，并有較高的溫控效率。
綜上所述，本保護裝置性能價格比高，兼有多種功能，使用不受地理條件限制，只要有電源的地方(DC或AC)均能正常工作，使用極為方便，本保護裝置也可用于其他貴重電子測試儀器、儀表的保護。
本保護裝置廣泛適用于海航軍用飛機測控系統、野外工作作業車微電腦控制器、冷庫液氨液面高度微電腦測試儀、水泥生產自動線、印染機微電腦控制器、鍋爐微電腦控制機、潛艇、航空、航天、工業柔性生產線等軍用、工業領域中。
按照價值工程分析，選擇以小型化、模塊化、組合化、標準化著稱的并有很大市場銷售量的STD總線微電腦工業控制機作為使用對象，具有十分廣闊的應用前景。
權利要求1.應用于裝有微電腦的工業控制機的保護裝置，其特征是工業控制機[4]裝在屏蔽鐵盒[3]內，工業控制機的模板插在鐵盒的插座上，鐵盒裝在由箱蓋[1]與箱體[2]構成的密封箱內，在箱體[2]的側面裝設有由半導體制冷器[7]、散熱板[8]和儲冷器[6]組成的加熱、致冷系統，密封箱內裝有溫度的測量與控制電路，工業控制機與外界傳遞的信息、功率輸出及電源線可通過密封箱的導線引出端[10]進行聯接。
2.按權利要求1所述的保護裝置，其特征是密封箱的箱蓋〔1〕與箱體〔2〕鉸鏈相連接，它們之間密封采用曲折型式，合緊采用機械式死點扣緊裝置，箱蓋與箱體的內外壁之間分別注入聚胺脂泡沫塑料，箱體內壁(內膽)由兩種材料組合而成，靠近箱蓋的箱體內膽用工程塑料制成，其余部份的箱體內膽由鋁質薄板制成，在箱體〔2〕的底部粘合有橡膠〔5〕，在箱蓋〔1〕上設有導線引出端〔10〕。
3.按權利要求1所述的保護裝置，其特征是所述的加熱、致冷系統采用尼龍螺絲將致冷器〔7〕、儲冷器〔6〕和散熱板〔8〕緊密地固定起來，此系統中包含有散熱風機〔9〕。
4.按權利要求1或3所述的保護裝置，其特征是儲冷器〔6〕由金屬鋁塊制成，固定在箱體〔2〕的鋁制內膽上。
5.按權利要求1或3所述的保護裝置，其特征是散熱板為加工有等寬長槽的鋁制板，表面涂上黑色。
6.按權利要求1或3所述的保護裝置，其特征采用一塊CTL12705半導體致冷器件，或采用并聯若干塊CTL12705半導體致冷器件或采用多級半導體致冷器件(電堆)，使上一級電堆的熱端貼在下一級電堆的冷端上。
7.按權利要求1所述的保護裝置，其特征是加熱、致冷器件采用PTC電加熱器或紅外加熱器。
8.按權利要求1所述的保護裝置，其特征是箱體〔2〕內的溫度測量與控制電路，通過在箱體外的測溫表頭顯示箱內溫度，測溫傳感器R2電阻安置在鐵盒〔3〕上，電阻R3值與在0℃時R2的電阻值相近，經由R2、R3、R5組成的測溫電橋輸出至A1放大后，輸入由A2與A3組成的甄別器，由A2給定下限閥電平，由A3給定上限閥電平，并分別驅動繼電器J1、J2控制通入致冷器的電流方向，經整流、穩壓后得到直流電輸入CTL半導體致冷器。
專利摘要本實用新型創造采用了半導體致冷、加熱技術，自動控溫以及隔熱防振等技術，使工業控制機外界環境溫度在-40℃以下或在+70℃以上或在溫度變化較大場合下，實際使用溫度均保持在常溫狀態下工作，并能使工控機有效地防止腐蝕性、大濕度氣體以及粉塵等有害物質的侵蝕，尚能使工控機在具有電磁干擾輻射和振動沖擊情況下可靠的工作。廣泛適用于航海、航空、野外、水泥生產、印染、造紙等環境條件惡劣的許多技術領域中應用的工業控制機的保護裝置。
文檔編號G12B17/00GK2073614SQ9021879
公開日1991年3月20日 申請日期1990年8月29日 優先權日1990年8月29日
發明者湯一平 申請人:浙江大學