本文介绍一种通过温度开关设计的简单的电机过热报警装置。


  电机是机器人中造价最高的设备之一,由于绝缘技术的不断发展,在电机的设计上既要求增加出力,又要求减小体积,使新型电机的热容量越来越小,过负荷能力越来越弱;再由于机器人运行过程中,有时候要求电机经常运行在频繁的起动、制动、正反转以及变负荷等多种方式,对电机本身要求十分苛刻,造成了电机比较容易堵转、短路而损坏。这些故障,通常通过电机表面发烫而表现出来,通常可以通过手初步测量。

没什么感觉 30度
有暖意 40度以下
明显知道发热 45度以下
能长久触摸并无困难 50度
能长久触摸极限或只能触摸10秒 55度
触摸3秒 60度
触摸至感觉热后必须马上缩手 70度
不敢再次触摸 70度以上

  一般电机的最高温度都不能高于75度到80度,但判断电机是否正常运转主要通过温升,即电机与室温的温度差,当温升超过35度到40度时,说明电机不正常运行。

  下面介绍一种通过温度开关设计的简单的电机过热报警装置。

##初级版1.0

  设计思路就是,当温度超过一定值,温度开关动作,触发蜂鸣器报警。

  选用贴片型温度开关,触点温度70℃,常开型。

图1

  原理图及说明如下

图2


  1、采用5V供电,电源开关接通时,电源指示灯亮

  2、选用NPN型三极管8050作为蜂鸣器的开关,三极管导通时,蜂鸣器响。蜂鸣器电阻Rf=150Ω。

  3、温度开关贴在电机表面,XH2.54处接温度开关,当电机温度超过70℃时,温度开关导通。三极管导通,基极电流条件为IB>IB(饱和)

图3


  IB(饱和)=5/(150*150) =0.2mA 而此时,忽略开关和二极管导通压降,IB=5/1100=4.5mA

  负荷导通条件,也在发光二极管正常工作电流范围。

  4、有三个接口,可以同时监测三台电机。拨码开关可任意选择某一电机温度监测工作与否。当其中一台电机过热时,相应LED也会亮起,用于分辨哪一台电机出问题。

  采用装有热水的玻璃杯进行实测可行。

  1、开关由正常状态贴在装有70~80摄氏度热水杯杯壁,经过约1min闭合,蜂鸣器响(考虑到不像实际电机有升温过程,所以时间花费较多)。

  2、温度开关由闭合到正常温度状态下回复断开状态花费时间月30s。

##升级版2.0

  考虑到单纯用温度开关,功能较单一也比较简单,构思一种通过温度传感器实时返回电机表面温度,通过液晶显示。即一个电子测温计。也可以用于其他需要测量温度的地方。

  整体思路是通过温度传感器将温度变化转化为电量变化,通过AD转换得到数字量,传输至单片机控制模块进行处理,最后处理后的温度数据通过显示模块显示。

  温度传感器采用铂电阻pt100来测量温度。铂电阻是利用其电阻与温度成一定函数关系而制成的。由于铂电阻特性曲线是非线性的,所以电阻与温度关系由分度表形式给出

表1 Pt100热电阻分度表


温度/℃ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
电阻值/Ω
0
10
20
30
40
100.00
103.90
107.79
111.67
115.54
100.39
104.29
108.18
112.06
115.93
100.78
104.68
108.57
112.45
116.31
101.17
105.07
108.96
112.83
116.70
101.56
105.46
109.35
113.22
117.08
101.95
105.85
109.73
113.61
117.47
102.34
106.24
110.12
114.00
117.86
102.73
106.63
110.51
114.38
118.24
103.12
107.02
110.90
114.77
118.63
103.51
107.40
111.29
115.15
119.01
50
60
70
80
90
119.40
123.24
127.08
130.90
134.71
119.78
123.63
127.46
131.28
135.09
120.17
124.01
127.84
131.66
135.47
120.55
124.39
128.22
132.04
135.85
120.94
124.78
128.61
132.42
136.23
121.32
125.16
128.99
132.80
136.61
121.71
125.54
129.37
133.18
136.99
122.09
125.93
129.75
133.57
137.37
122.47
126.31
130.13
133.95
137.75
122.86
126.69
130.52
134.33
138.13

  在以上温度范围内,电阻和温度的关系近似满足:

  R=100+0.4T

  带入电路图求得温度传感器两端电压与温度之间的关系方程式(也可以通过运放放大传感器两端电压值,将放大后的电压值作为ADC转换的输入,该方法可增加测量精度。),由pt100热敏电阻和AD转换芯片ADC0809组成信号采集电路,将变化的电压信号通过ADC转换成数字信号。将ADC采集到的电压值输入单片机STM8,单片机根据上面求得的电压-温度的对应关系进行转换处理,计算出相应的温度值。最后将温度值通过LED数码管显示出来。

  该方案的硬件流程图如下

图4

  由于条件和时间关系,该方案未能付诸实践。希望在日后的工作中可以做出实物。该方案不仅可以用于电机温度检测,在许多温控场合都可以应用。