基于熱敏電阻恒溫控制技術(shù)的車用通風恒溫器設(shè)計

張吉康Zhang Jikang

（武漢科技大學，湖北 武漢 430081）

0 引 言

汽車通風對于車內(nèi)人員健康十分重要，在公交車上表現(xiàn)得尤為明顯。汽車空調(diào)能夠很好地調(diào)節(jié)車內(nèi)的溫度、濕度等，但其功耗較大，成本較高，更關(guān)鍵的是汽車空調(diào)在工作過程中產(chǎn)生的某些氣體對人體有害。更新車內(nèi)空氣最好的方式還是通過通風窗口自然通風。而在寒冷冬季，車內(nèi)外溫差較大，通風窗口通風會使車內(nèi)溫度急劇下降，給室內(nèi)人員帶來陣陣寒意。由此可見，開發(fā)一款與通風窗口配套的通風恒溫器很有必要，對于提高人民生活質(zhì)量也是十分有意義的。

1 擬開發(fā)的通風恒溫器

由于汽車空調(diào)的長時間使用對人體健康會產(chǎn)生不利影響，尤其對于孕婦、嬰幼兒、老年人等的不利影響非常大?？紤]到汽車通風的重要性，特設(shè)計一款能夠與汽車通風窗配套使用的通風恒溫器。

其設(shè)計意義在于保證即使在寒冷的冬季用通風窗通風也能基本保證車內(nèi)溫度相對恒定，不會造成溫度急劇下降，使汽車通風窗能夠有其用武之地。

設(shè)計該通風恒溫器的目的是，用通風窗通風不受季節(jié)和外界溫度的影響；使車內(nèi)人員盡可能地呼吸最自然的空氣；也使汽車通風的成本大大降低，為節(jié)能環(huán)保貢獻綿薄之力。

該通風恒溫器能夠與汽車的通風窗口配套使用；安裝和拆卸方便簡捷；占用空間盡可能小，不能影響車內(nèi)人員的正?；顒?；能夠保證通風窗順暢地通風，在冬季可以快速地對通入車內(nèi)的空氣進行加熱，以保證通入車內(nèi)的空氣是溫暖的，從而保證車內(nèi)溫度的相對恒定。

2 通風恒溫器的構(gòu)成與技術(shù)關(guān)鍵

2.1 通風恒溫器的構(gòu)成

如圖1所示，車用通風恒溫器可以由溫度控制模塊、執(zhí)行機構(gòu)即加熱部分構(gòu)成。其中，溫度控制模塊主要包括電源連接線路、保護電路、穩(wěn)壓電路、感溫電路、開關(guān)電路等部分，執(zhí)行機構(gòu)主要由電熱線和導(dǎo)氣管組成。

2.2 通風恒溫器的技術(shù)關(guān)鍵

車用通風恒溫器的設(shè)計開發(fā)是為了保證在利用汽車通風窗口通風時保持車內(nèi)溫度的相對恒定。為了能夠?qū)崿F(xiàn)車用恒溫器的預(yù)期功能，必須解決好如下問題。

2.2.1 如何提高加熱速度

一般汽車行駛速度較高，使得通風窗口的通風速度比較高，通風量比較大，因此能夠用于加熱的時間是很短暫的，只有足夠高的加熱速度才能保證在較短時間內(nèi)對通入的空氣充分加熱。比較常見的空氣加熱方式是，空氣在管內(nèi)流動，在管外進行加熱，這種方法在短時間內(nèi)只能加熱靠近管壁的部分空氣，導(dǎo)致通過管道的空氣加熱不充分，無法保證通入的空氣溫度。

如圖2和圖3 所示，恒溫器的導(dǎo)氣管可由多根細管密集排列組成，這些細管可用導(dǎo)熱良好的材料制成。這許許多多的細管緊密排列在一起就使得導(dǎo)氣管成為一種蜂窩狀的管道，可將電熱線貫穿于細管之間的縫隙之中，這樣既可以保證通風順暢，又可大大增加接觸面積，以利于空氣在短時間內(nèi)得到充分加熱，也為加熱溫度的控制提供了方便。電熱線由電熱絲和外敷絕緣層組成。

2.2.2 恒溫器溫度控制電路設(shè)計

圖4所示為恒溫器溫度控制電路。RT1、RT2、RT3…RTn表示n個熱敏電阻并聯(lián)連接，構(gòu)成感溫電路。其中RT1、RT2、RT3…RTn都是負溫度系數(shù)的熱敏電阻，其對溫度變化非常敏感，阻值隨溫度上升而減小。RP2是可調(diào)繼電器，通過調(diào)節(jié)其接入電路的阻值大小來設(shè)置合適的溫度。

整個溫控電路的工作原理是，將 RT1、RT2、RT3…RTn分散安置于通風器導(dǎo)管口，這些熱敏電阻感知通過通風器導(dǎo)管的空氣溫度，電阻值發(fā)生變化。溫控電路中 b點的電位高低隨熱敏電阻阻值的變化而變化。當通入的空氣溫度升高時，熱敏電阻的阻值減小，使得 b點電位降低，當通風器導(dǎo)氣管口處溫度高于設(shè)定溫度時，b點電位低于T3的導(dǎo)通電壓，T3截止，T4導(dǎo)通，繼電器W的線圈通電而吸開觸點，使得加熱電路斷開電源，電熱線停止加熱；當電熱線停止加熱，通入的空氣溫度開始下降，熱敏電阻的阻值逐漸增大，b點的電位隨之升高，當 b點電位升高至T3的導(dǎo)通電壓時，T3導(dǎo)通，T4截止，繼電器W接合，電熱線開始加熱。如此反復(fù)，以起到恒溫作用。

2.2.3 裝配方法及安全措施

車用通風恒溫器主要用于中大型汽車，特別是公交車。汽車上的人和部件的使用都與乘車人員的生命安全息息相關(guān)，所以通風預(yù)熱器的安全性非常重要。另外，只有在寒冷的冬季通風時才需要用到通風恒溫器，而在炎熱季節(jié)需要將其拆卸下來，這就要求通風恒溫器方便拆裝。

因為當通風恒溫器工作時，導(dǎo)氣管會發(fā)熱，有燙傷乘車人員的風險。針對這個問題，可在導(dǎo)氣管體外圍再安裝一個護欄，這樣可以使燙傷人員的風險大大降低，足以保證使用安全。

安裝和拆卸可以采用很多種方法，其中比較方便而且比較容易實現(xiàn)的方法是在汽車通風窗口安裝掛鉤套，在通風恒溫器相應(yīng)位置設(shè)置掛鉤，線路采用可拔除式連接。當需要使用時通過掛鉤將其安裝于汽車通風窗口處，并將線路連接；不需要使用時，又可很方便地將其拆下，毫不影響車內(nèi)空間。

3 結(jié)束語

車用恒溫器的導(dǎo)氣管采用獨特的蜂窩狀設(shè)計，導(dǎo)氣管由良好導(dǎo)熱材料制成，電熱線貫穿于各細管縫隙之間，這種特殊的結(jié)構(gòu)安排可以很快地提高加熱空氣的速度；采用基于熱敏電阻的恒溫電路自動控制加熱空氣，使得通入車內(nèi)的空氣溫度恒定適宜。

總而言之，車用通風恒溫器制造簡單，成本低，使汽車通風更加安全，也順應(yīng)了節(jié)能與環(huán)保的呼聲；充分考慮了自然的新鮮空氣對孕婦、嬰幼兒、老年人等健康的重要性，使交通更加健康，更加人性化。

[1] 孫增析. 智能控制理論與技術(shù)[M]. 清華大學出版社，2000.

[2] 麻友良主編. 汽車電器與電子控制系統(tǒng)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[3] 楊旭. 電力電子中的數(shù)字控制技術(shù)專輯特邀主編評述[J]. 電力電子技術(shù)，2010，(12).

[4] 宋秀玲. 熱敏電阻與光敏電阻[J]. 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2006，(16).

[5] 刁志遠. 兩種熱敏電阻器實用參數(shù)及外形圖[J]. 家電檢修技術(shù)，2006，(14).

[6] 歐陽春光，陽猛. 熱敏電阻（NTC）及其應(yīng)用[J]. 家電科技，2009，(Z1).

[7] 汪賢俊. 熱敏電阻型溫控電路設(shè)計及應(yīng)用[J]. 安徽科技，2007，(05).

[8] 李加升. NTC熱敏電阻及其應(yīng)用分析[J]. 荊門職業(yè)技術(shù)學院學報，2007，(06).

[9] 李凱，姜晶，劉志遠. 陶瓷熱敏電阻的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 化學工程師，2008，(11).

[10] 趙軍，謝作品，吳珂. NTC熱敏電阻線性化新方法[J]. 電測與儀表，2006，(01).

[11] 沈曉玲. NTC熱敏電阻溫度特性的研究[J]. 龍巖學院學報，2006，(06).

[12] 彭俊珍，林鳳華. NTC熱敏電阻的溫度測量技術(shù)及線性電路[J]. 湖北職業(yè)技術(shù)學院學報，2008，(03).

[13] 沙占友，王彥朋，杜之濤. NTC熱敏電阻的線性化及其應(yīng)用[J]. 自動化儀表，2004，(09).

[14] 杜以強. NTC熱敏電阻R-T特性探討[J]. 航天返回與遙感，2002，(01).

[15] 胡潤峰. NTC熱敏電阻溫度傳感器[J]. 傳感器世界，2001，(07).