Терморегулятор и его предназначение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Техническое задание на разработку

2. Разработка структурной схемы

3. Разработка принципиальной схемы

3.1 Датчик температуры

3.2 Дифференциальный (масштабирующий) усилитель

3.3 Сравнивающее устройство

3.4 Преобразователь напряжения в ток с устройством индикации

3.5 Коммутатор переменного тока с устройством согласования

Заключение

Список использованных источников

Введение

Терморегулятор предназначен для точного поддержания заданной температуры. Это свойство терморегулятора является очень важным, так как во многих технических изделиях для их функционирования требуется поддерживать определенную заданную температуру. Существуют терморегуляторы разнообразных конструкций. Терморегулятор содержит датчик температуры, устройство сравнения и исполнительный механизм. Термоэлектрические терморегуляторы, в которых датчиками служат термопары и терморезисторы, имеют большую точность регулировки и поддержания температуры. В данных терморегуляторах электрический сигнал с датчика температуры усиливается, далее сравнивается с заданным, и, в зависимости от результата сравнения, включается или выключается нагревательный элемент или холодильник. Еще одним плюсом данного терморегулятора является и то, что сигнал с датчика можно вывести на пульт управления, что позволяет контролировать температуру.

1. Техническое задание на разработку

датчик температура термопечь

Электронный регулятор температуры предназначен для регулирования и поддержания температуры в камере термопечей сопротивления, предназначенных для термообработки металлических изделий различной массы и геометрических размеров.

С целью унификации разрабатываемого устройства, РТ должен комплектоваться силовым коммутатором, с нагрузочной способностью, достаточной для подведения необходимой мощности к нагревательным элементам.

Измерительный модуль регулятора должен иметь возможность комплектоваться несколькими датчиками температуры, для более точного контроля температуры внутри камеры печи.

Индикация действительного значения контролируемой температуры осуществить непосредственно в блоке регулятора.

2. Разработка структурной схемы

Исходя из вышеперечисленных требований предлагается структурная схема на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема усиления электрических сигналов

1. Датчик температуры

2. Дифференциальный (масштабируемый) усилитель

3. Сравнивающее устройство

4. Ручка управления

5. Преобразователь сопротивления в напряжение

6. Преобразователь напряжения в ток

7. Стрелочный индикатор

8. Устройство согласования

9. Коммутатор переменного тока (ключ)

Датчик температуры преобразует изменение температуры в электрический сигнал. В данной курсовой работе датчиком является терморезистор ТСМ50.

Масштабирующий усилитель служит для преобразования или усиления сигнала с датчика температуры в уровень, удобный для дальнейшей обработки.

Задающее устройство служит для оперативного формирования сигнала, соответствующего заданной температуре в диапазоне от Т_min °С до Т_mаx °С.

Устройство индикации служит для вывода значения фактической температуры на цифровой или стрелочный индикатор.

Узел сравнения служит для сравнения сигналов заданной и действительной температуры с выдачей регулирующего воздействия.

Выходной каскад служит для согласования выхода регулятора с нагрузкой в выходной цепи.

В качестве выходных ключей, служащих для коммутации нагрузки с сетью переменного тока, используются оптотиристоры. Оптотиристоры выбираются исходя из мощности нагрузки, задаваемой вариантом задания.

3. Разработка принципиальной схемы

3.1 Датчик температуры

Датчик температуры, показанный на рисунке 2, преобразует изменения температуры в электрические сигналы. Согласно варианту в качестве датчика используется терморезистор ТСМ50, который при температуре 100є градусов имеет сопротивление 69,556 Ом, а при температуре 250є градусов имеет сопротивление 97,776 Ом.

Рисунок 2. Датчик температуры

Примем величину напряжения питания U_п равной + 15 В. Тогда

Пусть ток делителя зависит от изменения R₂ не более чем на 1%.

Согласно варианту

Примем значение сопротивления резистора R1 равным 24кОм из ряда Е24.

Максимальная и минимальная ЭДС при максимальной и минимальной температурах:

Желаемая выходная характеристика с выхода масштабирующего усилителя представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Выходная характеристика с выхода усилителя

Данная зависимость реализуется с помощью равновесного моста, представленного на рисунке 4.

Рисунок 4. Равновесный мост

Индикатор PV1 показывает разницу потенциалов между точкой A₁ и точкой A₂. С помощью делителя R₃-R₄ задается потенциал в точке A₂ равный потенциалу в точке A1 при температуре t_min, т.е. когда U_выхmin = 0,1391 В.

Если потенциалы в точках A₁ и A₂ равны, то индикатор PV1 покажет значение равное 0. При температуре t_max потенциал в точке A₁ станет равным 0,19863 В и индикатор покажет значение

Это и есть входной сигнал для масштабирующего усилителя. R₃=R₁=24 кОм

Примем

Из ряда Е6 принимаем величину резистора R₄=150 Ом.

3.2 Дифференциальный (масштабирующий) усилитель

Усилитель служит для преобразования или усиления сигнала с датчика температуры в сигнал удобный для дальнейшей обработки (рисунок 5).

Рисунок 5. Масштабирующий усилитель

При U_вх=0,0564В, с равновесного моста на выходе усилителя сигнал равен U_вых = 5 В.

В свою очередь:

Тогда

Резистор R₅ предназначен для точной регулировки К_у.

Примем

Примем значение сопротивления резистора R₄ = 91 кОм из ряда Е24, а резистора R₅ = 47 кОм из ряда Е6.

Для симметрии каскада выберем:

В принципиальной схеме резистор R3 следует заменить на два резистора: 91 кОм из ряда Е24 и 47 кОм из ряда Е6.

Здесь и далее будут использоваться операционные усилители К574Д1.

3.3 Сравнивающее устройство

Устройство (рисунок 6) служит для задания уровня сигнала соответствующего заданной температуре, и выдачи результата сравнения между заданным и действительным значением сигнала:

- если U_д< U_з - включить нагрев;

- если U_д? U_з - отключить нагрев.

С помощью R3 необходимо задавать U_з от 0 В до 5 В.

Рисунок 6. Сравнивающее устройство

Пусть ток делителя равен I_д=1 мА. Примем, что падение напряжения на R3 = 5В.

Тогда

Из ряда Е6 принимаем величину резистора R₃=6,8 кОм, тогда I_д(R₁+ R₂)= 10 В.

Отсюда:

Примем

Таким образом, R₂ = 6,8кОм из ряда Е24, а R₁ = 4,7 кОм из ряда Е6.

3.4 Преобразователь напряжения в ток с устройством индикации

Устройство индикации, представленное на рисунке 7, служит для вывода значения задаваемой температуры на стрелочный индикатор. Индикатор выполняется в виде миллиамперметра с преобразователем напряжения в ток.

Рисунок 7. Устройство индикации

Пусть ток преобразователя равен 1 мА.

Пусть R₁ составляет 2/3 от общего сопротивления, а R₂ - 1/3 от общего сопротивления, тогда R₁ = 3,33 кОм из ряда Е24; R₂ = 3,6 кОм из ряда Е6.

3.5 Коммутатор переменного тока с устройством согласования

Устройство согласования (рисунок 8) служит для согласования выхода сравнивающего устройства и входа коммутатора переменного тока.

Рисунок 8. Устройство согласования

Необходимо принять мощность нагрузки равной 3 кВт. Исходя из этого, выбираем тип оптотиристоров.

Параметры оптотиристора ТО2-40-10:

I_упр = 150мА, I_ком = 40A,

U_ком. = 1000В, U_д = 2,5В.

Параметры транзистора КТ827В:

U_кэ = 60В,

I_к = 20А,

в? 750

U_кэн =2,4В, U_бэн =3В.

Принимаем R_огр = 56Ом из ряда Е24.

Теперь подсчитаем мощность R_огр:

Для того чтобы транзистор открылся необходимо:

Примем

Примем R1 = 22 кОм из ряда Е6.

Рассчитаем мощность на R1:

Принимаем P=0,125 Вт.

Заключение

В результате данной курсовой работы был разработан электронный регулятор температуры, работающий в диапазоне температур от 100° до 250°С. Терморегулятор поддерживает с высокой точностью рабочую температуру. На панели прибора присутствует ручка, с помощью которой задается температура. В приборе присутствует индикатор, который выводит действительную температуру датчика, в результате чего можно сравнить величины заданной и фактической температур. Также наличие индикатора в приборе позволяет узнать о возникших неисправностях.

Список использованных источников

1. Дубровский, В.В. Резисторы [Текст]: справочник/ В.В. Дубровский, Д.М. Иванов - М.: Радио и связь, 1991. - 425 с.

2. Иванов В.А. Электроника и схемотехника аналоговых устройств [Текст]: электронный учебник/ В.А. Иванов, Т.Н. Шайгараева - Караганда, КарГТУ.

3. Садченков, Д.А. Маркировка радиодеталей [Текст]: справочник/Д.А. Садченков, - М.: Солон-Р, 2002. - 208 с.

4. Шкурин Г.П. Справочник по электро- и электронно-измерительным приборам [Текст]: справочник/ Г.П. Шкурин - М.: Военизад, 1972. - 345 с.

5. Якубовский С.В. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы [Текст]: справочник/ С.В. Якубовский - М.: Радио и связь, 1990. - 345 с.

Размещено на Allbest.ru