Устройство терморегулятора и его виды

* Характеристики указаны без учета присоединенных сигнальных проводов.

Сигнальные провода и изоляционные втулки допускается нагревать до 300°С долговременно и до 350°С кратковременно (до 5мин). При этом возможно потемнение силиконовых изоляционных втулок.

2. Расчет заданной конструкции

2.1 Расчет резистивного моста

Сопротивление терморезистора определяется его т

емпературой. Последняя зависит не только от температуры окружающей среды, но и от проходящего по нему тока. Перегрев платинового термометра током не должен превышать - 0,2 t0 С. Для этого ток не должен превосходить 10 - 15мА. Дальнейший расчет моста будем производить исходя из этого условия.

Для упрощения расчетов положим:

Сопротивление платинового датчика при 0 t0 С равно 1 кОм.

Мост сбалансирован, т.е. R1= R2=1 кОм и R3 (t) = R4=1кОм.

Тогда, чтобы избежать перегрева, общий ток моста не должен превышать 30 мА (по 1 - му закону Кирхгофа). Следовательно:

тогда при I0=30 мА, получим:

R1=R2, следовательно:

Отсюда .

Для обеспечения нормальной работы сопротивления R1 и R2 выбираем также равными 1 кОм. Тогда Iобщ=15 мА.

В условия сбалансированного моста I1=I2, тогда по 1 - му закону Кирхгофа Iобщ= I1+I2, следовательно Iобщ=2 I1, I1= Iобщ/2=7,5 мА. Тогда UR3 (t) =7.5В.

В общем случае имеем:

Очевидно, что с повышением температуры сопротивление термодатчика будет увеличиваться, следовательно будет увеличиваться и падение напряжения на нём.

Для подстройки и линеаризации ВАХ термометра в одно из плеч включаем подстроечный резистор Rподстр.

2.2 Расчет дифференциального включения ОУ

В данном, конкретном, случае наиболее приемлема схема дифференциального включения операционного усилителя, т.к нам необходимо усиливать разностный сигнал разбалансированного резистивного моста (приложение 1). Дифференциальное включение операционного усилителя показано на рисунке 3.

Рисунок 2 - Схема дифференциального включения ОУ.

На рисунке 2 приведена схема дифференциального включения ОУ. Найдем зависимость выходного напряжения ОУ от входных напряжений. Вследствие свойства а) идеального операционного усилителя разность потенциалов между его входами p и n равна нулю. Соотношение между входным напряжением U1 и напряжением Up между неинвертирующим входом и общей шиной определяется коэффициентом деления делителя на резисторах R3 и R4:

Up = U1R4/ (R3+R4) (4)

Поскольку напряжение между инвертирующим входом и общей шиной Un = Up, ток I1 определится соотношением:

I1 = (U2 - Up) / R1 (5)

Вследствие свойства c) идеального ОУ I1=I2. Выходное напряжение усилителя в таком случае равно:

Uвых = Up - I1R2 (6)

Подставив (4) и (5) в (6), получим:

(7)

При выполнении соотношения R1R4= R2R3,Uвых = (U1 - U2) R2/R1 (8)

В данном случае R1= R3=1 кОм и R4= R2=10 кОм, тогда по формуле (8) находим, что коэффициент усиления разностного сигнала примерно равен: R2/R1=10.

2.3 Расчет неинвертирующего включения

В качестве второго каскада преобразователя используем схему с регулируемой ООС, а значит и с регулируемым коэффициентом усиления, что дает нам возможность установить требуемую точность измерения температуры. При неинвертирующем включении входной сигнал подается на не инвертирующий вход ОУ, а на инвертирующий вход через делитель на резисторах R1=1кОм и R2=100кОм поступает сигнал с выхода усилителя (рисунок 3). Здесь коэффициент усиления схемы K найдем, положив U2 = 0. Получим:

(9),

тогда коэффициент усиления равен - К = 101, такого усиления достаточно, чтобы реализовать индикацию стрелочным прибором.

Рисунок 3 - Неинвертирующее включение ОУ.

Как видно, здесь выходной сигнал синфазен входному. Коэффициент усиления по напряжению не может быть меньше единицы, т.к в цепь ООС кроме подстроечного сопротивления включено и постоянное (приложение 1).

В качестве блока питания можно использовать любой гальванически развязанный от сети блок питания с выходным напряжением не более 15 В, например серийно выпускаемый - БП - 15 ("ВЕСНА").

2.4 Силовая часть

Одним из условий курсового проекта - это обеспечение коммутируемой мощности Pн=1.2кВт. Такое условие выполняет схема представленная на рисунке 4. Ко входу силовой части подключается выход датчика температуры. При достижении установленной температуры, датчик замыкает цепь управления тринистором VS1. Этот тринистор, а вслед за ним и симистор МЫ2 закрываются, а нагреватель Rн обесточивается. При снижении температуры, датчик размыкает цепь, в результате чего тринистор и симистор открываются, а нагреватель Rн подключается к питающей его сети переменного тока. И так - до следующего замыкания датчика.

Рисунок 4 - Силовая часть терморегулятора

Выводы

Выполняя данный курсовой проект, я освоил методы расчета электронных устройств, повторил и закрепил пройденный материал, получил практические навыки работы в системе автоматического проектирования WorkBench 8.0.

Список литературы

1. Виглеб Г. Датчики. М.: МИР, 2009

2. Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем. - Киев: высшая школа, 2003.

3. Семенов В.Ю. Приборы и устройства на операционных усилителях. - С. - Петербург: Солон - Р, 2003

Приложение

Рисунок 5 - Схема терморегулятора электрическая принципиальная.

 Скачать реферат