Терморегуляторы отопительных приборов реферат

Обновлено: 05.07.2024

Для сохранения требующегося уровня температуры в нагревательных системах применяются электрические устройства, называемые терморегуляторы. Все приборы, имеющие в составе электронагревательные элементы, оборудованы электрическими терморегуляторами.

Необходимость и особенности терморегуляторов

Терморегулятор представляет собой электрическое устройство необходимое для автоматического регулирования температуры в охлаждающем и отопительном оборудовании. Они монтируются в системах обогрева, искусственного климата, охлаждающих либо морозильных системах. Широко используются в домашнем хозяйстве в обустройстве теплиц.

Цель работы терморегулятора определяется включением либо выключением нагревательных элементов какого-либо прибора при показателях температуры ниже или выше указанных соответственно. Благодаря работе терморегулирующих устройств, воздух в помещении, вода, поверхности приборов и т.п. имею стабильную температуру.

Работают все терморегуляторы, в каком бы приборе они не находились, по единому принципу. Автоматический регулятор получает данные о температуре из окружающей его среды, благодаря тому, что оснащается встроенным или выносным термодатчиком. Опираясь на полученную информацию, терморегулятор определяет, когда нужно включаться и отключаться. Чтобы исключить сбои в работе устройства, термодатчик надлежит устанавливать в помещении подальше от прямого влияния различного нагревательного оборудования, в противном случае, может возникнуть искажение показателей и, естественно, регулятор будет работать ошибочно.

Классификация терморегуляторов

Принцип работы всех устройств, регулирующих температуру одинаковый, но видов терморегуляторов очень много, и они отличаются по:

Назначению:
— комнатные;
— погодные.
Способу монтажа:
— стенные;
— настенные;
— крепящиеся на DIN рейку.
Функциональным возможностям:
— центральное регулирование;
— беспроводное регулирование.
Способу управления:
— механические;
— электромеханические;
— цифровые (электронные).

Также терморегуляторы отличаются техническими свойствами:

Диапазон измерений температуры. Разные модели терморегуляторов в зависимости от модификации поддерживают температуру от -60 до 1200 °С.
Количество каналов:
— одноканальные. Применяются для автоматической регулировки и сохранения температуры объекта на указанном уровне. Отличаются меньшими размерами и весом от многоканальных приборов;
— многоканальные. Выпускаются для фиксирования температуры серии стандартных термодатчиков. Их используют на производствах, лабораториях, а также в народном хозяйстве.
Габаритные размеры:
— компактные;
— большие;
— крупные.

Применение регуляторов и датчиков температуры

Терморегуляторы могут устанавливаться в жилых и промышленных помещениях. В целом можно выделить учитывающие:

И контролирующие температуру воздуха в конкретной зоне помещения. Эти приборы относятся к категории комнатных регуляторов. Бывают аналоговые и цифровые.
И поддерживающие температуру определённых предметов – это регуляторы для полового отопления.
Температуру воздуха снаружи – погодные термостаты.

Регуляторы, которые эксплуатируются в промышленных помещениях, бывают двух видов:

Индустриальные пространственные . К этим приборам относятся аналоговые стенные регуляторы, имеющие повышенную защиту.
Индустриальные с отдельными датчиками . Это аналоговые приборы с внешними датчиками, которые могут быть настенными или устанавливаться на специальную рейку.
Датчики могут устанавливаться на стены или в полу дома, в зависимости от их типа и назначения. Встроенные приборы монтируются в монтажную коробку прямо в стену, а приборы накладного типа просто прикрепляют на стену.

Выделяют также несколько видов датчиков по назначению:

Датчик температуры пола.
Датчик температуры воздуха.
Инфракрасный датчик для пола и воздуха.

Датчик, измеряющий температуру воздуха, часто размещают на корпусе терморегулятора. Терморегуляторы с инфракрасными датчиками можно применять для контроля всей системы отопления. Эти датчики отлично подходят для установки в ванные комнаты, душевые, сауны и прочие помещения с повышенной влажностью. Сам регулятор температуры надлежит размещать обязательно в сухом месте, от переизбытка влаги он может повредиться. Правда есть модели, с повышенной герметичностью, и их монтаж в ванную ничем не опасен для них.

Регуляторы для тёплых полов отличаются своим внутренним устройством, это:

Цифровые устройства имеют хорошую стойкость к разным типам помех, поэтому исключают искажение данных и гарантируют большую точность, чем аналоговые.

Особенности функциональных возможностей электрических регуляторов температуры:

Беспроводное регулирование (дистанционное) . Рекомендовано применять при дополнительной инсталляции греющих элементов и проведении реконструкций, когда выполнять классическую регулировку невозможно или довольно трудно. Дистанционное управление исключает дополнительные строительно-ремонтные работы при электроинсталляции (к примеру, монтаже кабельной проводки).
Устройства программирования . Центральное (классическое) устройство позволяет производить регулирование температуры целого крупного объекта с одной точки. Для программирования регулятора используют компьютер или устройства управления. Также контроль осуществляется с помощью телефонного модема.

Принцип действия, плюсы и минусы

Механический регулятор температур считается простым и практичным устройством. Применяется в нагревательных и охладительных целях. Чаще всего представляет внешнее электроустановочное изделие, предназначенное для внутренней установки в жилые помещения в системы отопления. Внешний вид подобен стандартному запорному крану.

Специфичностью механических терморегуляторов является отсутствие электрической составляющей. Работает аппарат по особому принципу, заключающемуся в свойствах некоторых веществ и материалов менять свои механические качества от изменения температуры.

При изменении температуры до конкретно указанной, происходит разрыв или замыкание электрической цепи, что обуславливает выключение либо включение приборов для нагрева. Требуемый показатель температуры выбирается на шкале прибора путём вращения специального колесика.

Положительные моменты механических термостатов:

Надёжность.
Устойчивость к перепадам напряжения.
Не подвластны сбоям электроники.
Работают при отрицательных температурах.
Можно эксплуатировать в условиях резких изменений температуры.
Простое управление.
Длительный срок службы.

Недостатки:

Наличие погрешности.
Вероятность появления небольших щелчков при подаче напряжения на инфракрасные нагреватели.
Низкая функциональность.

Независимо от недостатков, они являются самыми распространёнными и встречаются в организации обогревательных систем чаще других термостатов, благодаря простому управлению и невысокой стоимости.

Эксплуатация электромеханических термостатов

Электромеханические регуляторы температуры используется в различных бытовых электроприборах. Эти изделия бывают двух модификаций:

С биметаллической пластиной и группой контактов . Пластина, нагреваясь до определённой температуры, изгибается и размыкает контакты, из-за чего прекращается подача электротока на нагревательную спираль или ТЭН прибора. После остывания пластина прогибается обратно в своё исходное положение, контакты при этом замыкаются, возвращается подача электричества и прибор нагревается. Приборами с этими регуляторами пользуется в повседневной жизни практически каждый человек – это утюги, электроплиты, электрочайники и т.п.
С капиллярной трубкой . Изделие состоит из трубки, наполненной газом и помещённой в ёмкость с водой, а также контактов. Принцип действия базируется на особенностях материалов расширяться при определённых температурах. Вещество, находящееся в полой трубке, начинает расширяться при разогреве воды, из-за чего возникает замыкание контакта. После охлаждения воды, контакты размыкаются, а электроприбор начинает разогреваться. Подобными регуляторами чаще всего оснащаются водонагреватели, масляные обогреватели, бойлеры.

Электромеханические терморегуляторы зарекомендовали себя как неприхотливые устройства:

Автоматическое включение обогрева.
Герметичность.
Невысокая цена.

Минусы этих приборов:

Низкая функциональность.
Сложность добиться высокой точности регулирования.

Специфика электронных терморегуляторов

Электронные устройства очень распространены, они эксплуатируются с многими электрообогревателями. Обычно ими оборудуют общие отопительные системы и кондиционирования, а также тёплые полы.

Главные составляющие части:

Выносной термодатчик.
Контроллер — устройство, устанавливающее конкретный уровень температуры в доме, а также создающее команды включения и отключения нагревателя.
Электронный ключ – контактная группа.

Датчик прибора отправляет данные о температуре контроллеру, который обрабатывает полученный сигнал и решает, требуется снижать или повышать температуру.

Виды электронных термостатов:

Обычные терморегуляторы . В этих приборах можно выставлять желаемые пределы температуры либо точную температуру, которая будет сохраняться. Устройства оборудованы электронным дисплеем.
Цифровые терморегуляторы :
— С закрытой логикой. Устройства имеют неизменный алгоритм работы. Регулирование выполняется при помощи передачи команд по указанным параметрам конкретным приборам, которые были установлены заранее. Параметры задаются заранее в зависимости от нужд используемых приборов для определённой температуры. Корректировка программы этих регуляторов практически неосуществима, можно только менять основные параметры. Но именно эти термостаты наиболее часто применяют в быту.
— С открытой логикой. Эти аппараты контролируют точный процесс обогрева помещений. Имеют расширенные настройки, благодаря чему можно поменять их алгоритм работы. Управляются кнопками или сенсорной панелью. Путём этих устройств можно включать либо отключать обогревательные системы в строго заданное время. Но их перепрограммированием должны заниматься специалисты. Эти регуляторы применяют чаще на производстве и в промышленности, чем в быту.

Программируемые термостаты удобно эксплуатировать, они открывают широкие возможности для тонкой настройки приборов на нужные температурные показатели, зависящие от требований отдельных зон помещений.

Достоинства:

Широкий диапазон регулировок.
Разнообразие дизайнерских решений.
Экономия электроэнергии.
Высокая точность.
Эффективность.
Безопасность при эксплуатации.

Также терморегуляторы просты в управлении и имеют не высокую стоимость, только эти два плюса не касаются регуляторов с открытой логикой. Электронные регуляторы нередко являются составной частью системы умного дома.

Предназначение регуляторов отопительных систем. Принцип работы механического регулятора. Системы отопления и регулирование температуры. Преимущества электронных регуляторов. Подготовка прибора к установке. Место размещения термостата, монтажные работы.

Рубрика	Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	16.12.2015
Размер файла	199,4 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Современные отопительные системы чаще всего имеют терморегулятор, с помощью которого регулируется температура в помещении.

Терморегулятор - инструмент для контроля и регулирования температуры, а также уровня расхода электричества в процессе обогрева. С их помощью можно установить периодичность, интенсивность и режим обогревателей. Если не контролировать системы отопления, то это может привести к пожару и возникновению высокой температуры, которая будет некомфортной для человека.

Предназначение регуляторов отопительных систем

Благодаря регуляторам температуры можно автоматически управлять всеми обогревателями и предотвращать сжигание кислорода, отсутствие которого плохо влияет на здоровье и самочувствие человека. Основное предназначение терморегулятора - при достижении заданного значения термостат включает и отключает обогрев, что обеспечивает стабильный температурный режим. За счет периодичности работы можно добиться хорошей экономии. Терморегуляторы используют для:

-сохранение кислорода в помещении;

Так же они используются в:

-установках искусственного климата;

-охлаждающих и морозильных установках;

-системах обогрева помещений;

Разновидности регуляторов систем отопления

Для систем отопления используют терморегуляторы нескольких видов:

С их помощью можно контролировать температуру и поддерживать удобный климат в помещении. Независимо от того, какой регулятор будет применяться, каждый из них обладает достоинствами и недостатками.

электронный регулятор температура отопительный

Электронный терморегулятор состоит из 3 главных элементов: микропроцессора; датчика; ключа. Датчик измеряет температуру воздуха, микропроцессор обрабатывает и передает сигнал, а с помощью ключа совершается коммуникация управления. Преимущества электронных терморегуляторов заключаются в: высокой точности; легкости настройки и управлении отопительными системами. Применяются электронные регуляторы для того, чтобы управлять отопительной системой квартиры или дома и регулировать работу кондиционеров, а также других систем, которые отвечают за поддержку и создание в помещении комфортного микроклимата. Терморегуляторы электронного образца могут легко монтироваться в систему умного дома и следить за температурой обогревателей и помещений.

Так же они делятся на 2 типа:

Такие терморегуляторы способны одновременно обрабатывать несколько сигналов. Позволяют осуществлять гибкую регуляцию температуры в доме и непосредственно в кабелях нагревательных матов. Производит контроль за климатом нескольких помещений, выводя данные на монохромный экран.

Механические регуляторы отопления

Терморегулятор механического типа для радиатора состоит из:

Эти два элемента работают слажено и без использования посторонней энергии. Термическая головка состоит из нескольких частей: привода, регулятора, газового, жидкостного или упругого элемента. Принцип работы механического регулятора достаточно прост -- колесико с температурой выставляется на нужный уровень с помощью ручного управления. Механические регуляторы кроме регулировочного колесика могут иметь кнопку включения и выключения, управляются и включаются такие регуляторы только вручную.

Одним из самых простых регуляторов, считается электро- механический. Главным его элементом считается реле, которое бывает нескольких видов, но в системе отопления используется регулятор с реле, у которого некоторые элементы расширяются в момент нагревания. Такой тип регулятора применяется в масляных радиаторах и бойлерах, где реле представляет собой цилиндрическую трубку, которая наполнена чувствительной жидкостью. Трубка находится в маленьком бачке с водой, которая нагревается.

Выбор терморегулятора зависит от:

-внешних климатических условий; -количества приборов отопления; -видов обогревателей.

Выбирая регулятор температуры, необходимо учитывать все факторы, которые могут повлиять на его работу.

Системы отопления и регулирование температуры

Отопительные системы могут быть нескольких видов:

Регуляторы температуры могут устанавливаться на любую из этих систем отопления.

Водяное отопление -- самый распространенный вариант отопления, где теплоносителем выступает вода, а источник энергии может быть любой.

Электрическое отопление удобное, практичное, безопасное и надежное. Регулировка температуры происходит в зависимости от заданной и действительной температуры.

Механические регуляторы очень просты в использовании и стоят намного дешевле электронных аналогов. Регулирующие механизмы устанавливаются на отопительные приборы к магистрали подачи теплоносителя.

Принцип работы механического регулятора очень прост, потому что датчик встроен в клапан, а регулировка температуры происходит за счет увеличения и уменьшения теплоносителя в радиаторе.

Установка механического терморегулятора

Регулятор температуры встраивается в систему и измеряет температуру теплоносителя и внешних параметров, для того чтобы уменьшить его нагрев, необходимо установить нужную температуру на электронном регуляторе или просто подкрутить колесико на механическом. Устанавливаются регуляторы в нагревательных приборах там, где применяется теплоноситель, а также в автономных приборах и комплексах автономного нагрева и отопления. Самым оптимальным местом установки терморегулятора является радиатор, отопительный прибор, но только в том случае, если он не закрыт шторами или декоративными решетками. В случае если он будет закрыт, то регулятор температуры будет неправильно и неадекватно ее измерять. Устанавливать регуляторы можно также на горизонтальной части трубопровода, но рядом с точкой ввода в отопительный прибор. Чтобы измерения температуры были точными в случае наличия декоративных деталей на радиаторе, следует установить дополнительный термостатический элемент, который будет расположен на некотором расстоянии от датчика, что позволит корректно измерить температуру. Регуляторы температуры очень хорошо экономят тепло и создают в помещении комфортную обстановку. Независимо от того, какой регулятор будет установлен и какого производства, все они хорошо регулируют температуру. Электронные регуляторы более удобные в использовании, но механические дешевле и надежные.

Установка электронного терморегулятора

Подготовка прибора к установке.

Прежде чем устанавливать регулятор температуры теплого пола, следует ознакомиться с его спецификой. Необходимые сведения содержит инструкция, прилагаемая к конкретной модели прибора.

Укрепите на стене монтажную коробку, или продолбите вначале углубление, а затем поместите в него коробку. Место для размещения термостата выбирается недалеко от розеток, на удобной высоте от поверхности пола (60 - 100 сантиметров).

Перед началом процедуры монтажа отключите напряжение в сети.

Схема подключения проводов

К монтажной коробке подводят провода питания. При помощи индикатора определяем фазный провод (коричневый или черный), провод с рабочим нулем (синий), провод для заземления. Тестером замеряем напряжение между фазой и нулем - 220 В.

Между нагревательным элементом и термостатом подключаем датчик температуры теплого пола. Скрываем корпус датчика в гофротрубе. Провод от датчика протягиваем к корпусу термостата.

Выполняем подключение терморегулятора для теплого пола, а именно подсоединение проводов к термостату. Специалисты рекомендуют тщательно проверять правильность подсоединения. Сверяйте свои действия со схемой подключения. Контакт для крепления фазного провода обычно обозначается буквой L, контакт для нулевого провода - буквой N. Клеммы для подключения провода от датчика температуры обозначаются как sensor.

Аккуратно помещаем прибор в монтажную коробку. Может возникнуть ситуация, когда установке терморегулятора что-то мешает. Не следует применять силу, это может повредить прибор. Помеху могут создавать неудачно протянутые провода или слишком длинная гофрированная труба. Убираем помехи, и вводим термостат в корпус коробки.

Используем уровень, чтобы ровно расположить терморегулятор. Размещаем по месту панель прибора, и закрепляем ее крепежными винтами. Установка терморегулятора теплого пола завершена.

Завершение монтажных работ

Крышку термостата устанавливаем на место. На подключенный термостат подаем питание. На приборе выставляем показатель температуры и запускаем теплый пол для работы в тестовом режиме.

Размещено на Allbest.ur

Подобные документы

Описание устройства регулятора напряжения. Основное назначение и область применения прибора. Рассмотрение особенностей регулятора на основе тиристоров, магнитных усилителей, транзисторов. Синхронный компенсатор: понятие, назначение, принцип работы.

реферат [133,7 K], добавлен 03.11.2015

Изучение общих принципов построения пропорционально-интегрально-дифференциальных технологических регуляторов. Проектирование алгоритма регуляторов температуры на базе дешевых микроконтроллеров MSP430 (Texas Instruments). Дискретная форма регулятора.

дипломная работа [2,2 M], добавлен 12.10.2015

Виды и использование датчиков автоматического контроля режимных параметров технологических процессов химического производства. Принцип действия измеряемых датчиков, регуляторов температуры, модульных выключателей. Средства защиты электроустановок.

дипломная работа [770,6 K], добавлен 26.04.2014

Знакомство с этапами расчета настроек типовых регуляторов в одноконтурной автоматической системе реагирования. Особенности выбора типа промышленного регулятора. Способы построения области устойчивости в плоскости настроечных параметров регулятора.

дипломная работа [1,9 M], добавлен 17.06.2013

Понятие электронного усилителя, принцип работы. Типы электронных усилителей, их характеристики. Типы обратных связей в усилителях и результаты их воздействия на работу электронных схем. Анализ электронных усилителей на основе биполярных транзисторов.

курсовая работа [540,7 K], добавлен 03.07.2011

Классификация автоматических регуляторов. Законы регулирования. Источники первичной информации для электронных промышленных устройств. Виды и принцип действия тепловых, тензометрических, пьезоэлектрических, емкостных и электромагнитных преобразователей.

методичка [1,7 M], добавлен 25.01.2015

Анализ свойств объекта управления, типовых регуляторов и выбор типа регулятора. Расчёт оптимальных параметров настроек регуляторов. Зависимость регулирующего воздействия от отклонения регулируемой величины. Интегральный и пропорциональный регуляторы.

Терморезистором называется измерительный преобразователь, активное сопротивление которого изменяется при изменении температуры. В качестве терморезистора может использоваться металлический или полупроводниковый резистор. Датчики температуры с терморезисторами называются термометрами сопротивления.

Содержание работы

1.АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

2.Почему появилась эта разработка

2.1 Принципиальная схема

2.2 Диаграммы напряжений на нагрузке,
при различных положениях регулятора

3. Перечень элементов

3.1 Печатная плата регулятора

Содержимое работы - 1 файл

Курсовик.doc

Специальность : Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники

Предмет : Техническое обслуживание и ремонт

Сдал Армягов Д.М

Студент ___го курса

1.АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

2.Почему появилась эта разработка

2.1 Принципиальная схема

2.2 Диаграммы напряжений на нагрузке,

при различных положениях регулятора

3. Перечень элементов

3.1 Печатная плата регулятора

Имеются два вида терморезисторов: металлические и полупроводниковые. Принцип действия и конструкция металлических терморезисторов. Как известно, сопротивление металлов увеличивается с увеличением температуры. Для изготовления металлических терморезисторов обычно применяются медь или платина.

Функция преобразования медного терморезистора линейна:

где R₀ - сопротивление при 0 t 0 С; a = 4,28.10 -3 K -1 - температурный коэффициент.

Функция преобразования платинового терморезистора нелинейна и обычно аппроксимируется квадратичным трехчленом. Температурный коэффициент платины примерно равен a= 3,91.10 -3 K -1 .

Функция преобразования платинового терморезистора:

Чувствительный элемент медного терморезистора (рис.1) представляет собой пластмассовый цилиндр, на который бифилярно в несколько слоев намотана медная проволока диаметром 0,1 мм. Сверху катушка покрыта глифталевым лаком. К концам обмотки припаиваются медные выводные провода диаметром 1,0 - 1,5мм. Провода изолированы между собой асбестовым шнуром или фарфоровыми трубочками. Чувствительный элемент вставляется в тонкостенную металлическую гильзу. Гильза с выводными проводами помещается в защитный чехол, который представляет собой закрытую с одного конца трубку. На открытом ее конце помещается клемная головка.

Для удобства монтажа защитный чехол может иметь фланец. При изготовлении платиновых терморезисторов используются более теплостойкие материалы. Основные параметры наиболее распространенных терморезисторов и обозначения их градуировок определяются по ГОСТ 6651-84.

Номинальные функции преобразования (статические характеристики) медных и платиновых терморезисторов и их погрешность определяются ГОСТ 6651-84.

1. Анализ технического задания

Термодатчики представляют собой чувствительные элементы с присоединенными гибкими посеребренными сигнальными проводами в термостойкой тефлоновой изоляции.

Датчиками температуры служат миниатюрные высокоточные платиновые терморезисторы стандарта DIN EN60751 class B (рисунок 1). Цена - 21 у. е.

С разъемом для подключения вместо МФ-100 - 31 у. е.

В отличие от термопар терморезисторы подключаются без соблюдения полярности. Также отпадает проблема с подгонкой термопар различного типа, и не требуется дополнительный холодный спай. Особенно следует отметить высокую точность изготовления и полную взаимозаменяемость терморезисторов одного типа, поэтому при замене не требуется калибровка системы. Термопары при установке на плоскую поверхность имеют точечный контакт, в отличие от этого, терморезисторы, имеющие форму прямоугольника, обеспечивают хороший тепловой контакт по всей плоскости и поэтому более точно отображают температуру элементов. Из этого следует, что в диапазоне температур до +500 °C применение терморезисторов предпочтительнее термопар.

Термометр сопротивления и провода, соединяющие его со вторичным прибором, включены последовательно. Обычно используются медные провода, сопротивление которых зависит от их температуры. Температурные изменения сопротивления проводов приводят к погрешности измерения температуры.

Вторичные преобразователи термометров сопротивления выполняются такими, чтобы максимально уменьшить эту погрешность. Если требуется наибольшая точность измерения температуры, например при метрологических работах, используется компенсационная схема. По этой схеме применяют четырехзажимные платиновые терморезисторы. Два провода используются для подвода тока, а два других служат для измерения падения напряжения на термочувствительной обмотке. Падение напряжения измеряется с помощью потенциометра. Измеряется также падение напряжения U₀ на образцовой катушке. Сопротивление терморезистора при этом равно

Благодаря компенсационному методу измерения отсутствует падение напряжения на проводах, соединяющих термометр с потенциометром, и их сопротивление не влияет на результат измерения.

В менее ответственных случаях для измерения сопротивлений терморезисторов используются мосты: в лабораторной практике - с ручным уравновешиванием, в производственных условиях - автоматические.

Термометр сопротивления может подключиться к мосту с помощью двух- или трехпроводного кабеля. Двухпроводный кабель дешевле, однако при его использовании сопротивления обоих проводов включаются последовательно с термометром в одно плечо. Токоведущие жилы кабеля выполнены из медного провода: при изменении температуры их сопротивление изменяется, что вносит погрешность в измерение. Двухпроводный кабель используется в тех случаях, когда его температура постоянна и погрешность, обусловленная ее изменением, незначительна.

При включении термометра по трехпроводной схеме по одной жиле кабеля к термометру подводится напряжение питания. К плечам моста термометр подсоединяется с помощью двух других жил, включенных в смежные плечи моста. Одинаковые изменения их сопротивлений практически не разбалансируют мост. Таким образом, исключается погрешность, которая могла бы быть при изменении температуры кабеля.

В качестве вторичных приборов для термометров сопротивления в промышленности применяются также логометрические приборы.

Сопротивление терморезистора определяется его температурой. Последняя зависит не только от температуры окружающей среды, но и от проходящего по нему тока. Перегрев медного термометра током не должен превышать 0,4 t 0 С, а платинового - 0,2 t 0 С. Для этого ток не должен превосходить 10 - 15мА.

Краткие характеристики платиновых термодатчиков представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Краткие характеристики платинового термодатчика.

Тип чувствительного элемента

M-FK1020 class B или M-FK422 class B

DIN EN60751 (в соответствии c IEC751)

Сопротивление чувствительного элемента R0 при 0°С*

Диапазон рабочих температур*

от - 70°С до +500°С

Допустимый измерительный ток для M-FK1020

от 0.3мА до 1.0мА

Допустимый измерительный ток для M-FK422

от 0.1мА до 0.3мА

Долговременная стабильность (дрейф R0)

0.04% после 1000ч на500°С

до 40g на частотах 10-2000Гц

Ударная прочность (при импульсе колоколообразной формы 8мс)

сухая неагрессивная среда

>10МОм на 20°C; >1МОм на 500°С

Время отклика при помещении чувствительного элемента в поток среды с температурой t°

в поток воды v = 0.4м/с t_0.5= 0.2с; t_0.9= 0.4с

в поток воздуха v = 1м/с t_0.5= 4.2с; t_0.9= 12.7с

Длина сигнальных проводов

* 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.Почему появилась эта разработка

Толчком к появлению данной разработки послужила вполне конкретная задача. Для вентиляции офиса был установлен мощный вентилятор на базе асинхронного двигателя и, для управления вентиляцией, потребовалось установить на электродвигатель электронный регулятор мощности. Для этих целей был опробован классический тиристорный регулятор мощности с фазовым управлением. Такой регулятор обеспечивал регулировку мощности, но, из за подачи на электродвигатель питающего напряжения в виде импульсов с крутыми фронтами, последний издавал значительный акустический шум и грелся. Кроме того, по этой же причине, система регулирования излучала большой уровень электрических помех. Потребовалось найти другое решение.

В журналах “Радио” были найдены схемы регуляторов мощности не создающих помех [1, 2]. В этих схемах регулировка мощности осуществлялась подачей в нагрузку целого числа периодов питающего напряжения с коммутацией их в момент перехода питающего напряжения через ноль. Однако эти устройства подавали в нагрузку постоянное импульсное напряжение и, кроме этого обеспечивали только дискретное управление. Поэтому было разработано новое устройство, использующее аналогичный принцип управления и обеспечивающее плавную бесступенчатую регулировку мощности в нагрузке.

Принципиальная схема разработанного устройства показана на рисунке 1, а перечень элементов дан в таблице 1. В качестве регулирующего элемента используется мощный полевой транзистор. По сравнению с тиристорами современные мощные полевые транзисторы обеспечивают меньшее прямое падение напряжения и, как следствие, меньшее тепловыделение. Кроме того, они требуют значительно меньшей мощности по цепи управления. Дополнительно в данной схеме, за счет переключения транзистора при нулевом напряжении на стоке, устранен эффект динамической входной емкости, что еще более облегчило требования к цепи управления. В результате оказалось возможным запитать затвор полевого транзистора непосредственно от КМОП микросхемы.

Резистором R4 на неинвертирующем входе компаратора DA2 задается уровень требуемой мощности. На другой вход компаратора через интегрирующую цепь R9C2 (контакты Х4 и Х5 замкнуты) подается управляющий сигнал поступающий на затвор полевого транзистора. Напряжение на выходе интегрирующей цепи прямо пропорционально времени открытого состояния транзистора и, следовательно, выходной мощности. Сигнал рассогласования с выхода компаратора поступает на вход полевого транзистора через триггер-защелку DD1. На счетный вход этого триггера поступает стробирующий сигнал с оптрона DA1 который обеспечивает переключение триггера и изменение управляющего напряжения на затворе полевого транзистора только в момент перехода сетевого напряжения через ноль. Перезапись состояния триггера производится один раз за каждый полный период сетевого напряжения. Этим обеспечивается устранение помех при переключении и отсутствие постоянной составляющей на нагрузке. В первоначальном варианте схемы сигнал на счетный вход триггера подавался через резисторный делитель непосредственно с провода питания. Такая схема хорошо работала на активную нагрузку, но при работе на реактивную нагрузку, например такую как электродвигатель, давала сбои. Поэтому пришлось использовать оптронную развязку.

2.1 Принципиальная схема

Элементы R2, VD2, VD4, C1 обеспечивают питающее напряжение для микросхем. Светодиод VD3 является элементом индикации, одновременно обеспечивая увеличение напряжения питания компаратора примерно на 2 В, что необходимо для его нормальной работы по диапазону синфазных входных напряжений. При использовании схемы в качестве регулятора мощности между контактами Х4 и Х5 устанавливается перемычка, вместо резисторов R3 и R5 так же устанавливаются перемычки, а резистор R8 не устанавливается.

С указанными элементами регулятор, при входном напряжении 220 В, может регулировать мощность около 650 Вт. При необходимости работы с большими мощностями нужно транзистор установить на радиатор и использовать диоды VD5-VD8 на больший допустимый ток. На рисунке 2 показаны примерные диаграммы напряжений на нагрузке при выходной мощности 25%, 50% и 75% от максимальной.

Кроме задачи по регулированию мощности в нагрузке схему удобно использовать для работы в качестве беспомехового терморегулятора. В этом случае перемычка между контактами Х4 и Х5 не устанавливается. Между контактами Х3 и Х4 подключается терморезистор R11 с номинальным сопротивлением на рабочей температуре 10-100 кОм (например ММТ-1 или ММТ-4), резистор R8 устанавливается с номиналом, равным номиналу терморезистора, а резисторы R3 и R5 подбираются экспериментально, так что бы обеспечить необходимые границы регулировки температуры. Для примера, при номиналах R11=R8=22 кОм и R3=R5=15 кОм, обеспечивалась регулировка температуры в пределах от +5оС до +35оС.

2.2 Диаграммы напряжений на нагрузке,

при различных положениях регулятора

Регулятор собран на печатной плате размером 45х67 мм и помещен в стандартный пластмассовый корпус типа G025 с размерами 72х50х21 мм. Благодаря малому размеру и весу регулятора он может устанавливаться в разрыв сетевого шнура без дополнительного крепления.

Терморегуляторы - электронные приборы, обеспечивающие оптимальное и точное управление кабельными системами отопления и обогрева. Терморегуляторы используются в системах "теплыйпол" для полного отопления и комфортного подогрева пола, в системах антиобледенения кровли и водостоков, в системах обогрева наружных площадей, зимних садов, теплиц, в системах предотвращения замерзаниярезервуаров, труб и трубопроводов.
Терморегулятор обладает встроенным или выносным (возможно и обоими сразу) термодатчиком, который устанавливается в свободной от прямого воздействия отопительных приборовзоне и снабжает терморегулятор информацией о температуре воздуха в зоне расположения самого термодатчика
Терморегуляторы оснащены различными типами датчиков: датчик температуры воздуха, датчиктемпературы пола или их комбинация. Датчики бывают встроенные и выносные (на проводе). Терморегуляторы производятся в различных моделях для установки в стену, в шкафы управления на профиль DIN или для установки снаружи.На основе этих данных терморегулятор управляет отопительными приборами в помещении(инфракрасные обогреватели, система теплых полов).

Терморегуляторы бывают механические, электронные,программируемые (режим в течение недели).

Основные функции терморегулятора, это, прежде всего поддержка комфортного температурного режима, выбранного вами, и обеспечение дополнительной экономии электроэнергии.
Одинтерморегулятор способен контролировать 3520 Вт, при использовании больших мощностей для обогрева необходимо использовать терморегулятор через магнитный пускатель.
При использовании терморегуляторов вы можетеподдерживать разную температуру в разных комнатах. Вы просто зададите требуемое вам значение, а система будет автоматически отслеживать ваши пожелания. Но, конечно, для этого надо установить терморегуляторы вовсех комнатах, где вы хотите поддерживать заданную температуру.
В отсутстие людей в помещении достаточно поддерживать температуру +5 градусов, что.

Терморезисторомназывается измерительный преобразователь, активное сопротивление которого изменяется при изменении температуры. В качестве терморезистора может использоваться металлический или полупроводниковый резистор. Датчики температуры с терморезисторами называются термометрами сопротивления.

Функция преобразования медного терморезистора линейна:

(1)

где R₀ - сопротивление при 0 t 0 С; a= 4,28.10 -3 K -1 - температурный коэффициент.

Функция преобразования платинового терморезистора:

1. Анализ технического задания

С разъемом для подключения вместо МФ-100 - 31 у. е.

Рисунок 1 -Платиновые терморезисторы стандарта DIN EN60751 class B.

Вторичные преобразователи термометров сопротивления выполняются такими, чтобы максимально уменьшить эту погрешность. Если требуется наибольшая точность измерения температуры, например при метрологических работах, используется компенсационная схема. По этой схеме применяют четырехзажимные платиновые терморезисторы. Два провода используются для подвода тока, а два других служат для измерения падения напряженияна термочувствительной обмотке. Падение напряженияизмеряется с помощью потенциометра. Измеряется также падение напряжения U₀ на образцовой катушке. Сопротивление терморезистора при этом равно

(3)

Краткие характеристики платиновых термодатчиков представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Краткие характеристики платинового термодатчика.

в поток воды v = 0.4м/с t _0.5 = 0.2с; t _0.9 = 0.4с

в поток воздуха v = 1м/с t _0.5 = 4.2с; t _0.9 = 12.7с

* Характеристики указаны без учета присоединенных сигнальных проводов.

2. Расчет заданной конструкции

2.1 Расчет резистивного моста

Сопротивление терморезистора определяется его температурой. Последняя зависит не только от температуры окружающей среды, но и от проходящего по нему тока. Перегрев платинового термометра током не должен превышать - 0,2 t 0 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 t 0 С равно 1 кОм.

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

тогда при I₀ =30 мА, получим:

Отсюда .

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

В условия сбалансированного моста I₁ =I₂ , тогда по 1 - му закону Кирхгофа I_общ = I₁ +I₂ , следовательно I_общ =2 I₁ , I₁ = I_общ /2=7,5 мА. Тогда U_R _{3 (} _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 R_подстр .

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 U_p между неинвертирующим входом и общей шиной определяется коэффициентом деления делителя на резисторах R₃ и R₄ :

Поскольку напряжение между инвертирующим входом и общей шиной U_n = U_p , ток I₁ определится соотношением:

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

Подставив (4) и (5) в (6), получим:

(7)

В данном случае R₁ = R₃ =1 кОм и R₄ = R₂ =10 кОм, тогда по формуле (8) находим, что коэффициент усиления разностного сигнала примерно равен: R_2/ 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 P_н =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 R_н обесточивается. При снижении температуры, датчик размыкает цепь, в результате чего тринистор и симистор открываются, а нагреватель R_н 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

Читайте также: