Возможности прибора:
- Три независимых канала контроля уровня жидкостив резервуаре;
- Возможность инверсии режима работылюбого канала;
- Работа с различными по электропроводности жидкостями: дистиллиро-ванной, водопроводной, загрязненной водой, молоком и пищевыми продуктами (слабокислотными, щелочными и пр.);
- Защита датчиков от осаждения солей на электродахблагодаря питанию их переменным напряжением.
Рисунок 9 Внешний вид прибора САУ-М6
Контроль уровня осуществляется при помощи 4-х электродного кондуктометрического датчика, три сигнальных электрода которого расположены в резервуаре на заданных по условиям технологического процесса отметках: уровень 1, уровень 2, уровень 3- и подключаются к входам прибора 1-3. Питание датчика уровня осуществляется переменным напряжением.
САУ-М6 включает в себя три независимых канала контроля, в состав каждого канала входят:
- входдля измерения сопротивления кондуктометрического датчика на переменном токе;
- регулятор чувствительности, позволяющий изменять чувствительность канала контроля уровня к электропроводности жидкости;
- пороговое устройство (ПУ), фиксирующее достижение рабочей жидкостью заданного уровня, а также формирующее сигналы управления выходным реле;
- коммутатордля переключения канала в инверсный режим работы;
- выходное реледля управления внешним оборудованием; срабатывание реле происходит при контакте соответствующего электрода с жидкостью.
4 светодиодных индикатора, расположенных на лицевой панели прибора, сигнализируют постоянной засветкой о:
- СЕТЬ - наличии питания на приборе;
- УРОВЕНЬ 1 - затоплении электрода «Уровень 1»;
- УРОВЕНЬ 2 - затоплении электрода «Уровень 2»;
- УРОВЕНЬ 3 - затоплении электрода «Уровень 3».
Рисунок 10 Функциональная схема прибора САУ-М6
В приборе в качестве датчиков уровня применяются кондуктометрические зонды, которые могут быть использованы для контроля уровня жидкостей, обладающих электропроводностью. Например, растворы кислот и щелочей, расплавленные металлы, вода и водные растворы солей, молоко и т. п. Кондуктометрические зонды простейшей конструкции представляют собой изолированные друг от друга металлические электроды, выполненные из коррозионностойких материалов. Один из электродов является общимдля всех каналов контроля. Он устанавливается в резервуаре так, чтобы рабочая часть электрода находилась в постоянном контакте с жидкостью во всем диапазоне контроля (от нижнего уровня до верхнего включительно). Подключается этот электрод к одному из контактов прибора «Общий» (рис. 11).
Рисунок 11 Установка электродов в резервуаре
Остальные электроды являются сигнальными. Они располагаются на соответствующих своему назначению уровнях и подключаются к сигнальным входам 1, 2, 3 прибора. По мере заполнения резервуара электроды соприкасаются с жидкостью, вследствие чего происходит замыкание электрических цепей между общим и соответствующими сигнальными входами, фиксируемое прибором как достижение заданных уровней. Следует помнить, что кондуктометрический способ контроля может оказаться неэффективным, если в техпроцессе используется не жидкость, а суспензия или эмульсия, осаждение частиц может привести к изоляции электродов датчиков.
Сигналы с датчиков уровней поступают на соответствующие входы, где преобразовываются в электрические параметры, оптимальные для дальнейшей их обработки.
В состав каждого канала прибора входит ступенчатый коммутатор Х2 (Х3, Х4), являющийся регулятором чувствительности канала контроля уровня к электропроводящим свойствам жидкостей, что позволяет работать с различными жидкими средами.
Пороговые устройства служат для фиксации достижения рабочей жидкостью соответствующих кондуктометрических зондов (т. е. заданных уровней) и сигнализации об этом при помощи засветки светодиодов УРОВЕНЬ. Кроме того, эти устройства формируют сигналы, предназначенные для управления выходными реле.
Выходные реле предназначены для управления внешним оборудованием, обеспечивающим выполнение технологического процесса, связанного с контролем уровня. Срабатывание реле происходит при контакте соответствующего сигнального электрода с жидкостью. Для расширения функциональных возможностей прибора режим работы реле в любом из каналов может быть изменен пользователем при помощи коммутаторов Х5 (Х6, Х7). При соприкосновении электрода датчика с жидкостью выходное реле в зависимости от положения его коммутатора может переводиться в состояние «включено» или, наоборот, в состояние «выключено».
Временная диаграмма работы выходных реле прибора для случая, когда все реле при срабатывании датчиков уровня переводятся в состояние «выключено» приведена на рис. 12.
Рисунок 12 Диаграмма работы выходного реле
На печатной плате под верхней крышкой прибора расположены:
- 3 регулятора чувствительностидля каналов «Уровень 1», «Уровень 2», «Уровень 3». Каждый регулятор имеет 4 ступени чувствительности и позволяет путем установки перемычки настроить канал на электропро-водящие свойства жидкости;
- 3 коммутатора, изменяющие режим работы выходных реле.
Технические характеристики: ючения
- Номинальное напряжение питания прибора 220 В частотой 50 Гц;
- Допустимые отклонения напряжения питания от номинального значения –15...+10 %;
- Потребляемая мощность, не более 6 ВА;
- Количество каналов контроля уровня 3;
- Количество встроенных выходных реле 3;
- Макс. допустимый ток, коммутируемый контактами встроенного реле 4 А при 220 В 50 Гц;
- Напряжение на электродах датчика уровня не более 10 В частотой 50 Гц;
- Сопротивление жидкости, вызывающее срабатывание канала контроля не более 500 кОм;
- Тип корпуса настенный Н;
- Габаритные размеры корпуса 130х105х65 мм;
Условия эксплуатации:
- Температура окружающего воздуха +1...+50° С;
- Атмосферное давление 86...106,7 кПа;
- Относительная влажность воздуха (при +35° С) 30...80 %.
Рисунок 13 Схема подключения прибора САУ-М6
Сигнализатор уровня жидких и сыпучих сред с дистанционным управлением ОВЕН САУ-М7E обеспечивает контроль уровня жидких или сыпучих материалов в резервуаре. Может управлять заполнением, осушением или поддержанием уровня в отопительных котлах, водонапорных башнях, зернохранилищах и т.п.
Прибор выполняет следующие функции:
- Контроль уровня жидких или сыпучих материалов по трем датчикам;
- Подключение датчиков уровня широкого спектра;
- Работа в режиме заполнения или опорожнениярезервуара;
- Ручной или автоматический режимуправления электроприводом исполнительного механизма (насоса, транспортера, электромагнитного клапана и т. п.);
- Сигнализацияоб аварийном переполнении или осушении резервуара;
- Работа с различными по электропроводности жидкостями: водопроводной, загрязненной водой, молоком и пищевыми продуктами (слабокислотными, щелочными и пр.).
Технические характеристики:
- Номинальное напряжение питания прибора 220 В частотой 50 Гц;
- Допустимые отклонения напряжения питания от номинального значения –15...+10 %;
- Количество каналов контроля уровня 3;
- Типы датчиков кондуктометрические; активные с выходными ключами n-p-n_типа; механические контактные устройства;
- Источник питания активных датчиков: напряжение источника питания 12±1,2 В; максимальный ток нагрузки 50 мА;
- Количество встроенных выходных реле 2;
- Макс. допустимый ток нагрузки, коммутируемый контактами встроенного реле 8 А при 220 В 50 Гц;
- Сопротивление жидкости, вызывающее срабатывание канала контроля не более 500 кОм;
- Габаритные размеры корпуса: настенный Н 130х105х65 мм; щитовой Щ1 96х96х70 мм;
Рисунок 14 Внешний вид прибора САУ-М7E
Условия эксплуатации
- Температура окружающего воздуха +5...+50° С;
- Атмосферное давление 86...106,7 кПа;
- Отн. влажность воздуха (при +35° С и ниже б/конд. влаги) не более
90 %.
-
Контроль уровня осуществляется при помощи трех датчиков, которые устанавливаются пользователем в резервуаре на заданных по условиям технологического процесса отметках: нижней, промежуточной, верхней.
Основными элементами прибора САУ-М7E являются:
- 3 входных компаратора, предназначенных для обработки сигналов датчиков уровня;
- регулятор чувствительности, изменяющий уровень опорных сигналов компараторов (для кондуктометрических датчиков);
- коммутаторы, определяющие режимы работы прибора;
- блок логики, формирующий сигналы управления выходным реле РАБОТА;
- выходные электромагнитные реле ВЕРХ и РАБОТА, управляющие исполнительными механизмами.
САУ-М7Е может работать со следующими типами датчиков:
- кондуктометрические датчики (контролирующие степень электропроводности среды);
- активные датчики (емкостные, индуктивные, оптические и т. п.) с выходными ключами n–p–n_типа, например, бесконтактные емкостные выключатели ВБ1-30М.65.10.2.1.К (применяются для работы с диэлектрическими и сыпучими материалами);
- механические контактные устройства (применяются в устройствах поплавкового типа).
Питание активных датчиков осуществляется от встроенного в прибор источника постоянного тока напряжением 12 В или от внешнего блока питания.
Рисунок 15 Функциональная схема прибора САУ-М7E
Входные компараторы 1...3 сравнивают напряжение входного сигнала Uвх. с опорным напряжением Uопор. и при выполнении условия Uвх. < Uопор. переключаются в состояние, соответствующее достижению заданного уровня. Ступенчатая регулировка напряжения Uопор. (т. е. чувствительности компараторов) позволяет при использовании кондуктометрических датчиков настраивать прибор наработу с различными по электропроводности жидкостями (рис. 15).
Для управления технологическим оборудованием прибор оснащен двумя встроенными электромагнитными реле. Реле ВЕРХслужит для формирования аварийного сигнала в случае превышения контролируемым веществом предельного верхнего уровня. Реле управляется сигналами компаратора 1. Контакты реле могут быть использованы для подключения внешней сигнализации или дополнительных технических средств, предотвращающих развитие аварии. Реле РАБОТАуправляет электроприводом исполнительного механизма (насоса, электромагнитного клапана и т. п.). Реле управляется блоком логики по сигналам компараторов 2 и 3 (соответствующим промежуточному и нижнему уровням) или по командам от кнопок ручного управления.
Управление реле РАБОТА может осуществляться в ручном или автоматическом режимах.
В ручном режимеуправление производится по командам от кнопок «ПУСК» и «СТОП», независимо от состояния датчиков. Действие кнопок при необходимости можно заблокировать.
В автоматическом режимеуправление осуществляется по сигналам датчиков уровней, в соответствии с заданным алгоритмом. Возможны следующие алгоритмы работы:
- Заполнение резервуара по гистерезисному закону (реле включается после размыкания датчика нижнего уровня, а выключается только при замыкании датчика промежуточного уровня);
- Опорожнение резервуара по гистерезисному закону (реле включается после замыкания датчика промежуточного уровня, а выключается только при размыкании датчика нижнего уровня);
- Заполнение резервуара без гистерезиса (реле включается после размыкания датчика нижнего уровня, а выключается при его замыкании);
- Опорожнение резервуара без гистерезиса (реле включается после замыкания датчика нижнего уровня, а выключается при его размыкании).
3 светодиодных индикатора уровня сигнализируют постоянной засветкой о замыкании датчиков нижнего, промежуточного и верхнего уровней.
Кнопка 
используется для перевода регулятора из ручного режима в автоматический.
Светодиод АВТ.сигнализирует о работе регулятора в режиме автомати-ческого управления.
Светодиодные индикаторы сигнализируют:
- СЕТЬ - о наличии исправного питания на приборе (постоянная засветка);
- РАБОТА- о включении реле РАБОТА (постоянная засветка);
- АВАРИЯ- о размыкании датчика нижнего уровня или замыкании датчика верхнего уровня (мигающая засветка).
Кнопки 
и 
используются для ручного управления регулятором.
На печатной плате под передней панелью расположены 4 коммутирующих устройства: К1, К2, К3, К4 - для изменения следующих параметров путем перестановки перемычек:
К1 - режим работы сигнализации «АВАРИЯ» (аварийное переполнение или осушение резервуара);
К2 - режим (алгоритм) работы регулятора уровня;
К3 - чувствительность входных компараторов при работе с кондукто-метрическими датчиками;
К4 - блокировка кнопок и .
Рисунок 16 Общая схема подключения САУ-М7Е
Логический контроллер для управления системой подающих насосов ОВЕН САУ-МП предназначен для решения задач локальной автоматизации, связанных с применением релейных схем. Применяется для управления подающими насосами в системах горячего и холодного водоснабжения, а также для поддержания уровня жидкости в резервуаре.
Устройство обладает следующими возможностями:
- Большой выбор готовых алгоритмов работы;
- Контроль в 4-х точках пороговых значений уровня, давления, температуры и других параметров;
- Подключение широкого спектра датчиков;
- Управление тремя исполнительными механизмами (например, насосами) по выбранному алгоритму;
- Режим ручного управления;
- Встроенные таймеры для установки специальных временных параметров, а также набор других функциональных элементов (счетчики, триггеры и др.);
- Возможность задания времени задержки выполнения алгоритма.
САУ-МП управляет одним, двумя или тремя подающими циркуляционными насосами с помощью трех выходных э/м реле8 А 220 В. Управление осуществляется по выбранному пользователем алгоритму. Э/м реле в некоторых алгоритмах могут использоваться также для аварийной сигнализации о выходе насоса из строя.
К входам САУ-МП можно подключать от одного до четырех датчиков с различными типами выходных сигналов:
- «сухие» контакты;
- открытый коллектор;
- аналоговые сигналы в виде токовой петли или постоянного напряжения в пределах 0...5 В.
А также датчики:
- нелинейные резисторы (позисторы, термисторы);
- кондуктометрические датчики.
Рисунок 17 Внешний вид прибора САУ-МП
Для существующих на сегодняшний день алгоритмов работы САУ-МП к входам прибора можно подключать только «сухие» контакты, открытый коллектор и кондуктометрические датчики. К разным входам могут быть подключены различные датчики. Сигналом возбуждения для кондуктометрических датчиков, выполненных в виде погружных электродов, является переменное напряжение низкой частоты (25 Гц). Это позволяет избежать поляризации электродов, потери их чувствительности и значительно продлевает срок их службы.
Для питания датчиков в приборе установлен встроенный источник питания +12 В (рис. 1.18).
За каждым из 4-х входов закреплен свой компаратор, для которого может быть задан свой порог срабатывания Uоп. Компаратор сравнивает текущий аналоговый сигнал входа с установленным значением и подает сигнал блоку программируемой логики, в соответствии с заданной логикой работы.
Блок программируемой логики представляет собой микропроцессорное устройство, которое обеспечивает:
- управление выходными реле в соответствии с заданным алгоритмом работы;
- установку опорных напряжений компараторов;
- опрос состояния датчиков;
- отсчет временных параметров;
- связь с компьютером или другим прибором для записи или копирования алгоритма.
Рисунок 18 Функциональная схема прибора САУ-МП
Алгоритм работы САУ-МП выбирается пользователем при заказе. Возможно копирование алгоритмов из одного прибора в другой при помощи специального кабеля. При необходимости пользователь может записать в прибор другой алгоритм из приведенных ниже с помощью кабеля «ЭВМ прибор». В настоящее время разработано 10 алгоритмовработы САУ-МП, которым соответствуют модификации прибора, описанные ниже.
При пуске двигателя насоса показания датчика давления не контролируются в течение определенного времени (30 с по умолчанию), которое требуется на разгон и появление давления в трубе. Во время работы допускаются кратковременные (2 с по умолчанию) «провалы» показаний датчика давления. При отказе двигателя одного из насосов (за заданное время не появилось давление в трубе при пуске или во время работы давление пропало на время, большее заданного) происходит переключение на оставшийся двигатель, а светодиод канала отказавшего двигателя начинает мигать один раз в секунду. Если же отказывают оба двигателя, мигают оба светодиода. Все модификации САУ-МП могут работать в двух режимах - автоматическом и ручном. Автоматический режим задается алгоритмом работы, ручной одинаковый для всех алгоритмов.
Технические характеристики:
- Номинальное напряжение питания прибора 220 В частотой 50 Гц;
- Допустимые отклонения номин. напряжения –15...+10 %;
- Количество обслуживаемых насосов от 1 до 3;
- Диапазон установки временных параметров от 1 с до 63 суток;
- Количество независимых входов 4;
- Количество выходных э/м реле 3;
- Макс. допустимый ток нагрузки, коммутируемый контактами встроенного реле 8 А при 220 В 50 Гц;
- Габаритные размеры: настенный Н 130х105х65 мм, щитовой Щ1 96х96х70 мм.
Условия эксплуатации:
- Температура окружающего воздуха +5...+50° С;
- Атмосферное давление 86...106,7 кПа;
- Отн. влажность воздуха (при +35° С и ниже б/конд. влаги) не более 80 %.
Модификации САУ-МП.
САУ-МП имеет 10 модификаций.
САУ-МП-Х.06 предназначен для управления тремя независимыми насосами, каждый из которых поддерживает уровень жидкости в одной из трех емкостей по показаниям трех датчиков уровня (см. рисунок 19). Датчики уровня подключены к входам 1...3 прибора.
Прибор может работать по двум типам логики – прямой и обратной. Логика задается единой для всех трех каналов. При прямой логике насос включается при размыкании контактов датчика, т. е. насос начинает накачивать в бак жидкость тогда, когда ее уровень опустится ниже уровня контактов датчика. При обратной логике насос включается при замыкании контактов датчика, т. е. насос начинает откачивать жидкость из емкости, когда ее уровень станет выше уровня контактов датчика.
Рисунок 19 Схема подключения САУ-МП-Х.06
САУ-МП-Х.11 предназначен для управления двумя циркуляционными насосами, поочередно работающими на одну магистраль, с возможностью аварийной сигнализации (Рис. 20). На магистрали установлен датчик давления («сухой контакт»), подключаемый к входу 4. Реле 1 и 2 осуществляют управление насосами. Если отказывают оба двигателя, на реле 3 выдается сигнал аварии, например, для подключения напрямую, без всякого контроля давления, аварийного двигателя. Вход 1 используется для перехода в автоматический режим работы и для сброса аварийного сигнала.
Рисунок 20 Схема подключения САУ-МП-Х.11
САУ-МП-Х.12 управляет двумя насосами, поочередно работающими на наполнение расходного бака. На подающей трубе установлен датчик давления («сухой контакт»), подключаемый к входу 4. Датчик верхнего уровня («короткий» электрод) подключается к входу 2, а нижнего уровня («длинный» электрод) - к входу 3. Если уровень воды выше «короткого» электрода, насосы не работают, и так до тех пор, пока уровень не понизится ниже «длинного» электрода - включается один из насосов. Уровень воды в баке начинает повышаться, но двигатель продолжает работать до тех пор, пока вода не закроет «короткий» электрод. Двигатель выключается, а при следующем осушении длинного электрода включится двигатель другого насоса.
Модификация САУ-МП-Х.13 является аналогом САУ-МП-Х.11. Отличие заключается в том, что на реле 3 при включении двигателя насоса предварительно выдается сигнал переключения обмоток двигателя на пусковой режим («треугольник–звезда»), и лишь по истечении заданного времени включается двигатель. Аварийная сигнализация отсутствует.
САУ-МП-Х.14 («Вальс») предназначен для управления установкой из трех циркуляционных насосов, работающих на одну магистраль. На каждом из насосов установлен свой собственный датчик давления (подключаются к входам 1–3). Насосы работают поочередно парами 1–2, 1–3, 2–3, 1–2.... Если один из насосов отказал, то постоянно работает оставшаяся пара насосов. При включении прибора, когда должны одновременно запускаться насосы первого и второго каналов, во избежание большой нагрузки на сеть пусковыми токами двух двигателей, включение второго канала происходит с некоторым запаздыванием. Аварийная сигнализация отсутствует.
Рисунок 21 Схема подключения САУ-МП-Х.12
САУ-МП-Х.15 также, как и САУ-МП-Х.11, предназначен для управления основным и резервным насосом и имеет возможность аварийной сигнализации. Отличие состоит в работе реле 3, которое выдает сигнал аварии при отказе любого из двух насосов, при этом включается насос, находившийся в выключенном состоянии. Если в процессе дальнейшей работы произошел отказ и второго насоса, о его аварии сигнализирует мигание соответствующего светодиода.
Рисунок 22 Схема подключения САУ-МП-Х.14
Работа САУ-МП-Х.16 аналогична САУ-МП-Х.12, но прибор этой модификации управляет работой двух насосов, работающих на осушение расходного бака. Если уровень воды выше датчика верхнего уровня, включается один из насосов (реле 1) и работает до осушения датчика нижнего уровня. В следующий раз при заливании «короткого» электрода осушать емкость будет второй насос (реле 2). Реле 3 используется для сигнализации об аварии.
Модификация САУ-МП-Х.17 аналогична САУ-МП-Х.14, предназначена для управления насосной установкой, содержащей три подающих насоса, которые включаются поочередно и работают на одну общую магистраль, при этом каждый насос имеет свой собственный датчик давления, замыкание контактов которого свидетельствует о нормальной работе насоса. В автоматическом режиме одновременно работает только один насос, по истечении заданного времени работы насоса происходит его выключение и включение следующего насоса в порядке: 1-й — 2-й — 3-й — 1-й — 2-й. Если один из насосов отказал, то поочередно работают оставшиеся насосы. При выходе из строя еще одного насоса продолжает работать последний исправный насос, не выключаясь.
САУ-МП-Х.18 управляет двумя насосами (основным и резервным), работающими на осушение емкости. Датчик верхнего уровня подключается к входу 3 прибора, нижнего уровня - к входу 2. Работа насосов осуществляется аналогично алгоритму САУ-МП-Х.12, но для контроля исправности насосов служит контрольная емкость. В ней установлен датчик уровня, подключенный к входу 4. Вход 1 используется для блокировки работы насосов, реле 3 - для сигнализации об аварии.
Рисунок 23 Схема подключения САУ-МП-Х.20
САУ-МП-Х.20 предназначен для поддержания (долива) уровня жидкости в емкости, а также для сигнализации о переполнении и защиты насоса от «сухого хода». В емкости устанавливается пятиэлектродный кондуктометрический датчик. К входу 1 подключается электрод «сухого хода», к входам 2 и 3 – датчики нижнего и верхнего рабочих уровней, к входу 4 – электрод перелива. Пятый электрод осуществляет функцию общего. Система работает на долив от нижнего до верхнего рабочего уровня. Включение насоса осуществляет реле 2 в зависимости от уровня жидкости в емкости. Реле 1 прибора обеспечивает защиту насоса от «сухого хода». Реле 3 используется для сигнализации о переливе. Для предотвращения преждевременного срабатывания защиты от «сухого хода» и от перелива введены задержки включения/отключения реле при смачивании/осушении соответствующих электродов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назначение сигнализатора уровня ЭРСУ-3.
2. Принцип действия электронного датчика уровня СУС-11.
3. Конструкция и принцип действия датчика полупроводникового реле уровня ПРУ-5М.
4. Перечислить типы регуляторов уровня предназначенных для контроля уровня сыпучих сред.
5. Области применения прибора для управления погружным насосом ОВЕН САУ-М2.
6. Возможности сигнализатора уровня жидкости ОВЕН САУ-М6.
7. Назначение и функции сигнализатора уровня жидких и сыпучих сред с дистанционным управлением ОВЕН САУ-М7E.
8. Перечислить основные элементы прибора САУ-М7E.
9. Назначение и возможности логического контроллера ОВЕН САУ-МП.
10.Какие типы датчиков можно использовать с контроллером САУ-МП.
11.Модификации логического контроллера САУ-МП.
Лабораторная работа №6
Тема: Электронные устройства для контроля и регулирования температуры
Цель работы:
1. Ознакомится с устройствами для контроля и регулирования температуры
2. Ознакомится с принципом работы устройств для контроля и измерения температуры.
Теплотехнические измерительные и регулирующие устройства подразделяются на контрольно-измерительные приборы и регуляторы. Большая часть этих приборов работает по компенсационному методу.
Промышленность выпускает регуляторы непрерывного действия, осуществляющие с той или иной точностью стандартные линейные законы регулирования, регуляторы релейного типа: двух- и трёхпозиционные. В регуляторах выполненных на базе микропроцессоров осуществляются более сложные законы регулирования.
В качестве датчиков используются термопары, термометры, полупроводниковые термопреобразователи. Включаются первичные преобра-зователи по схеме делителя напряжения или по мостовой схеме (рис. 1).
а) б)
а) – датчик включен по схеме делителя напряжения;
б) – датчик включен по мостовой схеме.
Рисунок 1 Схемы включения датчиков
Напряжение на выходе делителя:
(1)
где: Uд – напряжение на выходе делителя;
I1 – ток делителя;
Un.д – напряжение питания делителя.
Из формулы (1) видно, что напряжение на выходе делителя зависит только от сопротивления датчика при условии, что напряжение питания и сопротивление R1 постоянные.
При включении датчика по мостовой схеме R1 = R2 = R3 = Rд = R0. При этом напряжение на выходе моста равно нулю. Изменение напряжения на выходе при изменении технологического параметра можно определить по формуле:
. (2)
где: ΔU – изменение напряжения в диагонали моста при изменении
технологического параметра;
R0 – сопротивление датчика при нулевых условиях;
ΔR – изменение сопротивления датчика при изменении температуры;
Uп.м – напряжение питания моста.
В электронных регуляторах температуры в качестве первичных преобразователей широко используются термисторы. Термистор – это полупроводниковый прибор с отрицательным температурным коэффициентом. Температурная характеристика термистора показана на рисунке 2.
Рисунок 2 Температурная характеристика термистора
Для полупроводниковых терморезисторов температурная характеристика достаточно точно описывается уравнением
, (3)
где R1(T0) – номинальное значение сопротивления при температуре Т0
(обычно Т0 = 293 К); Т – температура;
В – коэффициент, постоянный для данного экземпляра терморезистора;
е – основание натурального логарифма.
2.1 Регуляторы температуры типа РТ, РРТ предназначены для работы в системах автоматического регулирования температуры при реализации технологических процессов в промышленности и сельскохозяйственном производстве.
Регуляторы данной серии по назначению выпускаются четырёх модификаций: РТ-2 – двухпозиционные; РТ-3 – трёхпозиционные; РРТ – регуляторы разности температур; пропорциональные регуляторы.
Датчиками температуры служат платиновые термометры с пределами температуры от –100ºС до +200ºС. Весь диапазон температур разбит на 11 поддиапазонов. Величины поддиапазонов могут быть 100ºС, 40ºС, 10ºС. Основная допустимая погрешность при шкале 100ºС - ±2ºС, 40ºС - ±1ºС, 10ºС - ±0,5ºС. Питание прибора осуществляется от сети 220В±15%. Потребляемая мощность не более 10 ВА.
Функциональная схема регулятора приведена на рисунке 3.
Рисунок 3 Функциональная схема регулятора РТ-2
Регулятор состоит из измерительного моста, источника постоянного тока для питания измерительного моста Е1, усилителя Е2, электронного реле Е3, исполнительного элемента Е4 и источника питания Е5. Сигнал с измерительного моста, в одно из плеч которого включен датчик температуры, подаётся на вход усилителя Е2. Усиленный сигнал поступает на электронное реле Е3 (двухпозиционное или трёхпозиционное в зависимости от модификации регулятора). Сигнал с выхода Е3 поступает на исполнительный элемент Е4 (контактный или бесконтактный в зависимости от исполнения регулятора). Питание элементов схемы осуществляется источником питания Е5.
Схема трёхпозиционного регулятора с контактным выходом типа РТ-3 приведена на рисунке 4.
Рисунок 4 Принципиальная схема регулятора РТ-3
Измерительный мост выполнен на резисторах R1 – R11. Питание моста осуществляется от источника постоянного тока. Резистором R4 осуществляется установка заданного значения температуры (за счёт разбаланса моста), а резистором R10 – установка зоны нечувствительности (зоны возврата, зоны пропорциональности), за счёт изменения глубины ООС операционного усилителя (R19, R10, R11). Зона нечувствительности – это диапазон отклонений регулируемой величины от её заданного значения, не вызывающий изменений выходной величины (рис. 5). Зона возврата – разность уровней входного сигнала, соответствующая появлению и исчезновению релейного выходного сигнала.
Рисунок 5 Амплитудная характеристика регулятора
Датчик может быть включен как по двухпроводной, так и по трёхпроводной схеме. Входной каскад выполнен с использованием операционного усилителя серии К553УД2. Конденсаторы С1, С2, С3 предназначены для повышения его устойчивости к импульсным помехам. С4, С5, R20 – корректирующие звенья, используются для устранения возбуждения ОУ на высоких частотах. VD3, VD4 – осуществляют защиту входных цепей ОУ от перенапряжений. Резисторы R15 -R18 предназначены для ввода сигнала с потенциометра внешней обратной связи при пропорциональном регулировании.
При разбалансе измерительного моста в ту или иную сторону от заданной температуры знак выходного напряжения ОУ изменяется на противоположный и при достижении порога срабатывания соответствующий пороговый элемент и ключевой каскад изменяют своё состояние.
В качестве пороговых элементов использованы триггеры Шмитта на транзисторах. Триггер канала «Выше» выполнен на транзисторах VT5, VT7, VT9. Транзистор VT5 в диодном включении используется для термостабилизации рабочей точки и коммутации триггера Шмитта выходным сигналом операционного усилителя. Схема второго канала аналогична первому каналу (VT6, VT8, VT10) с той лишь разницей, что использованы транзисторы p-n-p типа и, соответственно, триггер реагирует на напряжение противоположной полярности.
Ключевой каскад выполнен на транзисторе VT11 и реле К1. С помощью резистора R33 и стабилитрона VD12 подаётся запирающее напряжение на ключевой каскад. Диод VD22 служит для защиты транзистора VT11 от перенапряжения в момент коммутации. Ключевой каскад второго канала выполнен аналогично и состоит из VT12, K2, VD23, R34.
Источник питания состоит из сетевого трансформатора TV1; двух схем выпрямления со средней точкой (VD25 – VD28); сглаживающего фильтра С9, С7, VD21 (C10, C8, VD24), параметрического стабилизатора R10, VD15, VD16 (R31, VD18, VD17).
Ключевой каскад питается нестабилизированным напряжением. Для питания ОУ, триггеров Шмитта и цепи внешней обратной связи используется напряжение параметрических стабилизаторов. Измерительный мост запитан от источника постоянного тока, который в свою очередь питается от параметрического стабилизатора напряжения R32, VD19, VD20. В регуляторах использован стабилизатор тока на транзисторе VT1. Напряжение смещения на базе транзистора обеспечивается делителем R13, R14. Температурную стабилизацию каскада обеспечивает диод VD2. Резистор R15 предназначен для ограничения тока эмиттера транзистора VT1.
