Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Техническое задание

Электронный регулятор температуры (далее РТ), 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.

Оперативная смена задания для регулятора осуществляется ручным способом, от регулятора, непосредственно с панели управления.

Индикация действительного значения контролируемой температуры осуществить непосредственно в блоке регулятора.

2. Разработка функциональной схемы и состава устройства

регулятор температура преобразователь сигнал

Исходя из вышеперечисленных требований, предлагается функциональная схема, изображённая на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 - Функциональная схема регулятора температуры: 1. Датчик температуры; 2. Масштабный усилитель; 3. Преобразователь напряжения в ток; 4. Устройство индикации; 5. Компаратор; 6. Преобразователь сопротивления в напряжение; 7. Устройство согласования; 8. Коммутатор переменного тока; 9. Ручка управления; 10. Нагрузка

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

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 800°С до 1500°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 3.1, преобразует изменения температуры в электрические сигналы. Согласно варианту данные указаны в таблице 1, 2, 3.

Таблица 1. Вариант задания для регулятора

Таблица 2. Характеристики термоэлектрических преобразователей

Таблица 3. Характеристики термосопротивлений

Рисунок 3.1 - Датчик температуры

Примем величину напряжения питания Uп равной + 15 В. Тогда

 (3.1)

(3.2)

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

(3.3)

Согласно варианту:

Примем значение сопротивления резистора R1 равным (15*1,1=16,5)кОм из ряда Е24.

Максимальная и минимальная ЭДС при максимальной и минимальной температурах:

Желаемая выходная характеристика с выхода масштабирующего усилителя представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Выходная характеристика с выхода усилителя

Данная зависимость реализуется с помощью равновесного моста, представленного на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - 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 tmin, т.е. когда Uвыхmin = 0,1352 В.

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

Это и есть входной сигнал для масштабирующего усилителя. R3=R1=16,5 кОм

Примем

Из ряда Е6 с к=1,1 принимаем величину резистора R4=358 Ом.

3.2 Дифференциальный (масштабирующий) усилитель

Усилитель служит для преобразования или усиления сигнала с датчика температуры в сигнал удобный для дальнейшей обработки (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 - Масштабирующий усилитель

При Uвх=0,0603В, с равновесного моста на выходе усилителя сигнал равен Uвых = 5 В.

(3.4)

В свою очередь:

Тогда

Резистор R5 предназначен для точной регулировки Ку.

Примем

Примем значение сопротивления резистора R4 = 212кОм из ряда Е24, а резистора R5 = 105 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 3.5) служит для задания уровня сигнала соответствующего заданной температуре, и выдачи результата сравнения между заданным и действительным значением сигнала:

- если Uд< Uз - включить нагрев;

- если Uд? Uз - отключить нагрев.

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

Рисунок 3.5 - Сравнивающее устройство

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

Тогда

Из ряда Е6 принимаем величину резистора R3=16,5 кОм, тогда Iд(R1+ R2)= 10 В.

Отсюда:

Примем

(3.5)

(3.6)

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 3.6, служит для вывода значения задаваемой температуры на стрелочный индикатор. Индикатор выполняется в виде миллиамперметра с преобразователем напряжения в ток.

Рисунок 3.6 - Устройство индикации

Пусть ток преобразователя равен 1 мА.

(3.7)

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 3.7) служит для согласования выхода сравнивающего устройства и входа коммутатора переменного тока.

Рисунок 3.7 - Устройство согласования

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

Параметры оптотиристора ТО2-40-10:

Iупр = 150мА, Iком = 40A,

Uком. = 1000В, Uд = 2,5В.

Параметры транзистора КТ827В:

Uкэ = 60В,

Iк = 20А,

?? 750

Uкэн =2,4В, Uбэн =3В.

Принимаем Rогр = 56Ом из ряда Е24.

Теперь подсчитаем мощность Rогр:

Для того чтобы транзистор открылся необходимо:

Примем

Примем R1 = 32 кОм из ряда Е6.

Рассчитаем мощность на R1:

Принимаем P=0,125 Вт.

Заключение

В данной курсовой работе было разработано устройство электронного регулирования температуры в камере термопечей сопротивления, предназначенных для термообработки металлических изделий различной массы и геометрических размеров. Устройство способно поддерживать температуру в пределах от 5500С до 11000С, а также с высокой точностью поддерживать температуру рабочего объема. Температура задается ручкой на панели прибора. Также прибор был снабжен индикатором, показывающим действительную температуру датчика.

Список использованных источников

1. Электроника и схемотехника аналоговых устройств 2. Электронный учебник / Иванов В.А., Шайгараева Т.Н., Караганда, КарГТУ.

2. Справочник по электро и электронно-измерительным приборам. Шкурин Г.П. М.: Воениздат, 1972.

3. Полупроводниковые приборы: транзисторы: Справочник / Под ред. Н.Н.Горюнова. 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1985.

4. Резисторы: Справочник / В.В.Дубровский, Д.М.Иванов и др.: Под ред. И.И.Четвертакова и В.М.Терехова. 2-е изд. М.: Радио и связь. 1991.

5.Диоды: Справочник / О.П.Григорьев, В.Я.Замятин, Б.В.Кондратьев и др. М.: Радио и связь, 1990

Размещено на Allbest.ur