Наименование и область применения

Наименование и область применения

1.1 Электронный регулятор температуры (далее РТ), предназначен для применения в качестве регулятора температуры технологического процесса, оперативного контроля регулируемой величины и сигнализации об аварийных режимах нагрева.

Цель и назначение разработки

2.1 Автоматизированная система регулирования температуры разрабатывается взамен существующего устаревшего оборудования, с целью повышения точности регулирования, оперативности смены задания, улучшения контроля параметров технологического процесса и регистрации аварийных режимов

3 Техническое задание на разработку

3.1 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.

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

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

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

3.3 Индикация действительного значения контролируемой температуры осуществить непосредственно в блоке регулятора.

Разработка структурной схемы

Исходя из вышеперечисленных требований предлагается структурная схема на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Структурная схема усиления электрических сигналов

где:

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

4.1.1 Термопара. Температурной характеристикой такого датчика является величина термо-ЭДС. В случае применения термопары из меди или медно-никелиевого сплава термо-ЭДС составляет примерно 40 мкВ/ °С относительно температуры контрольного электрода или аналогичного спая. Более точные значения термо-ЭДС приведены в таблице 2.

4.1.2 Терморезистор проволочный. Электрическое сопротивление металлических проводников изменяется согласно уравнению:

где R ₀ - сопротивление при 0°С (т.е. при 273 К);
R ₁ - сопротивление при температуре T ₁;
α - температурный коэффициент, равный:

· для платины 3,9 * 10 ^-3 К ^-1;

· для никеля 5,39 * 10 ^-3 К ^-1;

· для меди 5,0 * 10^-3 К^-1.

Сопротивление при 0°С в большинстве случаев выбирается равным 100 Ом или 50 Ом.

Такие измерительные резисторы обозначаются Pt-100, Ni-100 или 50П, 50М.

Масштабирующий усилитель

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

Задающее устройство

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

В зависимости от варианта задания задающее устройство выполняется либо цифровым, либо аналоговым способом.

Устройство индикации

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

В зависимости от варианта задания индикатор выполняется либо в виде миллиамперметра, либо в виде светодиодного семисегментного индикатора, либо в виде светодиодной шкалы.

Узел сравнения

Узел служит для сравнения сигналов заданной и действительной температуры с выдачей регулирующего воздействия согласно принятого закона регулирования.

В качестве закона регулирования принят пропорциональный двухпозиционный регулятор.

Выходной каскад

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.

Содержание курсовой работы и порядок ее выполнения

Задание на выполнение курсовой работы выбирается в соответствии с номером варианта. Для студентов дневного отделения номером варианта является номер фамилии студента в журнале группы. Для студентов заочного отделения номер варианта соответствует сумме последних двух цифр номера зачетной книжки.

5.1 Курсовая работа, в соответствии с полученным заданием, должна содержать следующие разделы:

· введение;

· техническое задание;

· выбор и обоснование функциональной схемы проектируемого устройства;

· выбор, обоснование и описание примерной конструкции разрабатываемого устройства;

· расчет измерительной цепи и действующих в ней сигналов;

· расчет и принципиальные схемы составных частей устройства;

· выбор и обоснование элементной базы;

· полную принципиальную схему устройства и перечень элементов;

· заключение;

· список использованной литературы.

5.1.1 Во введении определяется отрасль науки и техники, к которой относится объект проектирования. Обосновывается актуальность и необходимость разработки, формируется цель работы.

5.1.2 Техническое задание должно содержать следующие пункты:

· наименование и область применения;

· назначение;

· технические требования.

5.1.3 Технические требования включают в себя:

· основные технические параметры;

· состав и назначение отдельных блоков и элементов;

· условия эксплуатации.

5.1.4 При разработке функциональной схемы устройства определяются основные блоки устройства и требования к ним.

5.1.5 При разработке конструкции определяется примерное размещение составных блоков разрабатываемого устройства.

5.1.6 В заключении перечисляются основные результаты, полученные в ходе выполнения проекта.

Оформление курсовой работы

Курсовая работа должена содержать пояснительную записку, выполненную на листах белой бумаги формата А4 в количестве не более 30 страниц текстового материала и итоговую электрическую принципиальную схему устройства необходимого формата на белой бумаге (ватмане).

Функциональная схема и схема соединения составных частей устройства оформляется в виде иллюстраций в соответствующих разделах пояснительной записки.

Перечень элементов к принципиальной электрической схеме помещается в приложении, в конце пояснительной записки.

Курсовоя работа должена быть выполнена в соответствии с СТП КарГТУ 0102-98, содержащим правила выполнения курсовых и дипломных проектов, и ГОСТ 2.702 - 2.759

Исходные данные для расчета

Исходные данные для расчета приведены в Таблице 1, 2, 3.

 

Таблица 1- Вариант задания для регулятора

 

 

 

Таблица 2 - Характеристики термоэлектрических преобразователей

 

 

 

Таблица 3 - Характеристики термосопротивлений

 

Датчик температуры

Датчик температуры (рисунок 1.1) преобразует изменения температуры в электрические сигналы. Согласно варианту в качестве датчика используется полупроводниковый терморезистор 50 М, который при температуре 60º градусов имеет сопротивление 62,842 Ом, а при температуре 90º градусов имеет сопротивление 69,261 Ом. U_п = + 15 В; I = U_п /(R1+R2); U_вых = IR2.

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

Тогда

R1=100•R2;

I=U_п/R1

Отсюда видно, что ток не будет зависеть от R1

Согласно варианта:

R2_min=62,842 Ом;

R2_max=69,261 Ом.

R1=100·R2=100·62,842=6284,2 Ом

Примем R1=6,2 кОм

I=U_п/R1=15/6,2 =2,4 мА

Рисунок 1.1

Нас интересует максимальная и минимальная ЭДС при максимальной и минимальной температурах.

U_выхmin=2,4 мА·R2_min=

U_выхmax=2,4 мА·R2_max=

Желаемая выходная характеристика с выхода масштабирующего усилителя представлена на рисунке 1.2.

 

 

 

Рисунок 1.2

Реализуем данную зависимость с помощью равновесного моста, представленного на рисунке 1.3.

 

Рисунок 1.3

Индикатор PV1 показывает разницу потенциалов между точкой A1 и точкой A2. Зададим с помощью делителя R3-R4 потенциал в точке A2 равный потенциалу в точке A1 при температуре t_min, т.е. когда U_выхmin = 0,15 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 0,17 В и индикатор покажет значение

U_вых=U_A1max-U_A2 =

Это и есть входной сигнал для масштабирующего усилителя. R3=R1=6,2 кОм

Примем:

R4 = 1,5 R2

R4=1,5·69,261 = 103,892 Ом

Из ряда Е6 принимаем величину резистора R4=100 Ом.

Сравнивающее устройство

Устройство (рисунок 1.5) 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 будем задавать U_з от 0 В до 5 В.

Рисунок 1.5

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

Тогда

R1 + R2= 10 В

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

Отсюда:

(R1+ R2) =10 кОм.

Примем

R2 = 2*(R1+ R2) /3, а R1 = (R1+ R2) /3.

Таким образом, написать из какого ряда

 

Наименование и область применения

1.1 Электронный регулятор температуры (далее РТ), предназначен для применения в качестве регулятора температуры технологического процесса, оперативного контроля регулируемой величины и сигнализации об аварийных режимах нагрева.