Терморегулятор не требующий калибровки

В большинстве из описанных в литературе терморегуляторов в качестве датчиков температуры используются терморезисторы или полупроводниковые диоды. Такие датчики обеспечивают высокую точность поддержания температуры, но имеют ограниченный рабочий диапазон температур, нелинейную температурную характеристику, что затрудняет калибровку шкалы установки температуры.

Использование в качестве датчика серийного преобразователя сопротивления (например, типа ЭЧМ-0183) позволяет исключить процесс калибровки, требуется лишь несложный предварительный расчет элементов измерительного моста.

Предлагаемое устройство можно использовать для стабилизации температуры термошкафа в диапазоне +20...+100° С, но совместно с платиновым термопреобразователем.

Диапазон можно расширить до -200...+600°С без каких-либо изменений в схеме. Точность поддержания температуры не ниже +0,6°С. Точность установки определяется, главным образом, точностью разметки шкалы потенциометра.

Принципиальная схема

Устройство построено по несложной схеме (рис.1) с применением интегрального компаратора напряжений и опторезисторов. Ток нагрузки может достигать 20 А при использовании опторезисторов Т0125-10 с соответствующими теплоотводами.

Рис. 1. Принципиальная схема терморегулятора.

Продолжительность цикла регулирования составляет, как правило, несколько минут. Включение и выключение нагрузки происходят практически мгновенно вследствие наличия гистерезиса в схеме компаратора, поэтому помех в сети устройство практически не создает и никаких дополнительных мер для их устранения не требуется.

Последовательность расчета измерительного моста следующая.

Выбираем резистор Rp - проволочный сопротивлением 100...500 0м и резистор R3 сопротивлением 1 ...2 к0м. Сопротивления резисторов Rp и R3 должны быть известны с точностью до +0,5%.

Сопротивления резисторов R1 и R2 находим по формулам

• R1 = Rtmin Rp (R3 + Rtmax) / R3 (Rtmax - Rtmin);
• R2 = Rtmin/Rtmax x Rp (R3 + Rtmax) / (Rtmax - Rtmin) + Rp R3 / Rtmax,

где Rtmin - сопротивление Rt при минимальной устанавливаемой температуре; Rtmax - сопротивление Rt при максимальной устанавливаемой температуре.

Значения Rtmin и Rtmax определяются по паспортным данным термопреобразователя. (Для ТПС на 20°C Rt = 54,28 0м, НА 100°C RT = 71.04 0м.

При отсутствии стандартного датчика можно изготовить его самостоятельно, намотав бифилярно 6м медного обмоточного провода диаметром 0,05 мм на изоляционную оправку.

К концам обмотки припаивают гибкие выводы, затем помещают ее в корпус, обеспечивающий защиту от внешней среды. Значения Rtmin и Rtmax для такого датчика с достаточной точностью можно определить по формуле

Rt1,2 = 0,226t1,2 + Rto, где Rto - сопротивление датчика при t = 0°С.

Сопротивления резисторов R1 и R2 подгоняют с точностью ±0,5% полученных значений. Для удобства подгонки каждый резистор можно составить из двух -постоянного и подстроечного.

Желательно использовать резисторы с низким ТКС. При необходимости можно ввести два и более поддиапазонов регулировки, рассчитав резисторы R1 и R2 отдельно для каждого поддиапазона и включив их по схеме на рис.2.

Рис. 2. Принципиальная схема введения двух и более поддиапазонов регулировки.

При работе объекта регулирования на охлаждение устройство можно дополнить переключателем "нагрев-охлаждение" (рис.3).

Рис. 3. Принципиальная схема переключателя нагрев-охлаждение.

Безошибочно собранное устройство не требует наладки, лишь в случае "дребезга" компаратора в момент срабатывания, определяемого по мерцанию светодиода VD5, следует увеличить сопротивление резистора R3.

Для разметки шкалы потенциометра достаточно разделить угол поворота его оси на нужное количество делений и снабдить их цифрами. Эскиз шкалы для диапазона +20...100°С показан на рис. 4.

Рис. 4. Эскиз шкалы для диапазона +20...100°С.

А. Н. Спиридонов, Ю. Н. Спиридонов, г. Киев. Украина.

1 5627 Регуляторы

термостабилизатор терморегулятор температура автоматика