Б) по применению

Силовые терморезисторы РТС	Датчики
Плавкий предохранитель	Защита от короткого замыкания и перегрузки	Температуры	Защита от чрезмерной температуры. Измерение и контроль
Переключатель	Запуск двигателя Размагничивание	Предельная температура	Защита двигателя. Защита от чрезмерной температуры
Нагреватель	Время задержки Маленькие нагреватели
Датчики уровня	Термостаты Предельные индикаторы

 

С терморезисторами РТС в качестве температурных датчиков используется только крутая область характеристики R/T. Сопротивление РТС следует рассматривать как функцию температуры окружающей среды [RPTC = f(TA)].

Терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления состоят главным образом их смесей оксидов металлов, которые при высоких температурах спекаются, образуя маленькие шарики, пластинки и стерженьки. Благодаря малым их размерам обеспечиваются хорошие динамические свойства при измерениях температуры. С другой стороны, особенности процесса изготовления являются основным источником значительного расстояния констант материала. Этот разброс компенсируется сетками сопротивлений, не зависящими от температуры, причем весьма дорогостоящая компенсация должна выполняться отдельно для каждого прибора. Пределы измерения для обычных терморезисторов NTC соответствуют температурам от –100 до 400⁰ С.

Полупроводниковые чувствительны элементы могут быть изготовлены весьма малых размеров, например, в виде спеченных шариков диаметром 0,2–0,5 мм или в виде пластинок, стерженьков и дисков примерно такого же размера. Однако в зависимости от места установки каждый элемент должен быть защищен – обычно тонкой стеклянной, керамической или стальной оболочкой. Полупроводник выдвинут как можно ближе вперед к рабочему концу термометра и защищен оболочкой с хорошей теплопроводностью. Защитный чехол изготавливают из коррозионностойкой стали с низкой теплопроводностью, изоляция во внутренней полости трубки выполнены из кварцевого песка. Этим обеспечивается малая погрешность, связанная с теплопроводностью.

Для бытовых приборов наиболее подходят полупроводниковые малогабаритные терморезисторы ММТ, КМТ, СТ1, СТ3, ТР-4,. ММТ-4, которые по сравнению с металлическими преобразователями значительно менее теплоинерциониы, имеют почти в десять раз больший температурный коэффициент сопротивления (ТКС), большее электрическое сопротивление, позволяющее полностью пренебречь сопротивлением проводов, которые соединяют датчик с прибором. Наилучшими характеристиками обладает миниатюрный каплевидной формы остеклованный терморезистор ТР-4 с уменьшенным ТКС. Он имеет размеры 6х4х2,5 мм; гибкие выводы длиной 80 мм изготовлены из проволоки с низкой теплопроводностью. Его масса-0,3 г.

Основные электрические характеристики терморезистора ТР-4: номинальное сопротивление - 1 кОм ± 2 % при температуре +25 °С, ТКС - примерно 2 %/°С, рабочий температурный интервал -60...+200 "С, постоянная времени - 3 с.

Недостаток полупроводниковых терморезисторов — нелинейность зависимости сопротивления от температуры и значительный разброс характеристик, что является основной причиной, сдерживающей их широкое применение дм измерения температуры. График иллюстрирует типовую зависимость сопротивления полупроводниковых терморезисторов ТР-4 и ММТ-4 от температуры. Однако соответствующие схемотехнические решения линеаризации характеристики позволяют в значительной мере устранить эти недостатки.

Обычно в термостатах применяется система регулирования, построенная по релейному принципу. После включения, когда температура воздуха в камере достигает заданной, термоэлемент отключает нагревательные элементы от сети, которые перестают генерировать инфракрасную энергию. Когда же температура воздуха внутри кабины понизится, термоэлемент снова включает нагревательные элементы. Принцип работы такой системы регулирования хорошо иллюстрирует рисунок 6.18.

 

Рис. 6.18. Принцип работы системы регулирования.

 

 

7.3.3. Алгоритм управления (работы) термостата.

Алгоритм работы термостата показан на рисунке 6.19.

После включения термостата сетевым тумблером загорается желтый индикатор «Сеть», показывающий, что сеть включена.

Одновременно выполняется первый этап проверки готовности термостата к работе — проверка закрытия дверцы. Проверка осуществляется датчиком (микровыключателем, укрепленным в месте закрытия дверцы). Если дверца не закрыта, то микровыключатель не срабатывает, горит красный световой индикатор «Дверь», напряжение в цепь термостата не подается. Термостат работает только при закрытой дверце.

После плотного закрытия дверцы (на запор) происходит срабатывание микровыключателя. Красный индикатор «Дверь» тухнет. Термостат готов к работе.

После нажатия кнопки «Пуск» в цепь термостата подается напряжение. Загорается зеленый световой индикатор «Пуск». Включается программное реле времени, установленное на 2 программы. Первая программа устанавливается на заданное время выдержки (максимально 30 мин), вторая программа устанавливается на время, меньшее времени выдержки на 1 мин; она отвечает за включение звуковой и световой индикации «Конец цикла» за 1 мин до завершения цикла.

Происходит проверка исправности нагревателя. В случае неисправности нагревателя цепь будет незамкнута по току, зеленый индикатор не будет гореть. Аналогично происходит проверка исправности терморезистора (как основных элементов, отвечающих за поддержание температуры).

Когда нагреватель исправен, начинается нагрев воздуха внутри камеры термостата. Загорается второй зеленый световой индикатор «Нагрев». Одновременно с этим электронный цифровой термометр отображает текущую температуру внутри камеры по сигналу со своего датчика-терморезистора.

Рис. 6.19. Алгоритм работы термостата

 

 

Происходит постоянный контроль температуры в камере термостата блоком терморегулятора.

После того, как температура в камере термостата достигает заданного значения в 37 ^оС, силовой тиристорный ключ по сигналу с терморегулятора выключает нагреватель и вместе с ним гаснет зеленый световой индикатор «Нагрев».

После падения температуры в камере ниже 36,5 ^оС снова включается нагреватель и индикатор «Нагрев».

Таким образом, происходит выдержка температурного режима заданный промежуток времени (10~30 мин).

За 1 минуту до истечения времени выдержки срабатывает 2-й контакт программного реле времени. Он включает красный мигающий светодиод и звуковой сигнал, извещающие об окончании цикла выдержки. Выдержка температурного режима все еще ведется.

Через 1 минуту звуковой и световой индикации происходит автоматическое выключение питания в цепи термостата (1-й контакт реле времени отключает силовое реле на входе цепи).

Гаснут все световые индикаторы, кроме желтого индикатора «Сеть».

Цикл температурной выдержки завершен.

 

7.3.4. Принципиальная электрическая схема термостата.

Устройство, выполняющее приведенный выше алгоритм, показано на рис. 6.20 и состоит из блока индикации и выдержки, блока терморегулятора и блока звукового сигнализатора.

Основой для разрабатываемого устройства (термостата) служит терморегулятор.

Терморегулятор работает по принципу фазоимпульсного регулирования. Задающим элементом является конденсатор С4. Стабилизированное стабилитроном VD1 переменное напряжение с вторичной обмотки трансформатора ТV1 разнополярно выпрямляется диодами VD3, VD4 и попеременно поступает на конденсатор С4 через резисторы R10, R11. Положительной полуволной напряжения, поступившей через диод VD3, и резистор R10 конденсатор С4 заряжается до напряжения открывания транзистора VT2. Отрицательной полуволной напряжения, поступившей через диод VD4 и терморезистор R11, конденсатор С4 разряжается до напряжения запирания транзистора VT2. Время заряда конденсатора С4 свыше напряжения открывания транзистора VT2 и время его разряда до напряжения запирания транзистора VT2 определяют время открытия тиристора VS1. Управление тиристором VS1 осуществляется усилителем тока, выполненном на транзисторе VT1, включенном по схеме эмиттерного повторителя. Для привязки постоянного напряжения, поступающего с транзистора VT2, к фазе переменного существует фазовращающая цепь R7, C1. Переменное напряжение с фазовращателя через конденсатор С2 суммируется с постоянным на базе транзистора VT1. Таким образом, тиристор VS2 открывается только в положительные полупериоды напряжения. При нагревании терморезистора R11 его сопротивление уменьшается, ток разряда конденсатора С4 увеличивается, а длительность управляющего импульса тиристорами уменьшается. В установившемся режиме длительность импульса управления тиристорами пропорциональна тепловым потерям термостата.

Для более точной установки температуры последовательно к переменному резистору R10, которым выполняется грубая подстройка температуры, добавлено еще два резистора. Один постоянный резистор, устанавливаемый на плату и второй переменный (порядка сотен Ом), выведенный на панель управления. Терморезистор берется от 1 до 200 кОм, с пропорциональным изменением номинала установочного резистора R10.

Уменьшение номинала терморезистора приводит к уменьшению точности поддержания температуры.

В блоке звуковой индикации на транзисторах VT4, VT5 разной структуры выполнен несимметричный мультивибратор. Частота генерации мультивибратора определяется конденсатором C5.

Когда нагрузка включена, ее ток создает на диоде VD6 падение напряжения, открывающего транзистор VT4. В результате напряжение на базе транзистора VT5 оказывается положительным относительно эмиттерного, определяемого падением напряжения на диоде VD5. Благодаря этому транзистор VT5 закрыт и сигнализатор «молчит».

Если нагрузка выключена, ток через диод VD6 и падение напряжения на нем исчезают, транзистор VT4 закрывается. Вступает в работу автогенератор, из динамической головки ВА1 раздается звуковой сигнал, напоминающий о завершении цикла выдержки.