Разработка электронного регулятора температуры

Задание к курсовой работе на тему: «РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОННОГО РЕГУЛЯТОРА ТЕМПЕРАТУРЫ»

 

8.1 Наименование и область применения

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

 

8.2 Цель и назначение  разработки

8.2.1 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.

 

8.3 Техническое задание  на разработку

8.3.1 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.

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

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

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

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

 

8.4 Разработка структурной  схемы

Исходя из вышеперечисленных требований предлагается структурная схема на рисунке 8.1.

 

Рисунок 8.1 –  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).

8.4.1 Датчик температуры

8.4.1.1 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.

8.4.1.2 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.

 

8.4.2 Масштабирующий усилитель

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

8.4.3 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.

8.4.4 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.

8.4.5 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.

8.4.6 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.

 

8.5 Содержание курсовой  работы и порядок ее выполнения

8.5.1 Курсовой проект, в соответствии  с полученным заданием, должен  одержать 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.

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

8.5.1.2 Техническое задание должно  содержать следующие пункты:

• наименование и область применения;
• назначение;
• технические требования.

8.5.1.3 Технические требования включают  в себя:

• основные технические параметры;
• состав и назначение отдельных блоков и элементов;
• условия эксплуатации.

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

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

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

8.5.2 Перечень графического  материала

В перечень обязательных чертежей обязательно  входят:

• функциональная схема;
• схема электрическая принципиальная разработанного узла или блока;
• схема соединения составных частей устройства.

 

8.6 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.

 

8.7 Исходные данные для  расчета

Исходные данные для расчета  приведены в Таблице 1, 2, 3. Вариант  задания выбырается в соответствии с последними двумя цифрами номера зачетной книжки. Если последние две цифры номера зачетной книжки больше 70, то вариант выбирается как разница между последними цифрами и 70 (xx-70).

 

 

 

 

 

 

Таблица 8.1

Вариант задания для регулятора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8.2

Характеристики термоэлектрических преобразователей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8.3

Характеристики термосопротивлений

Список рекомендуемых источников

1Игнатов А.Н., Воробьева C.В., Ширяев А.С. и др. Устройства на основе полевых транзисторов и оптоэлектронных приборов для ТКС. // Информатика и проблемы телекоммуникаций: тез. докл. Рос-койнауч.-техн. конф.−Новосибирск, 2005 г.,  с. 102.

2 Воробьева С.В., Игнатов А.Н. Исследование нелинейных искажений электронных регуляторов // Информатика и проблемы телекоммуникацийТез.докл. Рос- кой науч.-техн. конф. – Новосибирск,2006 г., с. 111-113.

3 Воробьева  С.В., Игнатов А.Н., Савиных В.Л.. Электронные  регуляторы на ПТ с термостабильнымкоэффициентом передачи // Информатика и проблемы телекоммуникаций. Тез.докл. Рос- койнауч.-техн. конф. Новосибирск, 2007 г. – т.1, с. 297.

4 Костиков В.Г. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование 2001. 

5 Маркировка электронных компонентов.Издательство Додэка ХХI Год 2004

6 Виглеб Г. Датчики : Пер. с нем. – М.: Мир, 1989 .

7 Осипович Л.А. Датчики физических величин.- М.: Машиностроение, 1979 .

8 Алексенко А.Г. Основы микросхемотехники. Изд. 2-е. М.: Сов.радио,1977 .

9 Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы : Справочное пособие/ Под. Ред. С.В. Якубовского.- 2-е. изд. М.: Радио и связь, 1984.

10 Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы : Справочник/ Под ред. С.В. Якубовского.- М.: Радио и связь, 1990.

11 Резисторы: Справочник / В.В. Дубровский, Д.М. Иванов, Н.Я. Пратусевич и др.; Под ред. И.И. Четверткова и В.М. Терехова.- М.: Радио и связь, 1991.- 528с.

12 Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: / В.П. Берзан, Б.Ю. Геликман, М.Н. Гураевский и др.; Под ред. Г.С. Кучинского. -М.: Энергоатомиздат, 1987.- 656 с.

13 Диоды: Справочник / О.П. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, С.Л. Пожидаев.- М.: Радио и связь, 1990.- 336 с.

14Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др. Под ред. Б.Л. Перельмана. - М.: Радио и связь, 1981.- 656 с.

15 Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности : Справочник/ Под ред. А.В. Голомедова.- М.: Радио и связь, 1989.

16Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности : Справочник/ Под ред. А.В. Голомедова.- М.: Радио и связь, 1989.

17Граф Р. Электронные схемы : 1300 примеров : Пер. с англ.- М.: Мир, 1989. Игловский И.Г., Владимиров Г.В. Справочник по слаботочным электрическим реле.- 3-е., - Л.: Энергоатомиздат, 1990.

18Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ. – 5-е изд., Перераб.- М.: Мир, 1998.- 704 с.

19Федорашко И.Н. Основы полупроводниковой схемотехники: Учебное пособие. Караганда: КарГТУ, 2000. 84 с.

20Единая система конструкторской документации: Справочное пособие / С.С.Борушек, А.А. Волков, М.М. Ефимова и др. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Издательство стандартов, 1989.- 352 с.

21Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликов и др.; Под ред. Э.Т. Романычевой. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Радио и связь, 1989. - 448 с.: ил.