загрузка...

 

загрузка...
Радиокружок     |     Счетая декада с цифровой индикацией

Автоматический электронный цифровой термометр

Автоматический электронный цифровой термометр предназначен для дистанционного измерения температуры воздуха в диапазоне от —49 до +49° С с точностью ±0,6° С. Индикация результата измерения осуществляется на настольном световом табло, выполненном на цифровых индикаторных лампах ИН-2. Предусмотрен выход к внешнему табло на лампах накаливания. Мощность, потребляемая прибором от сети напряжением 220 В при работе с настольным табло, не превышает 30 Вт.

Цифровой электронный термометр разработан в студенческом конструкторско-исследовательском бюро по автоматике (СКИБ-А) Московского инженерно-физического института. Прибор установлен в МИФИ, в плавательном бассейне Чайка (г. Москва), а также в некоторых здравницах на Черноморском побережье Крыма. Прибор не требует никакого обслуживания, кроме замены перегоревших ламп внешнего табло.

Структурная схема прибора изображена на рис. 1. В качестве датчика температуры использован медный термометр сопротивления. Датчик соединен с измерительным устройством, выполненным по мостовой схеме. В зависимости от величины и знака разбаланса моста пороговое реле управляет блоком движения, обеспечивающим автоматическую балансировку моста путем коммутации эталонных сопротивлений при помощи первого и второго контактных полей коммутатора. Третье и четвертое контактные поля того же коммутатора используются для коммутации цифр на световом табло.

описывается следующей формулой:

равную 20° С.

при 20° С соответствует

Измерительное устройство построено по схеме равновесного равноплечего моста, образованного резисторами R1—R14, R17—R20. Уравновешивание моста производится при помощи магазина сопротивлений R2—R14, коммутируемого реверсивным шаговым искателем И1 типа. РШИ 50/4. Одному шагу искателя соответствует приращение сопротивления, равное 10 Ом. Примененный шаговый искатель позволяет осуществить 50 независимых коммутаций.

равным 2500 Ом, магазин сопротивлений R2—R14 позволяет сбалансировать мост в диапазоне температуры от 0° С до —49° С с дискретностью 1° С. Для измерения положительных температур в диапазоне от 0° С до +49° С магазин сопротивлений переключается в нижнее (по схеме) плечо моста последовательно с резистором R17.

Переменный резистор R19, включенный потенциометром, служит для подстройки начала шкалы (0°С). Необходимость такой подстройки вызвана погрешностями сопротивлений резисторов R1—R14 и R17, R18, R20. Напряжение питания моста (Uшт = 26 В) стабилизировано стабилитронами Д6 и Д7.

Разбаланс моста ∆1 на один шаг шагового искателя (10 Ом или 1°С) составляет 52 мВ, снимаемых с эквивалентного выходного сопротивления моста RВых, равного 2500 Ом.

Пороговое реле представляет собой дифференциальный усилитель постоянного тока (УПТ) на транзисторах. Т1—Т4, нагруженный на обмотку а поляризованного реле Р1 (на принципиальной схеме обмотки реле Р1 изображены раздельно и обозначены соответственно буквами а и б). Его коэффициент усиления. Купт определяется разбалансом ∆1 и порогом срабатывания поляризованного реле. Напряжение срабатывания реле Р1 составляет 1,5 В, поэтому коэффициент усиления УПТ равен

Для уменьшения влияния наводок и помех при коммутации эталонных сопротивлений вход усилителя за-шунтирован конденсатором С1. Резистор R24, номинал сопротивления которого подбирают, служит для подстройки коэффициента усиления УПТ.

При разбалансе моста, превышающем величину ∆1=52 мВ, в зависимости от его знака, замыкается один из контактов реле PL Его контакты л (левый) И п (правый) управляют работой блока движения.

Блок движения управляет коммутатором. При срабатывании поляризованного реле Р1 замыкается цепь питания одной из обмоток шагового искателя И1 (левая или правая, в зависимости от знака разбаланса). Шаговый искатель срабатывает и своими блок-контактами ИКл и ИКп разрывает цепь питания стробирующего реле РЗ. При этом оно отпускает и контактами P3/J обесточивает обмотки шагового искателя. При отпускании шагового искателя его подвижные контакты переходят в следующее положение, замыкаются блок-контакты ИКл и ИКп и реле РЗ срабатывает. Если контакт реле Р1 остается замкнутым, то цикл движения повторяется до тех пор, пока мост не будет сбалансирован и реле Р1 не отпустит.

Самоблокировка по цепи Р27, обмотка б поляризованного реле Pi, обеспечивает надежное срабатывание поляризованного реле без дребезга и искрения. Величина сопротивления между точками X и У увеличивается при движении шагового искателя влево (контакт Р1/1 в левом положении) и уменьшается при движении вправо (контакт Р1/1 в правом положении).

При включении термометра в сеть обмотка реле знака Р2 обесточена, что соответствует измерению отрицательных температур.

Если измеряемая температура отрицательна, то балансировка моста измерительного устройства будет достигнута без переключения реле знака Р2. Если же измеряемая температура больше нуля (или, увеличиваясь, переходит через 0°С), то шаговый искатель дойдет до ламели, соответствующей 0° С. В этом положении шагового искателя переключаются его блок-контакты ИВ1, ИВ2, ИВЗ. Нормально замкнутый контакт ИВ1 в цепи обмотки п шагового искателя И1 блокирует дальнейшее движение искателя вправо, а переключающие контакты ИВ2, ИВЗ подготавливают устройство к включению реле знака Р2,

Если величина дисбаланса моста превысит напряжение срабатывания порогового реле и этот дисбаланс будет соответствовать положительным приращениям температуры, то сработает реле знака, которое переключит магазин сопротивлений R2—R14 из верхнего плеча измерительного устройства в нижнее и осуществит реверс блока движения. Такая коммутация необходима для сохранения знака обратной связи при измерении положительной температуры.

После срабатывания реле знака Р2 под напряжением оказывается левая обмотка шагового искателя и контакты искателя движутся влево. Нормально замкнутый контакт концевого выключателя ИВ1 размыкается. Чтобы не произошло отпускание реле знака, нормально замкнутый контакт ИВЗ концевого выключателя зашунтирован конденсатором С5. Зарядный ток этого конденсатора удерживает якорь реле знака в течение времени, необходимого для переключения контактов шагового искателя, после чего реле знака самоблокируется через контакты ИВЗ и Р2/4. При переходе от положительных значений температуры к отрицательным, в положении 0° С, нормально замкнутый контакт концевого выключателя ИВЗ размыкается и обмотка реле знака обесточивается.

Настольное табло выполнено на индикаторных лампах Л1 и Л2 типа ИН-2. Цепочки, состоящие из диодов Д22—ДЗб и резисторов R33—R47 соответственно, служат для того, чтобы исключить одновременное свечение нескольких катодов индикаторной лампы, которое возникает из-за их шунтирования внутренними сопротивлениями светового табло на лампах накаливания.

Блок, питания содержит три двухполупериодных выпрямителя с выходными напряжениями 150, 24 и 50 В. Для питания шагового искателя и настольного табло используется напряжение 150 В. Реле знака Р2 и реле РЗ питаются от выпрямителя с выходным напряжением 24 В. Стабилизированное напряжение 26 В, снимаемое с двух соединенных последовательно стабилитронов Д6 и Д7, предназначено для питания усилителя постоянно- го тока и измерительного моста.

Внешнее световое табло на лампах накаливания (рис. 3) позволяет набирать цифры от 0 до 9 на поле размерами 5X7 элементов. Элементы, загорающиеся одновременно, объединены в группы таким образом, чтобы сила тока каждой группы не превышала допустимую величину для диодов, используемых в дешифраторе. Если эти диоды типа Д226Б, то табло можно выполнить на лампах накаливания, рассчитанных на напряжение 220 В, мощностью 15—25 Вт.

В связи с тем что дешифратор внешнего табло рассчитан на работу от источника постоянного напряжения, питание его ламп накаливания осуществляется от двух-полупериодного выпрямителя, схема которого показана на рис. 4. Мощность трансформатора питания и диоды выпрямительного моста выбирают исходя из напряжения питания ламп и максимальной силы тока, потребляемой лампами табло. Ориентировочно мощность трансформатора может быть 150 Вт, диоды — типа Д242А. Общая сила тока, потребляемого лампами каждой из цифр десятков и единиц, не должна превышать 4 А.

Электронный термометр собирают на гетинаксовой плате размерами примерно 160X160 мм. На стойках и плате крепят переднюю панель, на которой можно установить разъемы для подключения табло и датчика, предохранитель, выключатель питания, переменный резистор R19 и индикаторную лампу. Резисторы R11 —R14, R17, R18 и R20 измерительного моста изготавливают из манганинового или константанового провода.

Разброс сопротивлений этих резисторов не должен превышать + 1%.

Резисторы R2—R10 также проволочные. Общее сопротивление этих резисторов должно быть равно 90 Ом ±1%.

Затем обмотку снимают с каркаса и связывают в жгут вместе с двумя отрезками изолированного провода марки МШВ.

Выводы обмотки припаивают к зачищенным концам отрезков проводов, а противоположные концы этих проводов — к коаксиальному кабелю типа РК-50 или РК-75. Далее датчик проваривают в расплавленном парафине и вставляют в медную трубку, запаянную с одной стороны и наполненную расплавленным парафином.

Для повышения прочности датчика на него следует надеть поливинилхлоридную трубку и закрепить ее нитками на датчике и на кабеле. Снаружи датчик и прилегающую к нему часть кабеля желательно покрыть слоем солидола, что улучшит его гидроизоляцию.

Реле Р1— поляризованное, типа РПС= 11/5 (паспорт РВ4.520.027), реле Р2 и РЗ — типа МКУ на напряжение 24 В (паспорт РА4.500.136), реверсивный шаговый искатель И1 типа РШИ-50/4.

Коэффициент передачи тока транзисторов Г/ и Т4 (КТ301Ж) 100—200, транзисторов Т2 и ТЗ (П416А) — в пределах 30—40.

Трансформатор Tpl блока питания термометра и индикаторных ламп настольного табло выполнен на магнитопроводе УШ20Х30; первичная обмотка, рассчитанная на напряжение сети 220 В, содержит 2200 витков провода ПЭВ-1 0,17, обмотка II — 350 витков такого же провода, обмотка III— 1100 витков провода ПЭВ-1 0,26, обмотка IV— 190 витков провода ПЭВ-1 0,33.

Данные трансформатора Tpl блока питания внешнего табло, рассчитанного на лампы накаливания типа МН26-12-1: магнитопровод — Ш30Х60, обмотка I—1000 витков провода ПЭВ-1 0,7, обмотка II — 90 витков провода ПЭВ-1 1,7.

Налаживание рекомендуется начинать с опробования работы блока движения. Для этого вручную переключают контакт реле Р1 и наблюдают за движением щеток шагового искателя. При переключении контакта реле Р1 направление движения должно изменяться на противоположное. При нейтральном положении этого контакта щетки шагового искателя должны останавливаться. При переходе через 0 должно изменяться состояние реле знака Р2 и направление движения щеток шагового искателя.

Затем проверяют чувствительность усилителя постоянного тока. Для этого к выходу усилителя вместо обмотки а реле Р1 подключают эквивалентное сопротивление нагрузки (5 кОм) и изменяют сопротивление датчика (R1) на 10 Ом, при этом напряжение дисбаланса на выходе усилителя должно быть около 1 В. Необходимую чувствительность усилителя можно установить подбором резистора R24. Далее отключают эквивалент нагрузки и подключают обмотку а поляризованного реле Р1 к выходу усилителя и опробывают работу системы. Если щетки шагового искателя начинают двигаться, но не останавливаются при изменении сопротивления датчика на 20—30 Ом, это укажет на необходимость поменять местами концы этой обмотки поляризованного реле. В том же случае, если при изменении сопротивления датчика на 20—30 Ом щетки искателя не двигаются, а поляризованное реле издает характерный жужжащий звук, следует поменять местами концы обмотки б блокировки поляризованного реле и убедиться в отсутствии дребезга и искрения между его контактами.

Показание температуры на табло, соответствующее образцовому ртутному или спиртовому термометру, уста навливают переменным резистором R19. Для градуировки желательно использовать лабораторный термометр с погрешностью не более 5,0° С.

Датчик автоматического термометра следует устанавливать в затененном месте, на расстоянии 0,5—1,0 м от стены. Для проверки правильности установки датчика надо в течение нескольких дней сверять показания термометра с образцовым.

Автоматический термометр рассчитан на длительную непрерывную работу, поэтому следует избегать его выключений.

Реклама