КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРОЙ

Системы контроля и регулирования температуры применяются практически во всех областях человеческой деятельности. Это разнообразные технологические процессы в промышленном производстве, сельском хозяйстве, на транспорте.

Управление температурой лежит в основе систем отопления, кондиционирования, криогенных установок и многого другого.

Несмотря на то, что схемные решения, элементная база и материалы, применяемые при построении приборов управления и контроля температурного режима весьма разнообразны, их объединяет общий принцип функционирования.

Структурную схему этих устройств можно представить в виде нескольких, взаимодействующих между собой функциональных блоков:

• реагирующий орган (датчик температуры);
• блок контроля и управления;
• исполнительное устройство.

По своей сути, схемы автоматического контроля и регулировки температурного режима представляют собой системы с обратной связью, роль которой играет сигнал температурного датчика. Получая от него информацию, схема контроля и управления, при необходимости посылает управляющий импульс исполнительному устройству. В результате, запускается некий процесс, влияющий на регулируемый параметр.

В качестве примера, рассмотрим алгоритм работы регулятора температуры воздуха в помещении, управляющего электрическим обогревателем. Такой прибор может обеспечивать регулировку температурного режима внутри дома, дачи, теплицы или погреба для хранения овощей.

В компактном корпусе прибора регулировки и контроля располагается температурный датчик (существуют варианты исполнения с выносным датчиком), блок управления и исполнительный орган, роль которого выполняет электромагнитное реле или бесконтактный выключатель.

На корпусе прибора установлен регулятор со шкалой, проградуированной в градусах. С его помощью устанавливается требуемая температура помещения.

В случае, если температура воздуха меньше установленной, в блоке управления возникает сигнал рассогласования, приводящий к срабатыванию реле или открыванию ключа на симисторе. Включившийся нагреватель поднимает температуру помещения, и когда она достигает установленной величины, происходит возврат реле или запирание электронного ключа.

Таким образом, данное устройство работает по принципу двухпозиционного реле, осуществляющего температурную регулировку.

Между температурными значениями срабатывания и отпускания реле существует разбежка, обычно составляющая от 1⁰С до 2⁰С, называемая гистерезисом. Она необходима для придания системе инерционности и обеспечения устойчивой работы.

ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ

Датчики являются неотъемлемой частью систем измерения, контроля и регулировки нагревательных режимов различных объектов. Эти приборы осуществляют преобразование текущего температурного показателя в некоторый электрический сигнал, доступный для восприятия и дальнейшей обработки блоком управления.

Основой конструкции датчика температуры является чувствительный элемент, так или иначе реагирующий на изменение степени нагрева объекта контроля. К основным видам чувствительных элементов относятся терморезисторы и термопары. Реже встречаются устройства, содержащие кварцевые генераторы, частота которых зависит от степени их нагрева.

Использование терморезисторов в схемах измерения и регулировки возможно благодаря свойству полупроводниковых элементов изменять величину электрического сопротивления в зависимости от температуры.

Терморезисторы (термисторы) обладают стабильной характеристикой, то есть, каждому температурному значению соответствует определённое значение электрического сопротивления.

Применение термопар использует термоэлектрический эффект, то есть, свойство некоторых пар электропроводящих материалов генерировать электродвижущую силу (напряжение) под температурным воздействием.

Конструкции датчиков, как правило, кроме чувствительного элемента, содержат схемы преобразователей сигналов. В зависимости от вида сигнала, поступающего в схему контроля и управления, преобразователи подразделяются на следующие типы:

• аналоговые;
• цифровые;
• комбинированные.

Аналоговый принцип основан на соответствии уровня нагрева значению некоторого электрического параметра. Например, при нагревании или охлаждении воздуха, датчик может выдавать электрический сигнал с изменяющимся током, напряжением или частотой.

Цифровой формат подразумевает передачу двоичного кода, то есть, чередование импульсов одинаковой амплитуды и пауз между ними. Очень часто в цифровых преобразователях датчиков применяется широтно - импульсная модуляция (ШИМ).

Её принцип заключается в том, что изменение некоторой аналоговой величины вызывает изменение скважности прямоугольных импульсов одинаковой амплитуды. Для этой цели применяются специальные микросхемы ШИМ – контроллеры.

По типу размещения, датчики могут быть встроенными, то есть, располагаться в одном корпусе со схемой контроля и управления, либо выносными, соединяющимися кабелем с основным блоком. Встроенный вариант обычно используется в регуляторах температуры воздуха в помещении.

Если осуществляется контроль состояния жидкости или газа, имеющего высокую температуру или давление, применяются выносные датчики соответствующего исполнения.

Длина соединительного кабеля, как правило, оказывает влияние на точность работы системы в целом. Часто датчики, поставляемые в комплекте с блоками управления, уже присоединены к заводскому кабелю определённой длины. Это означает, что измеритель температуры прошёл тарировку именно с этим кабелем, то есть, в системе компенсированы погрешности, вносимые дополнительным сопротивлением.

При поставке датчиков отдельно от блока, когда заранее не известна длина связи, может быть предусмотрена возможность тарировка на месте, после монтажа кабеля и датчика.

УСТРОЙСТВА И БЛОКИ РЕГУЛИРОВКИ ТЕМПЕРАТУРЫ

Сигнал с температурного датчика поступает в блок регулировки и управления. После обработки входящего сигнала, схема, осуществляющая контроль и регулировку, формирует управляющий сигнал исполнительному устройству.

Исполнительное устройство коммутирует различные приборы, работа которых влияет на температурный режим. В самом простом варианте это электрические нагреватели. Чаще всего в роли исполнительного устройства выступает электромагнитное реле или магнитный пускатель.

Несмотря на развитие электронной элементной базы, обычные магнитные пускатели не теряют популярности в силу нескольких причин:

• простота и наглядность схемы регулировки;
• надёжная гальваническая развязка цепей управления и силовой разводки;
• возможность коммутировать значительные токи.

Из недостатков следует отметить наличие подвижных частей и механических контактных групп. Однако при правильном подборе оборудования и соответствии коммутируемых токов возможностям прибора, пускатель служит надёжно достаточно длительное время.

К главным техническим параметрам устройств контроля и регулировки относятся:

• напряжение питания;
• ток коммутируемой нагрузки;
• диапазон изменения регулируемой величины.

При выборе устройства регулирования и контроля, необходимо рассчитать потребную мощность нагревательных приборов, достаточную для требуемого прогрева помещения. Суммарный ток обогревателей не должен превышать максимально допустимое значение, указанное в паспорте регулятора.

При осуществлении регулировки систем тёплых полов следует сопоставлять значение потребляемого ими тока с возможностями регулятора температуры.

© 2012-2024 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов