Трёхпозиционный регулятор температуры

Ценителям аппаратуры самого серьёзного назначения несомненно будет интересно создать предлагаемое устройство.

Прибор предназначен для управления функциями нагрева и охлаждения термокамеры с улучшенными характеристиками точности, стабильности и надёжности.

Максимальная чувствительность (половина ширины заданного диапазона) – несколько сотых градуса (около 0,05).
Точность установки заданной температуры – около 0,1°С (определяется параметрами резистора R8).

Принципиальная схема взята из несколько, правда, морально устаревшего, но исключительно хорошо зарекомендовавшего себя в испытательном оборудовании регулятора 1615 фирмы «Фейтрон Грейц» ГДР.
В качестве датчика используется термометр сопротивления Pt 100 с любым показателем W (отношением сопротивления при 100°С к сопротивлению при 0°С).

Особенностью прибора является использование схемы моста Уитстона с усилителем, что исключает нестабильность вследствие старения, воздействия температуры, помех, изменения напряжения питания и проч., свойственную регуляторам на базе мостов постоянного тока.

Кроме того, несмотря на простоту, в приборе реализован режим работы с временной функцией. Это исключает заброс температуры при изменениях заданного значения или, например, при открывании-закрывании двери камеры.

Несомненным достоинством является и то, что выход из строя практически любого элемента (кроме резисторов моста и реле) приводит только к отключению исполнительных устройств. Это практически приравнивает прибор к устройствам, работающим без надзора (по ГОСТ Р МЭК 335).

Название «трёхпозиционный» означает, что имеется три устойчивых состояния регулятора: нагрев, охлаждение и отключенное состояние при совпадении температуры в контрольной точке рабочего объёма камеры с заданным диапазоном.

Первая схема более проста. В ней используется обычный принцип регулирования с гистерезисом уровня включения для уменьшения частоты коммутации исполнительных устройств.

Во второй схеме вместо гистерезиса введено устройство управления уровнем включения.

Схемы работы и настройки приборов показаны на графиках.

Регулировкой резистором R23 устраняется нечёткость срабатывания реле при включении/выключении нагрева или охлаждения.

При указанных номиналах резисторов моста (R1-R8) пределы установки заданной температуры: приблизительно от +10 до +70 градусов. Соответствие типов трофейных элементов отечественным аналогам не устанавливалось. Кроме, пожалуй, транзистора VT7. Его можно заменить на КП301 с любой буквой.

Настоятельно рекомендуется подключать датчик по приведённой трёхпроводной схеме. В этом случае исключается дополнительная погрешность из-за изменения температуры проводов. Например: имея двухпроводную схему с сечением проводов 0,25 мм и длиной линии 5м, получаем сопротивление около 1 Ома. Тогда на каждые 10 градусов изменения температуры проводов дополнительная погрешность будет составлять около 0.1 градуса.

Длина линии может быть любой в разумных пределах (до 200 – 300м).

Шкала резистора R8 линейна и градуируется по минимум двум точкам с помощью образцового термометра или проволочных сопротивлений, подобранных в соответствии с градуировочной характеристикой датчика, включаемых вместо датчика.

В заключение следует сказать, что имея два подобных регулятора, можно создать климатическую камеру с поддержанием точного режима температуры и влажности. Например, для длительного хранения фруктов. В этом случае один датчик должен быть постоянно увлажнён, а заданная температура устанавливаться в соответствии с психрометрической разницей по формуле Шпрунга. Можно также использовать электрохимический метод.

г. Киров (shamshurov.oleg@yandex.ru)