Изучение схем автоматического регулирования температуры. Ознакомление с принципами автоматического регулирования температуры

Л а б о р а т о р н а я    р а б о т а    № 2

ИЗУЧЕНИЕ  СХЕМ  АВТОМАТИЧЕСКОГО  РЕГУЛИРОВАНИЯ  ТЕМПЕРАТУРЫ

1.  Цель  работы

Целью  лабораторной  работы  является  ознакомление  с  принципами  автоматического  регулирования  температуры,  устройствами  используемыми  в  схемах  регулирования  и  разновидностями  схем  автоматического  регулирования.

2.  Краткие  сведения  из  теории

Устройства  для  автоматического  регулирования  температуры  широко  используются  как  в  промышленности,  так  и  в  быту.  Терморегулирующие  устройства  и  приборы  для  стабилизации  температурных  режимов  применяют  для  длительного  хранении  продуктов  питания  на  складах - холодильниках  и  при  перевозке  скоропортящихся  грузов  железнодорожным  и  автомобильным  транспортом.  Двигатели  внутреннего  сгорания  локомотивов  и  автомобилей  имеют  устройства  обеспечивающие  постоянство  температурных  режимов  во  время  их  работы.  В  пассажирских  вагонах  установлены  системы  микроклимата,  поддерживающие  комфортные  условия  для  пассажиров  независимо  от  погодных  условий.  На  предприятиях  выпускающих  железобетонные  конструкции  в  автоматическом  режиме  поддерживается  температура  во  время  термообработки  изделий.  Даже  простейшие  электробытовые  устройства,  такие  как  холодильник  и  утюг  имеют  устройства  для  автоматического  регулирования  температурных  режимов.

В  любом  автоматическом  устройстве  для  регулирования  и  стабилизации  температуры  используется  термочувствительный  элемент.  Это  может  быть  бесконтактный  термоэлемент,  представляющий  собой  терморезистор  или  термопару,  или - же  термоконтактное  устройство.  Среди  последних  наиболее  часто  применяются  ртутные  контактные  термометры,  биметаллические  пластины,  устройства  с  термопатронами.

Независимо  от  принципа  действия  общим  свойством  для  всех  термоконтактных  устройств  является  наличие  гистерезиса  в  их  работе.  Гистерезис  проявляется  в  том,  что  при  изменении  температуры  переход  термоконтактов  из  состояния  1  в  состояние  2  происходит  при  одном  значении  температуры  ( T_max  ),  а  обратный  переход  из  состояния  2  в  состояние  1  -  при  другом  ( T_min )      ( см.  рис. 1 ).   Если  температура  изменяется  в  пределах  не  превышающих  диапазон  от T_max  до T_min,  то  состояние  термоконтактов  остается  прежним.  Явление  гистерезиса  объясняется  внутренним  трением  в  материале  из  которого  изготовлены  термочувствительные  элементы.  Величина   называется  зоной  нечувствительности  термоконтакта.  Эта  зона  различна  для  разных  термочувствительных  устройств.  Для  ртутного  контактного  термометра  она  может  быть  меньше    1^О С,  а  для  устройств  с  биметаллическими  пластинами   составляет  более  10^О С. 

Рассмотрим  принцип  действия  автоматического  регулирования  температуры  на  примере  автоматических  нагревательных  устройств.

Простейшая  схема  автоматического  регулирования  температуры  ( Рис. 2 )  имеет  только  один  термоконтакт  ST1.  Он  отрегулирован  на  размыкание  при  максимальной  температуре T_max.  Поэтому  при  исходной  температуре  термоконтакт  находится  в  замкнутом  состоянии.  Следовательно  при  замыкании  автоматического  выключателя  QF1  загорится  сигнальная  лампа  HL1,  указывающая  на  включенное  состояние  устройства  и  одновременно  сработает  электромагнитное  реле   K1.  Контакт  K1.1  замкнется  и  электрический  ток  поступит  в  нагревательный  элемент  EK1.  Температура  начнет  повышаться.  Когда  она  достигнет T_max   термоконтакт  ST1  разомкнется,  обмотка  K1  обесточится  и  нагреватель  выключится.  Температура  станет  снижаться.  Когда  она  уменьшится  на  величину    ,  соответствующую  зоне  нечувствительности  термоконтакта,  ST1  вновь  замкнется  и  цикл  нагрева  повторится. 

Как  видно  из  работы  схемы  управления,  моменты  включения  и  выключения  нагревателя  определяются  величиной  зоны  нечувствительности  термоконтакта   .   Если  величина   невелика,  то  включение  и  выключение  нагревателя  будет  происходить  через  непродолжительные  промежутки  времени.   В  том  случае  когда  требуется  выполнять  очень  точное  регулирование  температуры  это  можно  рассматривать  как  положительное  явление.  Если - же  высокой  точности  регулирования  не  требуется,  то  частые  включения - выключения  устройств  автоматического  управления  будут  только  способствовать  их  скорейшему  выходу  из  строя.  Поэтому  в  этом  случае  целесообразно  предпринять  специальные  меры  для  того  чтобы  включение  и  выключение  нагревателей  выполнялось  как  можно  реже.  С  этой  целью  применяют  схему  автоматического  управления  с  двумя  термочувствительными  элементами  ST1  и  ST2  (см.  рис. 3).  Термоконтакт  ST1  регулируется  на  замыкание  при  температуре  T_min ,  а  термоконтакт  ST2 -  на  размыкание  при  температуре  T_max .   При  исходной  температуре  оба  термоконтакта  находятся  в  замкнутом  состоянии.  Поэтому  при  включении  автоматического  выключателя  QF1  реле  K1  сработает  и  контактом  K1.1  включит  нагревательный  элемент  EK1.  Одновременно  контакт  K1.2  замкнется  и  зашунтирует  термоконтакт  ST1  (создаст  параллельную  цепь  питания  обмотки  реле  K1  помимо  контакта  ST1).  Когда  температура  начнет  увеличиваться  и  достигнет  значения  T_min + ,  контакт    ST1  разомкнется.  Однако  обмотка  реле  K1  не  отключится  от  питающего  напряжения  благодаря  шунтирующему  действию  контакта  K1.2  и  нагрев  будет  продолжаться.  Когда  температура  достигнет  значения  T_max   термоконтакт  ST2  разомкнется,  обмотка  реле  K1  обесточится  и  оно  разомкнет  свои  контакты  K1.1  и  K1.2.  Нагревательный  элемент  отключится  и  нагрев  прекратится.  Температура  станет  снижаться.  Когда  она  достигнет  значения  T_max -  термоконтакт  ST2  замкнется.  Но  реле  K1  не  сработает  так  как  контакты  K1.2  и  ST1  остаются  по-прежнему  разомкнутыми.  Повторное  включение  нагревателя  произойдет  когда  температура  снизится  до  T_min   и  повторно  замкнется  термоконтакт  ST1.  Цикл  автоматического  управления  нагревательным  устройством  повторится  и  т.д.