Применение преобразователя сигнала термопары AD597 [1] производства фирмы Analog Devices позволяет достичь высокой линейности измерения температуры в широком интервале температур и применить цифровую индикацию температуры без дополнительной коррекции. Предлагаемый термостабилизатор позволяет измерять температуру в интервале -200...+200 оС, регулировать её в интервале 0...+200 оС, считывать значение с 3,5-разрядного жидкокристаллического дисплея.
Рис. 1
Термостабилизатор (рис. 1) содержит термопару BK1 типа K [сплавы никель - хром/никель - алюминий (хромель/алюмель)], преобразователь её сигнала - микросхему DA8, интегрирующий АЦП DD2, источник образцового напряжения, выполненный на ОУ DA6 и транзисторной сборке DA4 [2], компаратор на Оу DA7, цепи управления симистором VS1 и стабилизированный источник питания.
Необходимое значение температуры в интервале 0...+200 оС задают переменным резистором R20. При необходимости этот интервал можно сдвинуть в область отрицательных значений тем
пературы (понадобится дополнительный источник образцового напряжения -1...-5 В, легко реализуемый на основе приведённого на схеме или выполненный на специализированной микросхеме) или расширить без нарушения линейности шкалы резистора, что является важным отличием от термостабилизаторов с датчиком температуры на основе терморезистора.
Особенность применённого компаратора на ОУ DA7 - отсутствие резистивной цепи гистерезиса, как правило, высокоомной и требующей в общем случае (для обеспечения заданных порогов срабатывания - отключения компаратора при заданном значении температуры) точного подбора сопротивления цепи. При широком интервале регулирования это, в свою очередь, приводит к необходимости применения набора мегаомных постоянных и переменных резисторов.
В момент достижения напряжением на инвертирующем входе ОУ DA7 порога срабатывания (при снижении температуры) на его выходе появляется напряжение положительной полярности и транзистор VT1 открывается. В результате, если контакты выключателя
SA1 замкнуты, срабатывает реле K1. Своими контактами K1.1 оно замыкает накоротко резистор R4 в цепи управляющего электрода симистора VS1, в результате чего он открывается и включает нагреватель EK1, а контактами K1.2 запускает одновибратор DA1, выполненный на интегральном таймере NE555N [3].
Выходы одновибратора и компаратора соединены с затвором транзистора VT1 по схеме "диодное ИЛИ". Длительность формируемого одновибрато-ром импульса tз = 1,1R5*C9 = 1 с. Таким образом, при достижении порога срабатывания компаратора реле K1 в течение времени tз включено, и происходит дальнейший нагрев до устойчивого срабатывания компаратора. По окончании tз, если компаратор продолжает находиться в неустойчивом состоянии, одновибратор перезапускается при первом же замыкании контактов K1.2. Такое решение позволяет свести к минимуму дребезг контактов реле при неустойчивом состоянии компаратора.
Длительность импульса t3 при необходимости можно выбрать иной, изменив тем самым нижнее и верхнее значения температуры нагреваемого тела или объекта.
При переводе выключателя SA1 в показанное на схеме положение реле K1 и симистор VS1 немедленно выключаются. Последовательно с нагревателем необходимо включить аварийное термореле (его контакты обозначены на схеме как KK1.1), настроенное на предельно допустимую температуру, чувствительный элемент которого расположен в области наибольшей температуры нагреваемого тела или объекта.
Для индикации исправности блока питания применены светодиоды HL2, HL3 жёлтого цвета свечения, используемые также для подсветки жидкокристаллического дисплея HG1. Индикатором включения нагрузки служит светодиод HL4 красного цвета свечения. Активное состояние запятой третьего разряда дисплея обеспечивается применением логического элемента DD1.1 [4].
В приборе использованы постоянные резисторы МЛТ и подстроечные СП5-3. Переменный резистор R20 - проволочный любой конструкции с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота движка, допустимо применение импортного многооборотного со счётчиком оборотов на ручке. Конденсаторы С1, С13, С15, С16- К73-17, C3, C4, C7- C10 - оксидные К50-35 или импортные, остальные - КМ-6. Реле K1 - промежуточное герконовое РПГ-2-2202У3 (номинальное напряжение - 12 В, потребляемая мощность - 0,3 Вт). Учитывая возможные затруднения с его приобретением, рекомендую изготовить такое реле самостоятельно на основе двух герконов КЭМ-1 (ОДО.360.037 ТУ).
Рис. 2
Катушку самодельного реле наматывают проводом ПЭв-2 0,2 (2400 витков) на каркасе (рис. 2), изготовленном из стеклотекстолита толщиной 1...1,5 мм. После сборки стыки его деталей проклеивают эпоксидным компаундом, излишки которого после затвердевания удаляют надфилем. Катушку после
намотки заливать компаундом не обязательно, достаточно защитить её снаружи лакотканью. Герконы помещают внутрь каркаса. Они должны входить туда свободно, необходимо исключить возникновение механических напряжений в их корпусах и ударных нагрузок при монтаже и эксплуатации. Готовое реле помещают в полистироловый корпус. Допускается применение термоусадочной трубки подходящего диаметра, она должна плотно охватывать щёчки каркаса.
Элементы устройства смонтированы на трёх печатных платах. На первой размещены все интегральные микросхемы (выводы входов неиспользуемых элементов микросхемы DD1 соединены с общим проводом), за исключением стабилизаторов напряжения, на второй - трансформатор питания T1, плавкие предохранители FU1, FU2, интегральные стабилизаторы DA2, DA3, DA5 и симистор VS1 (с отдельными теплоотводами каждый), реле K1 и неоновая лампа HL1, на третьей - элементы индикации и управления. Для упрощения монтажа и обслуживания устройства в процессе эксплуатации первая плата соединена с третьей с помощью жгута и 26-контактного разъёма: двухрядная вилка PBD-26 (с шагом контактов 2,54 мм) установлена на первой, а ответная часть - розетка BLD-26 - смонтирована на жгуте проводов, идущих от третьей. В качестве разъёма для подключения нагрузки X1 использована часть встраиваемой розетки 16 А - 250 В с керамическим основанием.
Термостабилизатор собран в доработанном пластмассовом корпусе для радиолюбительских конструкций типоразмера G010 (95x135x45 мм) производства фирмы Kemo Germany GmbH. Доработка заключалась в увеличении размера 45 мм до 115 мм вставлением между половинами корпуса двух пластин размерами 70x135 мм из листового органического стекла толщиной 3 мм. Первые две платы установлены в предусмотренных местах половин корпуса, третья - в его передней части, а все соединители - в задней. На рис. 3 прибор показан спереди (со снятой верхней крышкой и прозрачной лицевой панелью), а на рис. 4 - сзади.
Рис. 3
Рис. 4
Налаживание устройства сводится к установке частоты встроенного тактового генератора микросхемы DD2 (40 кГц) подстроечным резистором R28 и образцового напряжения Uобр = 1,000 В на её выводе 36 подстроечным резистором R12.
Литература
1. Thermocouple Conditioner and Setpoint Controller AD596*/AD597*. - <http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/ 48078/AD/AD597.html.
2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. В 2-х томах. 3-е изд. стереотипное. Перевод с англ. Под редакцией М. В. Гальперина. - М.: Мир, 1986.
3. Коломбет Е. А. Таймеры. - М.: Радио и связь, 1983.
4. Бирюков С. Применение АЦП КР572ПВ5. - Радио, 1998, № 8, с. 62-65.
Автор: Д. Молоков, г. Нижний Тагил Свердловской обл.