ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ S e r i a : Aut omat yka z . 21
_______ 1972 Nr k o l . 336
J u r a u d Sobozyk
I n s t y t u t K o n s t r u k c j i i T e c h n o l o g i i U r z ą d z e ń Au t o ma t y k i 1 E l e k t r o n i k i
KONCEPCJA BUDOWY
ELEKTRONICZNEGO REGULATORA NAGRZEWANIA PROGRAMOWANEGO
„ S t r e s z o z e n i e . W n i n i e j s z e j p r a c y p r z e d s t a w i o n o z a s a d ę d z i a k a n i a i s z k i o a n a l i z y r e g u l a t o r a n a g r z e w a n i a p r o g r a m o wane go. R o z p a t r z o n o r ó ż n e metody budowy g e n e r a t o r ó w z d ł u gim ozasem n a r a s t a n i a n a p l ę o l a o r a z podano sohemat ideowy i o p i s t e o h n i o z n y wykonanego r e g u l a t o r a .
1 . Wstęp
W b a d a n i a c h nad t e r r a o l u m l n e s o e n o j ą i e m i s j ą e l e k t r o n o w ą z a o h o d z i ko n i e c z n o ś ć l i n i o w e g o g r z a n i a ba da nyoh p r ó b e k , z r ó ż n ą p r ę d k o ś c i ą i w s z e r o k i m p r z e d z i a l e t e m p e r a t u r (80°K
f
7 0 0 ° K).
W z a k r e s i e n l s k i o h t e m p e r a t u r(80°K ■f 300°K) w y k o r z y s t u j e s i ę z j a w i s k o p a r o w a n i a c i e k ł e g o a z o t u k os z t e m e n e r g i i p o b i e r a n e j od p i e c y k a , na kt ór ym us y t u ę wa n a j e s t bada na p r ó b k a . Nad p r ó b k ą u m i e s z c z o n ą w p r ó ż n i , zamontowany j e s t f o t o p o w i e l a o z s ł u ż ą o y do r e j e s t r a o j l w y d z i e l a n e g o p r o m i e n i o w a n i a . R y s . 1 o b j a ś n i a budowę s t a n o wi s k a ba da woz e go.
R y s . 1 . S t a n o w i s k o do ba d a ń nad t e r m o l u m i n e s o e n o j ą
120 Jurand Sobczak
S p e ł n i e n i e wymagania l i n i o w e g o w z r o s t u t e m p e r a t u r y b a d a n e j p r ó b k i j e s t t r u d n e do z r e a l i z o w a n i a za pomocą p r o s t y o h me t od, a w y k o r z y s t a n i e o z ł owi e- ka Ja ko r e g u l a t o r a J e s t u c i ą ż l i w e i n i e d a j e pozyt ywnych r e z u l t a t ó w .
Z a s t o s o w a n i e r e g u l a t o r a n a g r z e w a n i a pr ogramowanego e l i m i n u j e o z ł o w l e - ka z p r o o e s u u t r z y my wa n i a s t a ł e j , z a d a n e j p r ę d k o ś o i w z r o s t u t e m p e r a t u r y p r ó b k i , d a j ą o p r z y tym w y s t a r o z a J ą o ą d o k ł a d n o ś ó d l a t e g o t y p u b a d a ń .O
2 . Opi s ogól ny
R e g u l a t o r n a g r z e w a n i a pr ogramowanego zbudowano w o p a r o i u o z a m k n i ę t y u k ł a d r e g u l a o j i z r e g u l a t o r e m t y p u P . C i ą g ł a r e g u l a c j a p r o p o r c j o n a l n a n a l e ż y do n a j o z ę ś o l e j używanych w t e g o t y p u u r z ą d z e n i a o h H . M - Z a l e t ą t a k i e g o r o z w i ą z a n i a j e s t t a n l o ś ó i pewnośó d z i a ł a n i a , p r z y d o s t a t e o z n i e ' d u ż e j d o k ł a d n o ś c i w ut r z y my wa n i u żą d a n e g o o h a r a k t e r u p r z e b i e g u t e m p e r a t u r y w y j ś c i o w e j o b i e k t u o l e p l n e g o . Pod względem dynamioznym, oeohą o h a r a k t e - r y s t y o z n ą ' o b i e k t u c i e p l n e g o j e s t wy s t ę p o wa n i e r z e o z y w l s t e g o c z a s u o p ó ź n i e n i a i d u ż e j s t a ł e j o z a s o w e j . W p r z y b l i ż e n i u f u n k c j a p r z e j ś c i a o b i e k t u oie- p l n e g o może byó z a p i s a n a w p o s t a o l :
Z a s t o s o w a n i e r e g u l a t o r a t y p u P o wzmooni eniu d a j e f u n k o j ę p r z e j ś c i a o - t w a r t e g o u k ł a d u :
F ( p ) “ ' r ^ p T
C h a r a k t e r y s t y k a a m p l l t u d o wo - f a z o w a o t w a r t e g o u k ł a d u ma p o s t a ó :
Po p r z e k s z t a ł o e n i u ot r z ymuj e my:
O b l i c z e n i e o p t y m a l n e j w a r t o ś c i k o m b i n a o j l KKj, e k s t r e m a l i z u j ą o e j wybra
ne k r y t e r i u m J a k o ś o l , p r z e p r o wa d z a s i ę na p o d s t a w i e z n a j o m o ś o i p a r a m e t r u T q / T o h a r a k t e r y . z u j ą o e g o w ł a ś o l w o ś o l o b i e k t u .
Konoepoja budowy e l e k t r o n i c z n e g o r e g u l a t o r a « » « 121
Op t y ma l n ą w a r t o ś ć wzmooni eni a r e g u l a t o r a K^, 0p^. o k r e ś l a s i ę ze wz or u:K KK.
r opt
r opt
S z c z e g ó ł o w ą a o a l i z ę p r o b l e m u , p o d a n i e k r y t e r i ó w J a k o ś c i o r a z d ob ć r o p t y - maloyoh nas t aw r e g u l a t o r a p r o p o r c j o n a l n e g o z a w i e r a p o z y o j a [5] .
Sohemat blokowy opi s ywa nego r e g u l a t o r a n a g r z e w a n i a programowanego p r z e d s t a w i a r y s . 2 . Obi ekt em w opisywanym pr zy p a d k u J e s t k o n s t r u k o j a me
c h a n i c z n a ( p i e c y k ) z wydzi e l onym mi e j soe m na b a d a n ą p r ó b k ę . W p o b l i ż u p r ó b k i umocowany J e s t e l e m e n t pomiarowy ( t e r m o p a r a ) , a we w n ę t r z u p l e o y - ka e l e m e n t wykonawozy ( g r z e j n i k ) . Z uwagi na wymagany z a k r e s t e m p e r a t u r i s z e r o k i e r o z p o w s z e c h n i e n i e z a s t o s o w a n o t e r m o p a r ę F e - K o n s t a n t a n . W p r z y p a d ku g r z a n i a w z a k r e s i e n i s k i c h t e m p e r a t u r , do skompensowania p ooz ą t kowe go n a p i ę c i a t e r m o p a r y (wolne końoe t e r m o p a r y maj ą t e m p e r a t u r ę o t o c z e n i a ) , s ł u ż y n a p i ę c i e k o m p e n s u J ą o e .
G e n e r a t o r pr ogr amu J e s t ź r ó d ł e m n a p i ę o i a l i n i o w o n a r a s t a j ą c e g o z r e g u l o wa n ą p r ę d k o ś c i ą n a r a s t a n i a . P r z y z a ł o ż e n i u p r ę d k o ś o l n a r a s t a n i a o k oł o 0 , 1 ° C / s i z a k r e s u g r z a n i a od 2 0 ° C - ł 0 0 ° C , oz a s t r w a n i a p r o o e s u l i n i o w e g o n a r a s t a n i a n a p i ę c i a p r z e k r a c z a 1 g o d z . R e a l i z a o j a p r a k t y c z n a t e g o war unku J e s t J e d n a k ż e dośó t r u d n a . S t o s o w a n i e układów z w y k o r z y s t a n i e m l i n e ^ r y z a - o j l ł a d o w a n i a k o n d e n s a t o r a p r z y pomooy d o d a t n i e g o s p r z ę ż e n i a ' z wr ot ne go n i e J e s t o e l o w e . Os i ą g a s i ę wprawdzie wymagany c z a s t r w a n i a , l e o z o t r z y mane r e z u l t a t y n i e są p o w t a r z a l n e . W p r a oy [1] g e n e r a t o r n a p i ę o i a l i n i o wego zbudowano w y k o r z y s t u j ą c obwód RC ze wzmacniaozem z lampą e l e k t r o m e -
t r y o z n ą .
'
R y s . 2 . Sohemat blokowy r e g u l a t o r a n a g r z e w a n i a pr ogramowanego
1 2 2
J u r a n d Sobczyk
S t a ł a czasowa obwodu RC = 1 3 , 9 g o d z . l (C = 0 , 5 ^ x F , R = 100 G
Q).
Rozwiąz a n i e t a k i e wprawdzi e ideowo b a r d z o p r o s t e , n a r z u c a J e dna k wyj ąt kowo wy
s o k i e wymagania na j a k o ś ć u ż y t y c h el ementów i s t a ł o ś ć i z o l a c j i .
I n n e r o z w i ą z a n i e g e n e r a t o r a n a p i ę c i a l i n i o w o n a r a s t a j ą c e g o wymaga z a s t o s o w a n i a s i l n i k a krokowego s t e r o w a n e g o m u l t i w i b r a t o r e m a s t a b i l n y m . Okre
ś l o n a zmiana c z ę s t o t l i w o ś c i m u l t i w i b r a t o r a , wywołuje wymaganą zmianę p r ę d k o ś c i k ą t o w e j wał u s i l n i k a , s p r z ę g n i ę t e g o p o p r z e z p r z e k ł a d n i ę z ę b a t ą z o - s i ą suwaka p o t e n c j o m e t r u , d a j ą c tym samym zmianę p r ę d k o ś c i n a r a s t a n i a na- p i ę o i a . P r a o a [3] z a w i e r a o p i s c i eka we go r o z w i ą z a n i a g e n e r a t o r a p r o g r a mu , k t ó r e g o sohemat blokowy p r z e d s t a w i a r y s . 3 . S i l n i k s y n c h r o n i c z n y w i r u j ą c y z e s t a ł ą p r ę d k o ś c i ą o b r o t o w ą , napędza p r z e k ł a d n i ę z ę b a t ą z dwoma w y j ś c i a mi o p r z e o i w n y c h k i e r u n k a o h o b r o t ó w. M u l t i w i b r a t o r a s t a b i l n y z r e g u l o w a nym w s p ó ł c z y n n i k i e m w y p e ł n i e n i a i m p u l s u , s t e r u j e wł ą c z a n i e m i w y ł ą c z a n i e m s p r z ę g ł a e l e k t r o m a g n e t y c z n e g o . P r z y z a ł o ż e n i u s t a ł e j p r ę d k o ś c i o b r o t o w e j s i l n i k a s y n c h r o n i c z n e g o , p r ę d k o ś ć w z r o s t u n a p i ę o i a j e s t w p r o s t p r o p o r c j o n a l n a do w s p ó ł c z y n n i k a w y p e ł n i e n i a i m p u l s u .
Cor az w i ę k s z a ł a t w o ś ć u z y s k a n i a obwodów s c a l o n y o h , u mo ż l i wi a budowę p r o s t y c h w r e a l i z a c j i g e n e r a t o r ó w n a p i ę c i a schodkowego o d ł u g i m c z a s i e na
r a s t a n i a n a p i ę o i a , p r z y u ż y c i u p r z e t wo r n i k ó w c y f r o wo - a n a l o g o wy c h s t e r o w a - nyoh g e n e r a t o r e m I mpul sów. Zmiana o z ę s t o t l i w o ś o i p o w s t a r z a n i a i mpulsów w e j ś c i o w y c h wpływa b e z p o ś r e d n i o na zmianę p r ę d k o ś c i w z r o s t u n a p i ę c i a . Roz
w i ą z a n i a t a k i e s ą p r o s t e , o małych wymi arach z e w n ę t r z n y c h i pozbawi one c h a r a k t e r y s t y c z n y c h wad u r z ą d z e ń e l e k t r o m e c h a n i c z n y c h .
p O T E *a O f1 £ T *
R y s . 3 . Schemat blokowy g e n e r a t o r a pr ogramu z 3
Dla p r o s t o t y i ł a t w o ś c i u z y s k a n i a el ementów w opisywanym r e g u l a t o r z e n a g r z e w a n i a pr ogramowanego, g e n e r a t o r pr ogramu zbudowany J e s t w o p a r c i u o k o n s t r u k c j ę me c h a n i c z n ą z w y k o r z y s t a n i e m l i n i o w e g o p o t e n c j o m e t r u , z a s i l a n e g o s t a b i l i z o w a n y m n a p i ę c i e m s t a ł y m . Dwa s i l n i k i s y n c h r o n i c z n e ma ł e j mocy, p r z e ł ą c z a n e za pomocą e l e k t r o m a g n e s u E l n a p ę d z a j ą suwak p o t e n c j o m e t r u za p o ś r e d n i o t we m w i e l o s t o p n i o w e j p r z e k ł a d n i z ę b a t e j . Możliwe s ą dwie p r ę d k o ś c i suwaka p o t e n o j o m e t r u : 1 o b r ó t w c i ą g u 78 min l u b 7 , 8 mi n. S c h e mat ideowy g e n e r a t o r a pr ogr a r . u p r z e d s t a w i a r y s . 4 .
Koncepcja budowy e l e k t r o n i c z n e g o r e g u l a t o r a . . . 123
3 . Opla d z i a ł a n i a u k ł a d u
Sohemat Ideowy r e g u l a t o r a n a g r z e w a n i a programowanego RNP-1 p r z e d s t a w i o no na r y a . 5 . Wymaganą p r ę d k o ś ć g r z a n i a p r o g r a m u j e a l ę p r z e ł ą o z n i k a m i P^
1 P2 . P r z e ł ą c z n i k P^ a ł u ż y do zmiany p r ę d k o ś o i k ą t o w e j suwaka p o t e n c j o m e t r u , d a j ą o w p o z y c j i 1 - 1 o b r ó t na 7 , 8 min 1 w p o z y c j i 2 - 1 o b r ó t na 78 mi n. P r z e d s t a w i o n e powyżej w a r t o ś c i , s t a n o w i ą j e d n o o z e ś n l e maksymalny c z a s t r w a n i a p r o o e s u l i n i o w e g o g r z a n i a . P r z e ł ą o z n i k P2 umo ż l i wi a n a s t a w i e n i e 10 w a r t o ś c i n a p i ę ć , o d p o wi a d a j ą o y c h różnym t e mp e r a t u r o m końoowym b a d a n e j p r ó b k i . W r e z u l t a o i e t e g o , r e g u l a t o r n a g r z e w a n i a programowanego u - m o ż l i w i a s t o s o w a n i e 20 r ó ż n y o h programów g r z a n i a . W d o wol ne j c h w i l i p r o — o e s u l i n i o w e g o g r z a n i a , możliwe j e s t p r z e s t a w i e n i e p r z e ł ą c z n i k a P^ w pozy- o j ę 3 , oo powoduje z a t r z y m a n i e g e n e r a t o r a n a p i ę c i a l i n i o w o n a r a s t a j ą c e g o i s t a b i l i z a c j ę t e m p e r a t u r y na danym p o z i o m i e .
Róż ni oa n a p i ę c i a z a d a n e g o , l i n i o w o n a r a s t a j ą c e g o i n a p l ę o l a z t e r m o p a - r y , o d p o w i a d a j ą c e g o a k t u a l n e j t e m p e r a t u r z e o b i e k t u , podawana j e s t na w e j - ś o i e wzma cni ac za b ł ę d u . Wzmaoniaoh s y g n a ł u b ł ę d u j e 3 t wzmacniaczem p r ą d u s t a ł e g o z p r z e t w a r z a n i e m i maksymalnym wz moc ni e ni u o k . 1 0^7/ V. Zbudowano
•go na t r a n z y s t o r a o h 0?^
f
T ^ . Z a s t o s o w a n i e t r a n z y s t o r a Tg w u k ł a d z i e j a k4 *0 2 6 -4
1 2 i J ur a nd Sobczyk
Schematideowyregulatora nagrzewaniaprogramowanego
Konoepoja budowy e l e k t r o n i c z n e g o r e g u l a t o r a . . 125
na r y s . 5 u mo ż l i w i a z r e a l i z o w a n i e wzmacni acza p r ą d u s t a ł e g o r e a g u j ą c e g o na n a p i ę c i e we j ś c i o we j e d n e j p o l a r y z a c j i (w opisywanym p r z y p a d k u d o d a t n i e j ) . N a p i ę c i e z e m i t e r a t r a n z y s t o r a Tg podawane j e s t p o p r z e z ' d i o d ę z a b e z p i e c z a j ą c ą na k o n d e n s a t o r e l e k t r o l i t y c z n y i d a l e j p r z e z o p o r n i k na ba
zę t r a n z y s t o r a Ty s t e r u j ą o e g o t r a n z y s t o r e m mooy Tg. W obwodzie k o l e k t o r a t r a n z y s t o r a mooy Tg włąoz ony j e s t g r z e j n i k o m i n i m a l n e j d o p u s z c z a l n e j o - p o r n o ś c i 12Q . Maksymalna moo g r z a n i a o k o ł o 90 W. Do s t a b i l i z a o j i n a p i ę ć z a s i l a j ą o y o h p o t e n c j o m e t r y
7^
i Pg z a s t o s o w a n o dwa n i e z a l e ż n e d w u s t o p n i o we s t a b i l i z a t o r y p a r a m e t r y o z n e z k o m p e n s a c j ą wpływu t e m p e r a t u r y .4 . Dane t e o h n i o z n e
1 . Z a k r e s t e m p e r a t u r g r z a n i a : -200°C x +20°C + 2 0 °C r +400°C 2 . P r ę d k o ś ć w z r o s t u t e m p e r a t u r y :
0 , 0 0 9 ° C / s 4- 0 , 0 9 ° C / s w 10 p o d z a k r e s a o b 0 , 0 9 ° C / s -r 0 , 9° C/ s w 10 p o d z a k r e s a o h
3 . L i n i o w o ś ć w z r o s t u t e m p e r a t u r y p r ć b k i - l e p s z a od 5#
4 . Maksymalna moc doprowadzona do g r z e j n i k a - o k o ł o 90 W Maksymalny d o p u s z o z a l n y p r ą d g r z e j n i k a 3A
N a p i ę o i e z a s i l a j ą o e g r z e j n i k - o k oł o 32V
5 . Moż l i woś ć w s p ó ł p r a o y z r ć ż n y m i r o d z a j a m i t e r m o p a r 6 . S z y b k i powr ót do s t a n u w y j ś o i q w e g o .
5 . Uwagi końoowe
O p i s a n y r e g u l a t o r n a g r z e w a n i a pr ogramowanego RNP-1 z o s t a ł z r e a l i z o w a n y w K a t e d r z e E l e k t r o n i k i P o l l t e o h n i k i Ś l ą s k i e j , Pr z e p r o wa d z o n e p r ć b y p r a k - t y o z n e w K a t e d r z e F i z y k i D o ś w l a d o z a l n e j WSP w Op o l u , p o t w i e r d z i ł y p e ł n ą p r z y d a t n o ś ć u r z ą d z e n i a do b a d a ń nad t e r m o l u m l n e s o e n o j ą .
LITERATURA
1. B l o z j e w i n W.W. - P r i b o r d l a r awnomi e r nogo n a g r i e wa małyoh o b r a z o o w.
‘ ’ Pr l bor yr i t l e b h . n i k a e k s p i e r l m i e n t a . Nr. 5 / 1 9 6 7 , s t r . 2 5 1 .
2. W i e n g i e r o w s k i j L. W. , W a j n s z t l e j n A.H. - S i s t i e m y t i e r m o s t a t i r o w a n i a w r a d i o e l e k t r n l k i e . - B l b l l o t i e k a po r a d i o e l e k t r o n l k i e . Wypusk 2 0 . 1969 r . 3. M i k o ł a j s k i L. - Programowany z a d a J n i k ' t e m p e r a t u r y . P r a c a p r z e j ś o i o w a w
K a t e d r z e E l e k t r o n i k i P o l . Ś l . 1971 r .
126 J u r a n d Sobozyk
4. Hahn S . , Kuńs ki R. - T e r m o s t a t y e l e k t r o n i c z n e . Warszawa 1968 r . 5. F i n d e i s e n Y/ł. - Teohni ka r e g u l a c j i a u t o m a t y c z n e j . Y/arszawa 1965 r .
R ę k o p i s z ł o ż o n o w R e d a k o j i w d n i u 8 . I X . 1971 r .
i-iryjiH TOP HPorpAi-iMHoro u o h o f p e b a
P e 3 b m e
B HacTOftiueii padCTe npeaCTaBJieHK npHHiwn seiicTBHH h nonaTKa aHaaK3 p e -
ryjiaTopa nporpaMMHoro noflorpeB a. PaccMaTpHBanxca pa3HŁie MeTosu nocTpoMKu
reaepaTopoB o6Jia;iaBiuHX 6ojii>mnun BpeMeaaUH KapacTaHua HanpaxeHHa h o d c y x - x a e T c a npHHUznjianbHaa c x e u a h TexmiuecKoe onacaHHe H3roToajieHHoro p e r y a a - T opa.
PROGRAMI.IEABLB HEATING REGULATOR
S u m m a r y
O p e r a t i n g p r i n c i p l e and s h o r t a n a l y s i s o f t h e progr ammeabl e h e a t i n g r e g u l a t o r a r e d e s o r i b e d a s w e l l a s c i r c u i t d i a g r a m and d e t a i l s o f i t s c o n s t r u c t i o n . V a r i o u s t y p e s o f l i n e a r v o l t a g e g e n e r a t o r s w i t h l o n g t i me of r i s e a r e a l s o c o n s i d e r e d .
