• 4 Краткая характеристика типов СЭТ.
  • 4.1 Принципы регулирования, применяемые в СЭТ.
  • 5 Элементы систем термостатирования



  • страница2/4
    Дата14.01.2018
    Размер0.53 Mb.
    ТипМетодическая разработка

    Методическая разработка для лабораторного практикума по радиофизике и радиоэлектронике


    1   2   3   4

    3 Классификация систем термостатирования.

    По принципу действия СЭТ можно подразделить на актив­ные и пассивные. Пассивные СЭТ отличаются от активных отсутствием регулятора, а сглаживание колебаний темпера­туры производится за счёт хорошей теплоизоляции.

    По требуемой мощности статирования СЭТ могут быть грубые - с точностью статирования большей или равной ±0.1ºC , и презиционные - с точностью статирования меньшей ±0.1ºC. Презиционные СЭТ могут быть только активные.

    По принципу использования теплового потока СЭТ можно классифицировать на СЭТ, построенные на основе неревер­сивного регулирования с притоком только тепла или только холода, и на СЭТ, построенные на основе реверсивного ре­гулирования, т.е. с притоком и тепла и холода. СЭТ с нере­версивным регулированием имеют температуру статирования вне заданного диапазона, а СЭТ с реверсивным регулирова­нием - внутри заданного диапазона.

    По типу исполнительных элементов СЭТ подразделяют­ся на системы со спиральными нагревателями, с транзистор­ными нагревателями и с полупроводниковыми термобатаре­ями, причём СЭТ с нереверсивным регулированием имеют спиральные или транзисторные нагреватели, а с реверсивным регулированием - полупроводниковые термобатареи.

    Кроме указанных классификаций производят также деле­ние СЭТ по принципу действия регулятора, т.е. закону регу­лирования.

    4 Краткая характеристика типов СЭТ.

    Применение исполнительных элементов характеризует конструктивное исполнение СТ и именно в соответствии с этой классификацией можно охарактеризовать и дать срав­нительную оценку основных типов СЭТ.

    Если применение исполнительных элементов СЭТ опреде­ляет активные СЭТ, то отсутствие исполнительных элемен­тов определяет пассивные СЭТ.

    Пассивная СЭТ представляет собой обычный термостат с хорошей теплоизоляцией, в который помещается статируемый объект. Поэтому пассивное термостатирование применя­ется в устройствах с малым временем непрерывной работы и с большими перерывами.

    Активные СЭТ находят преимущественное распостранение в радиоэлектронике. Рассмотрим СЭТ с температурой статирования вне заданного температурного диапазона. Пусть СЭТ предназначена для устройства, работающего в диапазоне температур, где ТН и ТВ есть границы температур­ного диапазона; исполнительный элемент работает только в режиме нагрева, т.е с притоком тепла; Tст - температура ста­тирования объекта. Тогда условие поддержания Тст внутри термостата определяется необходимостью сохранения тепло­вого баланса, т.е. чтобы Qпр=QCT , где Qпр - количество тепла, притекающего в термостат, QCT - количество тепла, вытекающее из термостата.




    Отсюда видно, что при наличии тепловой нагрузки Qпр > О и, следовательно, QCT тоже должно быть больше 0 , а это зна­чит, что QCT > 0 и Тст > Тв .
    4.1 Принципы регулирования, применяемые в СЭТ.

    Одна из важнейших задач, которая возникает при разра­ботке СЭТ, заключается в выборе закона регулирования.

    Задача выбора наиболее приемлемого закона регулирова­ния сводится к отысканию разумного компромисса между точностью, устойчивостью и простотой СТ.

    В настоящее время в СЭТ применяются следующие основ­ные принципы регулирования:

    1. Пропорциональное или Р-регулирование

    2. Астатическое или I-регулирование

    3. Изодромное или РI-регулирование

    1. Позиционное, двухпозиционное или трёхпозиционное регулирование

    Пропорциональным или статическим Р-регулированием называется регулирование, при котором отклонение подава­емой в термостат мощности от некоторого среднего значения пропорционально отклонению температуры от некоторой ве­личины. Бели температура термостата отличается от задан­ной, то регулятор по мере приближения к заданной точке уменьшает мощность, подводимую к исполнительному эле­менту.

    При I-регулировании, если температура статирования меньше заданной, регулятор постоянно повышает мощность, подаваемую в термостат, пока температура не поднимется до заданного значения. Бели же температура становится выше заданной, то регулятор производит непрерывное уменьшение подаваемой мощности.



    PI-регулирование совмещает в себе пропорциональное и астатическое регулирования. При отклонении регулируемой температуры от заданного значения изодромный регулятор создаёт своим действием временную неравномерность, кото­рая затем сводится к нулю.

    Позиционным регулированием называется регулирование, при котором исполнительный элемент может принимать только дискретные устойчивые положения. При двухпозиционном регулировании два положения: одно, когда темпера­тура больше, и другое, когда температура меньше заданной величины.

    Для улучшения процесса регулирования необходимо стре­миться к уменьшению постоянной времени измерительной це­пи. С этой целью следует выбирать для измерения темпера­туры чувствительные элементы, обладающие наименьшей те­пловой инерцией.

    5 Элементы систем термостатирования.

    5.1 Датчики температуры.

    Термодатчик - это элемент, который реагирует на измене­ние температуры. Термодатчики могут быть бесконтактные и контактные. К первым относятся термопары, терморезисто­ры, термометры сопротивления; ко вторым - ртутные термо­контакторы, контактные термометры и биметаллические ре­ле.



    Датчики температуры должны обладать:

    • высокой чувствительностью к температуре;

    • идентичностью характеристик разных образцов;

    • стабильностью термометрических параметров;

    • малыми габаритами и инерционностью, высокой вибро и ударостойкостью.

    Основные типы датчиков:

    Ртутные контактные термометры, или как их часто на­зывают, ртутные термокомпенсаторы, относятся к датчи­кам релейного действия. Выходной сигнал такого датчика мо­жет принимать только два значения, в зависимости от знака отклонения температуры от заданной величины Qq см. рис. 2.

    Изменение величины отклонения не влияет на выходной сигнал. Таким образом, при использовании ртутного термо­компенсатора система регулирования может работать толь­ко по двухпозиционному принципу. На обмотку обогрева по даётся либо полная мощность, либо никакая мощность не по­даётся.

    Рис. 2: Характеристика релейного датчика температуры.



    Недостатки: необходимо полное погружение термокомпен­сатора в среду объекта термостатирования; большая инерци­онность; чувствительны к отклонению от положения верти­кали и недостаточно надёжно работают при вибрации.

    Находят применение лишь в стационарных наземных уста­новках при больших термостатируемых объёмах.

    Биметаллические датчики. Их действие основано на ис­пользовании различия коэффициентов теплового расширения металлов. При изменении температуры, пластина, состоящая из двух разнородных слоев, изгибается, замыкая или размы­кая электрические контакты. Точность регулирования обыч­но не превышает нескольких градусов. Инерционность таких датчиков часто превышает инерционность ртутных термокон­такторов.



    Манометрические датчики. Их действие основано на ис­пользовании теплового расширения жидкостей или газов. По качеству сходны с ртутными термокомпенсаторами.

    Оптические датчики. В качестве датчика температуры ис­пользуют источник света и какой-либо приёмник излучения, например, фоторезистор, фотодиод, фототранзистор или се­леновый фотоэлемент. Свойства систем с такими датчиками определяются необходимостью применения веществ с боль­шой теплотой плавления и примерно аналогичны свойствам систем с манометрическими датчиками.

    Сегнетоэлектрические датчики. Бели сегнетоэлектрик находится в высокочастотном электрическом поле достаточ­но большой интенсивности, то, вследствие диэлектрическо­го гистерезиса, в нём выделяется тепло. Когда температура вещества повышается до точки Кюри, оно переходит в па­роэлектрическое состояние и выделение тепла прекращает­ся. Применение сегнетоэлектриков перспективно, но вопрос о точности поддержания температуры и о стабильности харак­теристик таких систем ещё недостаточно разработан.

    Термопары. Их действие основано на использовании тер­моэлектрического эффекта. Суть этого эффекта заключает­ся в следующем: если соединить концами два разнородных по материалу проводника и поместить места соединения в среды с различными температурами Tг (горячий спай) и Tх (холод­ный спай), то в образовавшейся цепи появится электрический ток, текущий за счёт термо-ЭДС. Термо-ЭДС пропорциональ­на по величине разности температур спаев и зависит от мате­риалов компонентов термопары.

    Термопары отличаются простотой устройства, стабильно­стью работы, высокой надёжностью.

    Недостатки: Весьма малая чувствительность, реагирова­ние на разность температур.

    Проволочные термометры сопротивления (ТС). Их действие основано на свойстве металлов увеличивать электри­ческое сопротивление при возрастании их температуры. Со­противление проводника Rt при температуре tº достаточно просто можно определить по формуле:


    αt - температурный коэффициент сопротивления;

    Rо - сопротивление при начальной температуре to ;

    t° - температура, при которой подсчитывается Rt.

    Достоинства проволочных датчиков температуры: сравни­тельно высокая чувствительность, надёжность, простота кон­струкции, стабильность характеристик во времени. Но они обладают сравнительно большой инерцией.

    Терморезисторы. Они относятся к полупроводниковым термозависимым элементам. У большинства из них сопроти­вление уменьшается с. ростом температуры. Их основные до­стоинства - высокий уровень температурной чувствительно­сти, на порядок больший, чем у проволочных датчиков, ма­лые габариты и, следовательно, малая тепловая инерция.

    Недостатки: большой разброс характеристик, недостаточ­ная стабильность во времени.

    Кварцевые датчики. Кварцевые резонаторы с большим температурным коэффициентом частоты при наличии высо­костабильного опорного генератора в настоящее время явля­ются одним из самых чувствительных датчиков температуры (до 10~"6 градуса).

    Они не нашли широкого практического применения в си­стемах термостабилизации по причине чрезвычайной сложно­сти схемы регулятора.

    Диодные и транзисторные датчики. Схемы измерения, ре­гулирования, регистрации температуры и передачи информа­ции о ней на расстояние должны быть достаточно просты в изготовлении и эксплуатации.

    Всем этим требованиям могут удовлетворять полупровод­никовые приборы. Ряд их параметров обладает высокой тем­пературной чувствительностью: обратные токи транзисторов и диодов. Токи растут с температурой по экспоненциальному закону со скоростью порядка 10%градус.

    Наибольшее количество разработок СТ использует пря­мые характеристики диодов и транзисторов. Их существенны­ми преимуществами перед обратными являются линейность температурной зависимости, широкий диапазон рабочих тем­ператур, высокая стабильность и идентичность параметров различных образцов.

    Подводя итоги обзору различных типов датчиков, мож­но сделать вывод, что наиболее подходящими для обеспече­ния тепловых режимов являются полупроводниковые датчи­ки. Однако, при температурах выше 150°С можно применять лишь проволочные термометры сопротивления или термопа­ры.


    1   2   3   4

    Коьрта
    Контакты

        Главная страница


    Методическая разработка для лабораторного практикума по радиофизике и радиоэлектронике