Задача 2 разработка системы сигнализации

Разработать систему сигнализации о нахождении регулируемого параметра, поступающего с датчика температуры в пределах, указанных в варианте. В качестве датчиков температуры используются термопара типа ТЖК (железо-константант) или терморезистор типа Pt 100.

Перечень вариантов:

№ Варианта	Температура нижней уставки, оС	Температура верхней уставки, оС	Тип датчика
1	10	60	терморезистор
2	20	60	терморезистор
3	30	60	терморезистор
4	40	70	терморезистор
5	50	80	терморезистор
6	60	90	терморезистор
7	10	40	терморезистор
8	20	70	терморезистор
9	30	80	терморезистор
10	40	80	терморезистор
11	50	90	терморезистор
12	60	100	терморезистор
13	10	50	термопара
14	20	60	термопара
15	30	60	термопара
16	40	70	термопара
17	50	80	термопара
18	60	90	термопара
19	10	40	термопара
20	20	70	термопара
21	30	80	термопара
22	40	80	термопара
23	50	90	термопара
24	60	100	термопара
25	10	70	термопара
26	20	80	термопара
27	30	70	термопара
28	40	100	терморезистор
29	30	90	терморезистор
30	20	90	терморезистор

1. Составить схему системы сигнализации с использованием следующих элементов: датчик температуры (термопара, терморезистор), операционный усилитель, компаратор, дешифратор, сигнальные элементы.

2. Рассчитать параметры схемы системы сигнализации.

Пример выполнения задачи 2

Вариант выполнения задачи 2 задается преподавателем.

Пример электрической принципиальной схемы разрабатываемой системы сигнализации с использованием в качестве чувствительного элемента термопары приведен в приложении 2, терморезистора– в приложении 3.

1) Пример расчета параметров схемы системы сигнализации для типа датчика «термопара» (T=10^oC - 60 ^oC).

Напряжение термопары при нижней уставке температуры (Т=10^oC) выбирается из таблицы (приложение 4):

U₁=0,507мВ=0,000507В.

Напряжение термопары при верхней уставке температуры (Т=60^oC) выбирается из таблицы (приложение 4):

U₂=3,115мВ=0,003115В.

Параметры операционного усилителя (ОУ) R₁ и R₂ рассчитываются исходя из формулы , выходное напряжение для верхней уставки температуры принимается равным U_вых.2=10В, U_вх=U₂=0,003115В, исходя из этого рассчитываются параметры резисторов R1, R2. Cопротивление R₁ принимается равным 1Ом, следовательно:

R₂=10/0,003115=3210Ом=3,21кОм.

Коэффициент усиления рассчитывается из соотношения:

К= R2/R1=3210/1=3210.

Если на вход поступает напряжение, соответствующее нижней уставке температуры U_вх=U₁=0,000507В, тогда U_вых.1=0,000507*3210=1,62В.

Параметры делителя напряжения (компаратора) при верхней и нижней уставках температуры R₃,R₄,R₅,R₆ рассчитываются по формуле:

U_{вых. верхн.}=10В;

U_{вых. нижн.}= 1,62В;

U_пит.вх.=15В;

Значения резисторов R₃…R₆ принимаются следующими. Для делителя напряжения на ОУ3 при верхней уставки температуры:

R₄=1кОм; R₃= R₄* U_пит.вх./ U_{вых. верхн.}; R₃=(1000*15/10)-1000=500Ом;

Для делителя напряжения реализованного на ОУ4 при нижней уставки температуры:

R₆=0,5кОм;R₅=(500*15/1,62)-500=4,13кОм.

R₃=500Ом, R₄=1кОм, R₆=0,5кОм, R₅=4,13кОм.

R₇ и R₈ принимаются равными 1кОм.

2) Пример расчета параметров схемы системы сигнализации для типа датчика «терморезистор» (T=10 ^оC - 50 ^oC):

Сопротивление терморезистора при нижней уставке температуры (Т=10^oC) выбирается из таблицы (приложение 4):

R₁₀=103,9Ω

Сопротивление терморезистора при верхней уставке температуры (Т=50^oC) выбирается из таблицы (приложение 4):

R₅₀=119,4Ω

Токи протекающие через терморезистор при верхней или нижней уставках температур рассчитываются по формуле:

;

Ток протекающий через терморезистор при достижении нижней уставки температуры:

;

Ток протекающий через терморезистор при достижении верхней уставки температуры:

;

В качестве напряжения подаваемого на терморезистор принимаем стандартное напряжение питания U=5В.

Напряжение на выходе ОУ рассчитывается по формуле Uвых =

Принимаем значение выходного напряжения при нижней уставке температуры U₁₀ вых = 13 В.

Рассчитывается сопротивление ОУ: .

Выходное напряжение при верхней уставке температуры будет равно:

Параметры делителя напряжения при верхней и нижней уставках температуры (R₃,R₄,R₅,R₆) рассчитываются так же, как и для схемы с термопарой.