2. Лабораторная установка

Лабораторная установка представляет собой систему автоматического регулирования с двухпозиционным регулятором.

Объектом регулирования является термостат для нагрева небольших изделий, например, транзисторных сборок, тиристоров и т.п. Термостат представляет собой тонкостенный алюминиевый сосуд, на внешней поверхности которого уложены витки электрического нагревателя сопротивления. Нагреваемой средой в термостате служит либо воздух, либо трансформаторное масло. Нагрузку термостата можно изменять ступенчато, включая или отключая вентилятор для обдува термостата.

В нагреваемую среду помещают изделие, подвешивая его изнутри к крышке термостата.

Термостат снабжён двумя малогабаритными полупроводниковыми датчиками температуры. Датчик температуры изделияq_днаходится в термическом контакте с изделием. Датчик температуры средыq_срсостоит в контакте со средой. Оба датчика подключены ко входам электронных схем термометров, снабжённых показывающими приборами, отградуированными в единицах температуры.

Функционально-принципиальная схема САР лабораторной установки изображена на рис. 4.

Сигнал с выхода датчика температуры изделия q_дпоступает кроме схемы термометра на электронный релейный элемент, обладающий зоной возвратаDq_в, в котором сравнивается с заданной температуройq_зд. Если температура датчикаq_дменьше(q_зд - Dq_в/2),релейный элемент включает ключКв цепи питания нагревателя. Если температураq_дбольше(q_зд + Dq_в/2),релейный элемент через ключКотключает нагреватель. Включение и отключение нагревателя сопровождается появлением светового и звукового сигналов.

Описанная САР с электронным релейным элементом может быть настроена на разные заданные температуры и на весьма малые колебания температуры в автоколебательном режиме. Однако в учебных целях для облегчения проведения опытов и лучшего понимания процессов, происходящих в двухпозиционном регуляторе, зона возврата релейного элемента сделана большой, составляющей примерно 1/3 от среднего значения поддерживаемой температуры, а заданное значение температуры нерегулируемым.

Внешний вид лабораторной установки показан на рис. 5. Назначение отдельных элементов ясно из подрисуночной подписи. Для приведения лабораторной установки в рабочее состояние блок управления соединяется кабелями со штепсельными разъёмами с объектом и блоком питания.

3. Выполнение работы

1. Подготовить САР к работе, для чего:

соединить объект, блок управления и блок питания;

выключить термостат и вентилятор;

подать напряжение, включив блок питания.

По выполнении этих операций должен загореться светодиод«Нагрев»,однако термостат нагреваться не будет, поскольку его питаниеU_п отключено тумблером«Термостат».

2. Одновременно перевести тумблер «Термостат»в положение«Вкл»и пустить секундомер. Через каждые 10 с записывать показания термометров«Температура датчика»и«Температурасреды».Особо отметить момент времени (точкаt₂на рис. 3), когда автоматически отключится нагрев, и температуру по обоим приборам в этот момент. При отключении нагрева загорится светодиод«Охлаждение»и звякнет колокольчик.

3. Продолжать непрерывный отсчёт десятисекундных интервалов времени и показаний по шкалам термометров. Как и при нагреве, особо отметить момент времени, когда произойдёт повторное включение на нагрев (точка t₃ на рис. 3). В этот момент включится светодиод«Нагрев»и раздастся звуковой сигнал.

4. Продолжать непрерывные отсчёты десятисекундных интервалов, запись показаний термометров и отметки в моменты переключения, чтобы всего получить три участка кривых при нагреве и два при охлаждении.

5. По полученным результатам вычертить графики, аналогичные показанным на рис. 3, и графически найти среднюю температуру нагрева q_среднна участке автоколебательного режима. Для вычисленияq_среднудобно строить графики на миллиметровой бумаге, на которой легко измерить указанные выше площади.

6. По графику изменения температуры датчика определить значение установленной температуры задания q_зди сравнить его со значением средней температурыq_средн.

7. Повторить опыты, предварительно включив вентилятор и охладив термостат до температуры окружающей среды. Эту серию опытов провести со включённым вентилятором, что будет соответствовать повышенной нагрузке на объект. Построить графики и вычислить среднюю температуру q_среднпри этой нагрузке.

8. Сравнить между собой полученные значения q_средни сделать выводы о влиянии нагрузки на эту величину.