Разработка мини-станции для автоматического управления насосом (стр. 2 из 6)
Триггерное реле уровня (рис. 1.3.8). Датчики реле питаются переменным током. В реле применен несимметричный триггер с эмиттерной связью на транзисторах Т1 и Т2.
При уровне жидкости ниже электродов датчиков цепь переменного тока, составной частью которой является жидкость, разомкнута. Транзистор Т2 открыт и ток эмиттера создает падение напряжения на резисторе R2, поддерживающее транзистор Т1 в закрытом состоянии (первое устойчивое состояние триггера). Реле Р (типа КМ, Iсраб = 24 мА) срабатывает, контакты Р2 замыкают цепь электродвигателя насоса, подающего жидкость в резервуар. Контакты Р' разрывают цепь переменного тока нижнего датчика Дн.
Рис. 1.3.8. Триггерное реле уровня
В момент соприкосновения жидкости с электродом датчика верхнего уровня Дв его цепь переменного тока замыкается.
Выпрямленное диодами Д1 и Д2 напряжение подается на вход триггера. Он переходит во второе устойчивое состояние: транзистор Т1 открывается, а Т2 закрывается. Реле Р, отпуская якорь, замыкает контакты цепи нижнего датчика Р1 и размыкает контакты цепи управления Р2. Электродвигатель насоса останавливается.
Реле уровня, основанное на измерении проводимости по переменномутоку (рис. 1.3.9). Если уровень жидкости не достигает электродов Э1 и Э2, выполняются условия самовозбуждения блокинг-генератора на транзисторе Т1. Ток коллектора протекает по резистору R2 и повышает напряжение на базе транзистора Т2. На эмиттере транзистора Т2 в это время более низкое напряжение из-за делителя R3R4. Поэтому транзистор Т2 оказывается закрытым, ток в реле Р (типа PC-13, Iсраб=37 мА) не поступает.
При замыкании электродов через жидкость генерация срывается, ток коллектора транзистора Т1 протекающий через резистор R2, уменьшается, смещение базы транзистора Т2 возрастает, транзистор переходит в режим насыщения и реле Р срабатывает.
Рис. 1.3.9. Реле уровня, основанное на измерении проводимости по переменному току
Датчик прибора потребляет малую мощность (25 мВт) при малом напряжении; его можно вынести на большие расстояния (до 150 м). Изменением числа витков обмотки III сигнализатор может быть настроен для работы с жидкостями, имеющими различную проводимость.
При числе витков обмоток I, II и III, равном 120, датчик срабатывает при сопротивлении жидкости между электродами 6 кОм и менее.
Для изготовления трансформатора можно применить магнитопровод из двух ферритовых колец марки М2000НМ с наружным О21 и внутренним О11 мм; провод – ПЭВ-1 0,1.
Фотореле уровня. Действие его основано на измерении светового потока, падающего на фоточувствительный элемент (приемник), при изменении оптических свойств среды, находящейся в прозрачном сосуде между источником света и фоточувствительным элементом.
На рис. 1.3.10 приведена схема простого регулятора уровня, в котором используются фотодиод Д1 или фоторезистор (ФСА-1) и миниатюрная лампа накаливания Л1.
Рис. 1.3.10. Регулятор уровня
Реле настраивают таким образом, чтобы при уровне, расположенном ниже пучка света, поступающего на фотодиод, реле Р1 (типа РПН, Rобм = 5000 Ом) было включено и контакты Р11 в цепи обмотки промежуточного реле Р2 (типа МКУ-48, Rобм = 1200 Ом, Iсраб = 14 мА) разомкнуты. При подъеме уровня выше пучка света освещенность фотодиода уменьшается, реле Р1 выключается и контакты Р11 включают реле Р2. Зажигается сигнальная лампа Л2, и включается сирена. Одновременно контакты Р22 разрывают цепь питания обмотки магнитного пускателя ПМ, управляющего работой насоса.
Тепловое реле уровня. Различие коэффициентов теплопроводности различных сред позволяет построить тепловые реле уровня.
Реле (рис. 1.3.11) представляет собой неуравновешенный мост, в два плеча которого включены термочувствительные элементы R8 и R9. Каждый из них состоит из пяти последовательно включенных терморезисторов ММТ-4, КМТ-4 или КМТ-10 с сопротивлениями по 2 кОм (при t=20°С).
Рис. 1.3.11. Тепловое реле уровня
Помещенные в жидкость, уровень которой регулируется, термочувствительные элементы нагреваются до температуры, несколько большей, чем температура жидкости. Когда резисторы R9 и R8 находятся в жидкости, мост сбалансирован и реле Р выключено. Как только уровень станет ниже термочувствительного элемента R8, его температура возрастает (сопротивление R8 при этом уменьшается), мост разбалансируется и реле Р сработает, включив сигнализацию и промежуточное реле привода насоса.
Сопротивление резистора R1 подбирается в зависимости от среды, уровень которой регулируется, и от типа выбранного реле (например, можно применить реле РЭС-15, имеющее Rобм = 160 Ом).
Реле уровня жидкостей с относительной диэлектрической проницаемостью ε= 2,0÷3,5 (масло, дизельное топливо, бензин, керосин, скипидар и т. п.) в резервуарах открытого или закрытого типа при давлении до 2 • 106 Па. Допустимая погрешность срабатывания – не более ±5 мм относительно оси датчика.
В основе работы реле – явление резкого увеличения емкости между трубками датчика в ε2/ε1| раз при заполнении их жидкостью через продольную прорезь во внешней трубке (ε2 и ε1 – соответственно относительные диэлектрические проницаемости контролируемой жидкости и воздуха).
Рис. 1.3.12. Реле уровня жидкости
Датчиком уровня служит цилиндрический конденсатор (рис. 1.3.12), обкладками которого служат две коаксиально расположенные никелированные трубки, изолированные гетинаксовой шайбой.
Внешняя трубка датчика соединена с корпусом резервуара, а внутренняя – с электронным блоком при помощи коаксиального кабеля. Плечи моста электронного реле уровня состоят из ёмкости датчика Сдат, соединенного последовательно с разделительным конденсатором С5, подстроечного конденсатора С9, включенного параллельно конденсатору С6, и участков 3–4 и 4–5 обмотки II трансформатора Tp1. Суммарная емкость конденсаторов С6 и С9 выбирается средней между максимальном и минимальной емкостям датчика, т. е. Сдат min<C6+C9 <Cдат max.
Если уровень контролируемой жидкости ниже уровня установки датчика, то емкость между трубками минимальна:
Cдат minC5/Cдат min+C5<C6+C9.
В этом случае возникают обратная связь и, следовательно, генерация. Транзистор T3 открыт, на его коллекторе нулевое напряжение, а транзистор T4 закрыт, и ток в обмотке реле Р отсутствует.
Если уровень контролируемой среды достигает уровня установки датчиков, то емкость между трубками Сдатmax = ε2Сдатmin/ε1.
Емкость последовательно соединенных Сдат max и С5 становится больше емкости параллельно включенных конденсаторов С9 и С6, т. е.
Cдат minC5/Cдат min+C5>С6+С9.
Возникает ООС, и происходит срыв генерации. Транзистор T3 закрывается, на его коллекторе образуется отрицательное напряжение 10 В, транзистор T4 открывается. Реле (типа РЭС-10, Rобм = 630 Ом, Iсраб = 22 мА) срабатывает, сигнализируя о превышении уровнем номинального значения. Трансформатор Тр выполнен на ферритовом кольце М2000НМ 14x6x6. Обмотка I содержит 50 витков, II– 80 + 80 и III– 25 витков провода ПЭЛШО 0,88. Диаметр внешней трубки цилиндрического конденсатора датчика уровня 26 мм, диаметр внутренней трубки 16 мм, длина трубок 120 мм, толщина 1 мм. Емкость датчика в воздухе Сдатmin = 45 пФ.
2. Разработка схемы электрической принципиальной
2.1 Принципы схемотехнического конструирования устройства
Сделав анализ технического задания приходим к следующим принципам схемотехнического построения схемы насосной станции:
1) в состав схемы должен входить сетевой источник питания;
2) в состав схемы должны входить три датчика уровня жидкости, обеспечивающие контроль уровня жидкости в колодце, верхнего и нижнего уровня заполняемой ёмкости;
3) схема должна содержать устройство управления;
4) в состав схемы должен входить силовой коммутационный каскад;
5) в состав схемы должны входить элементы индикации;
6) в схеме должен быть предусмотрен ручной и автоматический режимы работы;
7) в схеме должна быть предусмотрена гальваническая развязка силового каскада от основного устройства управления, для исключения помех в цепях источника питания устройства управления при работе силового каскада.
Используя все выше изложенные принципы мной предлагается схема электрическая принципиальная станции для автоматического управления насосом, приведенная в разделе приложение на КРТС.261430.000 Э3.
2.2 Выбор элементной базы проектируемого устройства
При выборе элементной базы следует руководствоваться нижеизложенными правилами.
Выбор транзисторов
При выборе типа транзисторов должны выполнятся следующие условия:
1) Uк<Uк max. доп.;
2) Iк<Iк max. доп.;