2. Описание электрической схемы

Вся схема блока управления (рис. 2) разбита следующим образом: U1, U2, A1…A7, R1…R4 размещены на первой плате (БИТВ), D1…D7, A8, A9 на второй плате (БУПВС) и блок питания A11 на третьей плате. Блоки A10…A13, элементы коммутации и индикации размещены и выполнены объемным монтажом в корпусе.

Рис. 2. Схема электрическая инкубатора А-120Б.

Все платы размещены в отдельном корпусе, где внешние соединения между платами, датчиками и исполнительными устройствами выполнены посредством разъемов. Данное решение вызвано необходимостью оперативной замены неисправной платы блока управления исправной платой за считанные минуты, что позволяет обеспечить страховку в критических ситуациях.

Измерение температуры в канале сухого и влажного термометров (рис. 3) основано на зависимости падения напряжения на P-N переходе от температуры при фиксированной величине тока (на схеме в качестве датчиков температуры изображены диоды VD2 и VD3). За основу взята схема из [3], где был доработан узел стабильного тока, а схема усилителя постоянного тока переведена на однополярное питание и был разработан блок образцовых напряжений. В узле стабильного тока токоограничивающий резистор был заменен генератором стабильного тока на ОУ (DA2.2, DA3.2), за основу взята схема изображенной на рис. 2.7б. из [4], которая также переведена на однополярное питание. В усилитель постоянного тока (ОУ DA2.4, DA3.4) тоже были внесены изменения по цепи смещения уровня напряжения.

Рис. 3. Схема электрическая блока измерения температуры и влажности

Включение компаратора напряжения (DA4.3, DA4.4) стандартное, работающие на усилитель (VT2) с оптронной нагрузкой. В оптронный узел (VU1) для управления симистором внесена доработка: в коллектор транзистора параллельно светодиоду включен резистор R48. Это связано с тем, что при погашенном светодиоде цепь коллектора оказывается разорванной и это ведет к неконтролируемому включению оптрона под воздействием помех, несмотря на выключенное состояние транзистора. Включение резистора исключает разрыв цепи при погашенном светодиоде и цепь коллектора делает оптрон менее восприимчивым к наводимым импульсным помехам.

В большинстве схем терморегуляторов питание осуществляется интегральными стабилизаторами серии КР142, где зачастую они применяется и для питания измерительных мостов с датчиками температуры. Подобное решение вызывает погрешность работы схемы, особенно для ситуации, когда потребление тока в схеме изменяется скачками (например, включение или выключение сильноточных реле), которые влекут за собой изменение порога образцового напряжения для компаратора. Поэтому получить точность поддержки температуры лучше, чем 0,3…0,4C сложно. С другой стороны изменение окружающей температуры также влияет на точность поддержки температуры, ухудшая еще на 0,05…0,1C.

Для уменьшения зависимости от скачков напряжения в сети, температуры и влияние тока нагрузки применена двойная стабилизация образцового напряжения. Для уменьшения влияния внешней температуры в параметрическом стабилизаторе применен прецизионный стабилитрон типа КС191Ф с наименьшим ТКС (0,0005%/К). Для устранения взаимного влияния цепей нагрузок и на параметрический стабилизатор напряжения применены усилители-повторители DA1.1…DA1.4.

Напряжение +9,1V служит в качестве опорного для преобразователей U/I и делителей. Усилитель DA1.1 обслуживает цепи канала сухого термометра, DA1.2 – цепи канала влажного термометра и DA1.4 – цепи оконного компаратора температуры. На выход DA1.2 дополнительно подключен делитель с отводами на 6V и 1V. Напряжение 6V создает потенциал “искусственная земля” для преобразователей U/I, напряжение 1V выполняет роль опорного напряжения для регулировки смещения усилителей DA2.4 и DA3.4, а также служит в качестве “общий” для клеммы входа “COM” вольтметра-индикатора температуры.

Оконный компаратор состоит из двух компараторов DA4.1 и DA4.2, включенных по стандартной схеме, с учетом специфики однополярного питания. Делители для задания верхнего и нижнего порога температуры сигнализации аналогичны тем, которые задают пороговую температуру регулирования в канале сухого и влажного термометров.

В БУПВ (рис. 4) генератор импульсов выполнен на DD2.1 с возможностью подстройки периода. Счетчик-делитель для поворота и сигнализации поворота выполнены на DD3 и DD4 типа К561ИЕ16. Применение указанного типа счетчиков вызвано необходимостью дискретной регулировки временных характеристик поворота, увлажнения и сигнализации поворота. Время поворота задается установкой перемычки в контакты “13”…“16” коммутационного поля, время сигнализации поворота задается установкой перемычки в контакты “1”…“4” и период увлажнения задается установкой перемычки в контакты “5”…“12”. Резисторы R6 и R8 служат для исключения на входах элементов DD1.2 и DD5.2 подвешенного состояния (обрыва) в момент перестановки перемычек.

Рис. 4 Схема электрическая блока поворота, увлажнения и сигнализации.

Узел увлажнения выполнен на DD1.2, DD2.2, VT2. На DD2.2 выполнен одновибратор запускаемый по фронту, где длительность открытия электроклапана задается подстроечным резистором R9.

Узел сигнализации состоит из логики управления на DD5.1…DD5.3 и звукового генератора на DD1.3, DD1.4 нагруженного на пьезоэлектрический излучатель. При необходимости звуковую сигнализацию можно отключить выключателем SA2, соединенного между X1.1 и общим проводом (см. рис. 2).

Управление узлом поворота производится с помощью контактов реле K1.1 (см. рис. 4), где положение контактов определяет направление поворота лотков.

Блок питания (рис. 5) состоит из выпрямительного моста на VD1…VD4, стабилизатора напряжения +12V на DA2, узла формирования тока заряда аккумулятора на DA1, узла сравнения на DA3.3, электронного ключа зарядки на VT1 VT2, узла индикации заряда аккумулятора на DA3.4, узла сигнализации напряжения сети на DA3.2 и маломощного преобразователя напряжения на, выполненного на DA3.1, VT3, T1 и DA4.

Рис. 5. Схема электрическая принципиальная блока питания с резервированием.

Узел формирования тока заряда аккумулятора представляет стабилизатор напряжения с регулируемым выходом, где величина тока заряда образуется за счет разницы напряжений на аккумуляторе и выхода стабилизатора. Выходное напряжение стабилизатора на DA1 регулируют с помощью резистора R3.
Узел сравнения служит для сравнения напряжения на делителе R13, R14 стабилизатора +12V и на делителе аккумулятора R17, R18 и вырабатывает управляющий сигнал для включения/выключения электронного ключа зарядки в зависимости от знака разницы напряжений между аккумулятором и делителя R13, R14.
Узел индикации заряда аккумулятора предназначен для указания режима аккумулятора заряд/хранение и особых примечаний не имеет.

Узел сигнализации напряжения в сети введен в схему блока питания в качестве дополнительного сервиса и его работа основана на сравнении напряжения RC цепочки C9, C10, R28 и делителя R15, R16. Если напряжение в сети отсутствует, то компаратор DA3.2 зафиксирует UR15R16>UVD12 и выдаст открывающий сигнал на транзистор VT4, у которого в цепь коллектора включен пьезоэлектрическая сирена (подобные устройства применяются в системах оповещения и сигнализации) или обмотка реле на 12 V, контакты которого управляют электрическим звонком. Если напряжение в сети присутствует, то компаратор DA3.2 зафиксирует UR15R16

Преобразователь напряжения выполнен на компараторе DA3.2, VT3, трансформаторе T1, выпрямителе VD10, C7, C8 и стабилизатор DA4. Резистор R29 служит для подгонки выходного напряжения DA4 с точностью +/-0,1V.
Стабилизатор напряжения 12V выполнен по стандартной схеме с дополнительным резистором для подгонки выходного напряжения с точностью +/-0,05V.

В качестве аккумулятора GB1 применен герметический свинцовый аккумулятор емкостью 2 A•h, который обеспечит питание электронной части на протяжении 2…3 суток. Применение аккумулятора большей емкости, например автомобильного с емкостью 55 A•h встречает затруднения, так как компоненты узла формирования тока заряда в лучшем случае обеспечивает ток зарядки до 1 А. Если пользователя устраивает более длительное время заряда аккумулятора (48…72 часов) с меньшим током, то данная схема вполне подойдет.

В силовой части (рис. 6) для управления нагревателя EK1 и увлажнителя Y1 применено оптронное управление симистором по стандартной схеме. Резисторы R1 и R3 служат для ограничения тока оптодинистора, а R2 и R4 устраняют ложные включения симсторов VS1 и VS2 при отключении нагрузок.

Рис. 6. Схема силовой части с сетевым питанием.

Расположение концевых датчиков схемы управления поворотом лотков показано в составе упрощенной кинематической схемы (рис. 7). Лотки 5 составляют в единую конструкцию в виде барабана, которая вращается на оси 6. На заднем торце оси 6 зафиксировано зубчатое полуколесо 4 с выступом 3, которое надавливает на концевой датчик SQ1 (для горизонтального положения), а боковые поверхности колеса надавливают на концевой датчик SQ2 (крайнее левое положение) и SQ3 (крайнее правое положение). Поворот осуществляется через зубчатую передачу 2 от двигателя со встроенным редуктором 1.

Рис. 7. Расположение концевых датчиков для управления поворотом.

Переключение направление поворота задается положением контактной группы реле K1 (см. рис. 4), которая перебрасывается с периодом 1 час (2 часа) для автоматического режима. В ручном режиме поворот осуществляется переводом в противоположное положение переключателя SА2 (см. рис 6). Фазировку обмоток двигателя надо выбрать образом, чтобы цепь питания двигателя размыкалось тем концевым выключателем, к которому приближается боковая поверхность зубчатого колеса при повороте.
Для перевода лотков в горизонтальное положение необходимо перевести в нижнее положение выключатель SА1 (см. рис. 6) и перевести SА2 в противоположное положение. При движении лотков (см. рис. 7) к противоположному положению выступ 3 полуколеса 4 надавит на концевой переключатель SQ1 и разомкнет цепь питания двигателя поворота. При необходимости полную блокировку поворота производят выключателем SА3.
Для ситуаций, когда в электроснабжении есть перебои, питание силовой части можно перевести на питание от аккумулятора (рис. 8).

Рис. 8. Схема силовой части с аккумуляторным питанием.

Для возможности ручного поворота в цепь реле K1 БУПВС внесены изменения: введен переключатель S1’ для режима “Автоматический/ручной” и S2’ для смены направления поворота (доработка выделена прерывистой линией). Соответственно нагреватель, электроклапан увлажнения, вентилятор для конвекции и двигатель поворота должны быть предусмотрены для постоянного напряжения +12V, а для аккумулятора должно быть предусмотрено устройство подзарядки, аналогичное узлу подзарядки в составе блока питания рассмотренного выше. Управление нагревателем и элетроклапаном увлажнения для совместимости с сетевым вариантом оставлено оптронным, кроме того, помехоустойчивость лучше по сравнению с релейным управлением (нет искрения в моменты включение/отключение нагревателя).