3. Монтаж и настройка электронной части

Вы здесь

В авторском варианте БИТВ и БУПВС выполнены на макетных платах, блок питания собран на двухсторонней печатной плате и остальные узлы выполнены навесным монтажом. В качестве корпуса выбран пластмассовый корпус заводского изготовления с размерами 320х280х140 мм. Все органы управления размещены на лицевой панели, все силовые элементы (разъемы, держатель предохранителя, выключатель питания, контрольные гнезда и т. д.) размещены на задней панели корпуса. Для повторения конструкции не обязательно жестко придерживаться авторских рекомендаций, это дано в качестве ориентира, которое дает простор для творчества при монтаже. Другим аргументом является применение доступных деталей и материалов, которые имеются в наличии у читателей. Но, несмотря на предоставленную свободу действий, все-таки придется выполнить некоторую очередность операций по монтажу и настройке электронной части, комплексной отладке электроники, датчиков и механики.

Сначала монтируется блок питания. Вторичная обмотка сетевого трансформатора T1 (см. рис. 2) должна обеспечивать напряжение порядка ~15…16V на холостом ходу, а после выпрямления и сглаживания на входе стабилизатора (рис. 5) напряжение должно составить +20…22V

Далее проверяют и настраивают узел зарядки аккумулятора. Для этого измеряют напряжение на выходе стабилизатора DA1 и при вращении движка R3 смотрят на показания вольтметра, он должен показывать 3…16V, при необходимости уточнить номинал резистора R2. Управление режимом зарядки аккумулятора определяется параметрами делителей R13, R14 (опорное напряжение для сравнения) и R17, R18 (текущее напряжение на аккумуляторе). Ток через эти делители следует выбрать равным 0,2…0,5 mA, величину опорного напряжения следует задать величиной 5V. Для делителя R17, R18 следует задать ток 0,2 mA и выходное напряжение равное 4,9V при заряженном аккумуляторе до величины 12,6V. Вычисленные значения для резисторов делителей имеют следующие значения: R13=32,67 kOhm, R14=23,3 kOhm, R17=37,89 kOhm, R18=24,11 kOhm. Для облегчения настройки допустимо применить для R13 и R14 резисторы с точностью +/-5% (т. е. R13=33 kOhm и R14=24 kOhm) а взамен R17 и R18 применить подстроечный резистор с номиналом 62 kOhm, где положение движка определяется экспериментально, в процессе настройки.

Цепь положительной обратной связи R19, R22 для компаратора обеспечивает ширину гистерезиса 0,3…0,4V между включением и отключением заряда. Для более широкого гистерезиса необходимо уменьшить номинал R22 до 100 kOhm, более точную величину определяют экспериментальным путем. Цепь положительной обратной связи для узла индикации заряда должна иметь схожие параметры, т. е. R19=R30, R22=R31.

Работа узел контроля сетевого напряжения тоже зависит от параметров делителя R15, R16 выходное напряжение которого ниже на 0,5…0,6V чем напряжение стабилитрона VD12. Ток через делитель R15, R16 составляет 0,2…0,5 mA и вычисленные значения резисторов делителя составляют: R15=46,5 kOhm, R16=15,5 kOhm. Рабочий ток через стабилитрон VD12 выбран равный 12…15 mA, вычисленное значение для резистора R27=1,51 kOhm. Время задержки срабатывания компаратора DA3.2 определяется величиной емкости конденсатора C9 и сопротивления R28, для практических целей достаточно порядка 10…15 секунд. Следует выбрать емкость C9=470F, а для резистора R28=12…100 kOhm, где более точное значение подбирается экспериментально (время срабатывания компаратора DA3.2 должно составить 10…15 секунд с момента отключения блока питания от сети).

Для получения частоты преобразования 20 кГц параметры времязадающих элементов составляют: C2=5100 pF, R4=10 kOhm. Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом кольце К12х8х4, где первичная обмотка имеет 30 витков провода ПЭВ-0,3 и вторичная 35 витков ПЭВ-0,25. Перед намоткой кольцо следует обмотать полоской лакоткани во избежание повреждения лака обмоточного провода. Изоляция между обмотками желательна, лишь бы хватило места на тороидальном сердечнике. Если напряжение на входе стабилизатора напряжения DA4 отличается от +15V то придется домотать или отмотать часть витков от вторичной обмотки. Подстройка напряжения +9V на выходе DA4 выполняется резистором R29 по методике аналогичной выше (для стабилизатора DA1).

Закончив отладку блока питания приступают к проверке и настройке БИТВ (см. рис. 2). Вначале проверяют делитель образцовых напряжений R2, R3, R4 на соответствие выходных напряжений 1V (выход с участка R3, R4) и 6V (выход с участка R2, R3) по отношению к земле. Вычисленные значения резисторов делителя составляют: R2=2,79 kOhm, R3=4,51 kOhm, R4=901,1 Ohm. Чтобы было менее хлопотно с подбором резисторов при настройке следует выбрать R3 и R4 с точностью +/-1% или +/-0,5% а резистор R2 подбирать более точно в процессе настройки.

Резисторы для преобразователей ток/напряжение (DA2.1, DA3.1) необходимо подобрать с точностью +/-2%. Ток через датчики температуры выбран равным 100 uA с целью наименьшего саморазогрева корпуса термодатчика и регулируется подстроечным резистором R12 (для второго канала R14).

Усилитель постоянного тока (DA2.4, DA3.4) рассчитан на коэффициент усиления Ku=50…100 с возможностью подстройки. Большинство датчиков на основе P-N перехода имеют чувствительность порядка 1…2 mV/C и имеют ощутимый разброс в пределах одной партии, поэтому каждый датчик калибруется индивидуально в составе своего канала. Если есть возможность, то следует выбрать из одной партии два термодатчика с близкими параметрами. Автор применил методику замера падения напряжения на P-N переходе датчика при 0C и при температуре 50C (100C), где ток через переход стабильный и имеет фиксированное значение (100…200 uA), после чего отбирались два экземпляра датчиков с близкими характеристиками. Компенсация напряжения смещения при 0C выполняется делителем R19, R22, R25 (для второго канала R20, R24, R26), напряжение на ползунке подстроечного резистора R22 (R24) изменяется в пределах 0,56…0,9V и расчетные значения резисторов составляет: R19=R20=91 Ohm, R22=R24=330 Ohm, R25=R26=560 Ohm. Для проведения калибровки необходимо вспомогательное оборудование и приборы: термос со льдом, термостатированная камера, контрольные термометры с пределами -30…+20C и 0…50C с разрешением 0,1C. Своеобразный “ход конем” представляет решение данного вопроса посредством двух плат БИТВ, где канал сухого термометра первой платы служит для поддержки температуры в камере на уровне 50C, а другая плата настраивается согласно описанной методике ниже. Потом платы БИТВ меняются местами и настраивается вторая плата. В крайнем случае, вместо термостатированной камеры допустимо применяется сосуд с кипящей водой, где надо учитывать и атмосферное давление на момент калибровки и температуру кипения необходимо контролировать точным термометром с пределами измерения 50…100C с разрешением не хуже 0,1C (в этом случае калибровку верхнего предела температуры производят при 100C). Автор применил для калибровки термометры типа ТЛ-4 с вышеупомянутыми интервалами температур, а в качестве термостатированной камеры (рис. 9) была склеена коробка из картона с внутренними размерами 300х300х400 mm, с внешней стороны камера обклеена листами из пенопласта толщиной 30 mm. Внутри термокамеры со стороны задней стенки установлен нагреватель на 50W и вентилятор от компьютерного блока питания. В верхней части корпуса проделано отверстие для термометра с таким расчетом, чтобы он входил с натягом. Для термодатчиков в передней стенке сделано приспособление типа выдвижной ящик, который обеспечивает размещение датчиков и баллона термометра со ртутью примерно в центре камеры в задвинутом состоянии.

Рис. 9. Эскиз испытательной термокамеры для калибровки датчиков.

Изначально датчики опускают в термос с водой и льдом, избегая полного погружения датчиков в воду (их надо погрузить наполовину). После выжидания 5…8 минут (необходимо для выравнивания температуры между льдом и корпусом датчика) с помощью высокоточного вольтметра измеряют напряжение между выходом DA2.4 (для второго канала DA3.4) и DA3.2. Вращением оси подстроечного резистора R22 (для второго канала R24) добиваются нулевых показаний вольтметра. Затем датчики переносятся в термокамеру и после истечения 10…15 минут вращением оси подстроечного резистора R33 (для второго канала R36) добиваются показаний вольтметра равного 5V (коэфициент преобразования должен составить 1V на каждые 10C). Данную процедуру калибровки следует повторить 3…4 раза, пока положение ползунков подстроечных резисторов не будет изменяться при подстройке. В качестве высокоточного вольтметра рекомендуется применить комбинированный вольтметр с сетевым питанием типа В7-38 или В7-40 (последний тип прибора предпочителен, так как он позволяет измерять и постоянный ток) или другой, аналогичный по характеристикам. Не рекомендуется применять для настройки мультиметры с батарейным питанием, например типа DT890 или ему аналогичный в виду более низкой точности и стабильности результатов измерений (разряд батареи в мультиметре за время настройки будет значительным, который повлияет на результат калибровки).

Компаратор узла сравнения температуры для обоих каналов содержат цепь положительной обратной связи, которая обеспечивает гистерезис шириной 0,15…0,2V, который необходим для устойчивой коммутации нагревателя без “дребезга”. При необходимости ширину гистерезиса можно регулировать изменением номинала резистора R39 (для второго канала R41). Значение пороговой температуры задается делителем R29, R35, R40 (для второго канала R31, R38, R42) и значения выходного напряжения с ползунка переменного резистора R35 лежит в пределах 4,6…5,0V (по отношению к земле) для температур 36,0…40,0C. Для канала влажного термометра переменный резистор задает интервал напряжений 3,6…4,6V (по отношению к земле) для температур в пределах 26,0…36,0C. Вычисленные значения резисторов делителей составляют: R29=4,11 kOhm, R35=390 Ohm, R40=4,6 kOhm, R31=4,4 kOhm, R38=1 kOhm, R42=3,6 kOhm. По конструктивным соображениям следует вынести переменные резисторы R35 и R38 на лицевую панель блока электроники, так как в процессе работы приходится оперативно подстраивать величину поддерживаемой температуры.

Нижний предел температуры для сигнализации можно регулировать в пределах 34,0…36,0C и задается делителем R9, R15, R17 (напряжение на ползунке резистора R15 составит 4,4…4,6V по отношению к земле). Верхний предел температуры для сигнализации можно регулировать в пределах 38,5…39,5C и задается – делителем R10, R16, R18 (напряжение на ползунке резистора R16 составит 4,85…4,95V по отношению к земле). Для указанных пределов напряжений расчетные значения резисторов делителей составят: R9= 4,49 kOhm, R15= 220 Ohm, R17= 4,39 kOhm, R10= 4,09 kOhm, R16= 220 Ohm, R18= 4,79 kOhm.

В БУПВС (см. рис. 4.) настройка сводится к получению с выхода генератора импульсов (DD2.1) сигнала с периодом T=0,439453 секунд (C7, C8, R1, R3 - грубая настройка и R2 - точная настройка), который после деления в счетчике DD4 вырабатывает нужные интервалы времени для поворота и периода увлажнения, а в счетчике DD3 интервал времени для сигнализации отсуствия поворота более 1 или 2 часов.

Параметры Длительность выходного сигнала одновибратора на DD2.2 составляет 1,5…5 секунд (C11 грубая настройка, R9 точная настройка). Для удобства эксплуатации резистор R9 рекомендуется вынести на лицевую панель блока управления.