Дата публикации: "15 апреля 2012"

Дребезг в коммутации нагревателя инкубатора

На данную публикацию меня подтолкнула давняя проблема, которая более шести лет была законсервирована для меня и связана со стабильностью работы терморегуляторов для инкубаторов (в основном бытовых и фермерских вместимостью до 700 яиц). Изначально я ее не усек сразу при лабораторных испытаниях, она всплыла только при эксплуатации на реальном объекте. Проблема выражалась в том, что поддерживаемая температура «ползла» вверх и вниз по необъяснимым для начала причинам. Временно от этой проблемы я ушел, применив микроконтроллеры со специально написанными программами, которые сглаживали проблему. Но очень много заказчиков хотели боле дешевый и простой терморегулятор, и мне пришлось вернуться к аналоговым терморегуляторам. В этом году провел целый ряд испытаний и экспериментов, результаты которых легли в основу своеобразного отчета за проделанную работу. Что из этого получилось, судите сами.

Дребезг в коммутации нагревателя инкубатора
Весь сыр-бор загорелся еще 6 лет назад по одной банальной причине. По заявке одного моего знакомого изготовил блок электроники для его самодельного инкубатора (корпус на 600 яиц, изготовленный по публикации в журнале «Моделист-Конструктор» 80-х годов). Когда испытывал терморегулятор своей разработки (она представляет упрощенный вариант схемы инкубатора А100Б, размещенного на данном сайте) и контрольный, сделанный по схеме (простейший терморегулятор на одном ОУ), похожую на том же сайте, то заметил что температура в камере «плывет» по непонятным для начала мне причинам. Когда начал «копать» поглубже то оказалась, что и температура в помещении тоже оказывает влияние на поддерживаемую температуру в камере. Примерная динамика диаграммы поддержки температуры приведена на рис.1.

Естественно, у меня появилось любопытство, азарт и упрямство (все вместе) чтобы выявить причину и как это устранить. В качестве отправной точки была выбрана схема канала сухого термометра от инкубатора А100Б с оптронным управлением симистора.

Для того, кто или что является виновником, пришлось сделать ряд экспериментов по отношению электронной схеме. Первыми под подозрение попали радиодетали с большим тепловым коэфициентом: ТКН стабилитрона, тепловой дрейф ОУ и компараторов. После их замены на более термостабильные, например стабилитрон КС162А или Д814Б на КС191Ф (или Д818Е) для блока термодатчика, эффект «ползания» уменьшился. Приемлемый результат дало и замена ОУ общего применения на прецизионные ОУ с малым тепловым дрейфом, но их вклад оказался меньше чем у стабилитронов. Много хлопот доставило мне то, что не все прецизионные ОУ работают хорошо при пониженном напряжении питания, особенно однополярное. Поэтому я принял решение оставить малошумящие ОУ общего назначения, пригодные для однополярного напряжения.

Далее них взялся за анализ характеристик переменных и подстроечных резисторов, очень часто они являются «гнилым» звеном в любой радиоаппаратуре. Подстроечники типа СП3-38 были отброшены сразу из-за низкой электрической и механической надежности. Приемлемый результат дали подстроечники типа СП4-1, которые широко применяются в измерительной аппаратуре. Отличные результаты дали многооборотные проволочные резисторы типа СП5-2, именно они вели себя стабильно при настройке канала сухого термометра. Та же судьба постигла и переменные резисторы для установки поддерживаемой температуры, заменив на ППБ-1 или ППВ-1 (с негерметичным и герметическим корпусом). Кроме того, внес поправки в саму схему компаратора канала:

1. В сам компаратор ввел дополнительную цепь ПОС, которая дала гистерезис примерно ± 0,1 градусов;
2. Ограничил пределы регулировки температуры, в пределах 36,5…39,5 градусов, путем введения ограничивающих резисторов R1 и R3

В процессе обкатки третий и четвертый способы (рис.6, 7 и 8) дали более стабильные результаты при более высоком уровне помех в сети. Из всех испытанных схем меня устроил четвертый вариант, где количество дополнительных радиодеталей чуть меньше по сравнению с третьим вариантом (рис.6 и 7), более того, он хорошо совмещается (стыкуется) с времязадающей схемой для механизма поворота лотков. Для пущей надежности можно добавить ФНЧ на входе компаратора (рис. 5).

Иными словами проблему решил, но ценой применения дополнительных радиодеталей. Как говориться: «Джентельмен всегда за что-то платит». Но тем не менее тему оставляю открытой, в надежде что кто-то из читателей продолжит ее, буду признателен любым дельным замечаниям и предложениям.

И еще пару сведений для размышления об бытовых инкубаторах и не только. При испытаниях заметил, что очень большое влияние имеет соотношение [объем камеры]/[мощность нагревателя]. При большей мощности нагревателя динамика изменения температуры в камере более крутая и компаратор срабатывает более отчетливо, но величина перепада температур более высокий (доходит до ± 0,4 градуса для камер с внутренними габаритами 950х750х650 мм), при меньшей мощности нагревателя перепад температуры получался поменьше, но время вхождения в режим теплового равновесия более длинее плюс все анормальные поведения упомянутые выше. Еще стоит учитывать инерционность контрольного ртутного термометра по сравнению с электронным на принятие решений. У меня был такой случай при испытании камеры инкубатора «Универсал-55» (это промышленный инкубатор на 15000 яиц). Электронный термометр фиксировал кратковременные всплески температуры ± 0,5 градуса на протяжении 10…15 секунд, потом температура удерживалась на среднем уровне ± 0,15…0,2 градуса. При этом ртутный термометр показывал перепад всего ±0,1 градус.

В конечном итоге вся предыстория закончилась тем, что следующий терморегулятор был выполнен на микроконтроллере, где многие проблемы я решил программно-аппаратным способом. Но многие клиенты настояли на более дешевом терморегуляторе и мне пришлось вернуться к аналоговым терморегуляторам, где пришлось добавить и определенный сервис. В результате чего и вышла публикация про инкубатор-автомат А100Б. Сейчас продолжаю разработки на микроконтроллерах с учетом особенностей как и бытовых инкубаторов, так и промышленных (каждый уникален по своему). Это связано с тем, что одни и те же приемы реализации алгоритма управления пригодны для бытовых, но мало пригодны для фермерских либо промышленных инкубаторов и наоборот.

С. Тинкован, г. Кишинев, Молдова

География новости отсутствует

Подпишитесь на свежие агроновости

Введите Ваш E-Mail адрес: