Ремонт блоков управления нагрузкой

Химики подбросили очередную задачку:

IMG_4151

Три блока. Состоялся забавный диалог. В общем, чем точнее и подробнее расскажете о назначении прибора, тем выше вероятность успешного ремонта. С трудом нашли оригинальную документацию на эти блоки Р-9-У:

IMG_4149

Я не привожу другие страницы, суть сводится к тому что это блок управления нагрузкой при помощи электроконтактного термометра. Переключатель внутри позволяет управлять нагрузкой — нагревателем, так и нагрузкой — охладителем.

Пару слов об электроконтактных термометрах. Это морально устаревшая технология контроля и регулирования температуры. Суть сводится к тому, что в капилляр с ртутью обычного ртутного термометра точно вводится вольфрамовый волосок так, что при определенной температуре столбик ртути касается волоска и замыкает цепь.

Вот общий вид:

IMG_4136

два провода выведены из термометра — столбик ртути (1) и волосок (2). Вверху магнитная муфта для вращения магнита привода винта в герметичном внутреннем объеме, гайка на винте опускает и поднимает волосок позволяя настраивать температуру срабатывания.

Они все еще производятся! Хотя есть другие решения, совершеннее во всех отношениях:

IMG_4137

Вот вид капилляра. снизу ртуть, сверху волосок:

IMG_4141

Схема поддержания температуры выходит очень простой: Опустили волосок например на уровень 40 градусов, подключили через термометр охладитель. Если становится слишком жарко, то столбик ртути замкнет цепь, включится охладитель, станет холоднее, столбик опустится и разомкнет цепь, отключив охладитель и так до бесконечности.

Проблем три. Первая — волосок тонкий, поэтому максимальный ток через термометр не должен превышать десятков миллиампер, иначе волосок сгорит как в предохранителе. Во-вторых, колебания столбика вблизи волоска создает условия для поджигания дуги, что очень плохо, поэтому желательно использовать как можно более низкое напряжение. Ну и в третьих такая система будет поддерживать температуру всегда с ошибкой, о чем нам любезно говорит теория автоматического управления.

Для решения первой и от части второй проблемы и был создан блок на первой фотографии, контактный термометр подключается к гнезду к.т., мощная нагрузка в гнездо нагрузки, схема внутри пропускает через термометр минимальный ток, и включает нагрузку через реле.

Смотрим потроха:

IMG_4102

Один оказался рабочим, а другие два сгорели. Оплавилось реле:

IMG_4103

Пробит конденсатор, сгорел резистор, пробит стабилитрон:

IMG_4104

Схема довольно простая — делителем на конденсаторах уменьшают напряжение сети, выпрямляют диодным мостом, резистор + стабилитрон для стабилизации напряжения и пара транзисторов для управления реле от контактного термометра, который включен в цепь базы.

Странно что оба блока с одинаковой неисправностью. Дальнейшее расследование восстановило полную картину. Причиной выхода из строя оказалась ошибка конструктора, смотрим один из конденсаторов делителя:

IMG_4482

Конденсатор МБМ 0,25 мкФ, 250В. Конденсатор выбран не на то напряжение! И тут главная тонкость. Любому инженеру известно, что рабочее напряжением конденсатора выбирается с запасом. Казалось бы, если в сети 220В, то 250В это как раз с запасом. А вот и не правда. Дело в том что в сети ток переменный, поэтому для него указано действующее напряжение. Амплитудное напряжение в сети выше — 311 Вольт. Как же так?

Величина работы, которую совершает переменный ток зависит не только от напряжения, но и от его формы. Для удобства приняли понятие действующего напряжения. Действующее напряжение переменного тока —  это напряжение, при котором постоянный ток выполняют такую же работу. А вот амплитудное значение больше. Если ток прямоугольный — то в 2 раза, если синусоидальный — то в √2 раз больше. Если в виде импульсов-иголок, то может и в 10 раз больше.

Вот и выходит, что амплитудное напряжение в сети 220*√2=311В Значит конденсатор нужно брать хотя бы на 350В а лучше на 400В. Когда прибор был собран — он работал, т.к. производитель конденсаторов тоже маркирует их с запасом, пишет 250В, а 300 в уме. Но если в сети были помехи, скачки, то один из них мог пробить конденсатор. Далее все проходит стремительно — на диодном мосте оказывается 220В, ток через стабилитрон растет и сгорает токоограничительный резистор. Силовому реле тоже не сладко, оно рассчитано на 60В, а на него попадает 220В, обмотка перегревается, пластик плавится и заклинивает якорь.

Причина смерти понятна. Встает вопрос в ремонте. Даже для 1989г элементная база пробора была устаревшей, конструкция обладает двумя серьезными недостатками. Во первых она имеет в своем составе реле, а они ненадежны — контакты со временем отгорают. Во вторых нет гальванической развязки контактного термометра от сети, при неудачном стечении обстоятельств — скачек электроэнергии в сети и разбитый термометр — человека может убить током. Старую схему восстанавливать нет возможности — нужные радиоэлементы не выпускаются лет 20. Но и не такое ремонтировали.

Была разработана простенькая печатная плата — симистор с оптической развязкой и ключе на BC337 для управления оптопарой:

IMG_4480

Питание от трансформаторных блоков питания найденных в закромах — большая мощность тут не нужна, 1 ватта хватит с лихвой. Крепим внутри. Не совсем по фен шую, но приемлемо для лабораторного применения:

IMG_4483

Включаем — все работает!) Напряжение на контактном термометре не более 9В, а ток не более 9 мА (производитель электроконтактных термометров указывает максимально допустимый ток 40 мА). Никаких искрящих контактов и гальваническая развязка от сети.

Хотя по хорошему все эти блоки вместе с термометрами можно смело выбросить и использовать промышленный терморегулятор с термопарой или термосопротивлением, начиная от простых вроде ТРМ1 от ОВЕН, заканчивая ПИД моделями. Но раз стояла задача отремонтировать эти — то пришлось менять начинку.

Ремонт блоков управления нагрузкой: 6 комментариев

  1. Ирина Шаповалова

    Это крутая штука, сама в лаборатории такой пользуюсь, тока тут новенькие, а наша уже потрепана временем!
    Молодцы ребята!

  2. владимир

    здраствуйте как можно прочитать полное описание схемы с уважением владиир

  3. User

    Здравствуйте. У меня имеется подобный термометр, хотел использовать его для инкубатора, а не могли бы вы поделится схемой и печатной платой «симистора с оптической развязкой». Спасибо.

    1. admin Автор записи

      Вот кусок схемы
      http://lab115.com/wp-content/uploads/2015/05/схема.png
      Для того что бы включить нагрузку нужно подать 5В на оптопару (линии слева) например от зарядного устройства от мобильного телефона. Печатная плата паяется на куске макетки.

  4. User

    Вы установили ключ на BC337 для управления оптопарой, не могли бы отобразить это схеме?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *