ТермоМонитор - модуль контроля температурного режима технического устройства

Конструкции любых блоков питания, источников тока для любых назначений. Микроконтроллеры и все, что с ними связано

Модератор: Алаев Ян

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2339
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

ТермоМонитор - модуль контроля температурного режима технического устройства

#1

Сообщение Алаев Ян » 19 мар 2018, 07:29



Предыстория проекта

ТермоМонитор предназначен для контроля температуры в зонах расположения термодатчиков и формирования управляющего события: срабатывание встроенного реле, включение внешней нагрузки с помощью транзистора с открытым стоком, передача статуса события на гальванически развязанное сопряженное устройство с помощью оптрона. ТермоМонитор является элементом противоаварийной защиты технического устройства. Обеспечение правильного температурного режима крайне важно! Помните об этом! Увеличение температуры (устройства/компонента) на каждые 10 °С снижает ресурс работы (устройства/компонента) в два раза!

ТермоМонитор (прототип) может быть БЕСПЛАТНО предоставлен желающим в опытную эксплуатацию для тестирования в реальных условиях в составе технического устройства пользователя. После проведения тестовых испытаний проект будет реализован на заводской печатной плате.

Основные технические характеристики:
Спойлер
Показать
Измерительная часть:
1. Количество измерительных каналов: 8+1 (8 внешних подключаемых термодатчиков + 1 встроенный в плату);
2. Температурный диапазон измерений каждого термодатчика: -55...+125°С;
3. Точность измерений температуры: ±0,5°С (для диапазона -10...+85°С);
4. Дискретность измерения температуры каждого термодатчика: 0,0625 °С;
5. Тип используемых термодатчиков: DS18B20 Dallas Semiconductor (протокол обмена данными 1-Wire).
Параметры питания:
1. Питание - внешнее нестабилизированное (9...15) В с номинальным значением напряжения 12 В или стабилизированное 5±0,5 В (используемое напряжение питания зависит от схемы включения ТермоМонитора);
2. Потребляемый ток (данные приведены для одного термодатчика, каждый дополнительный термодатчик +1.5 мА к общему току потребления):
- базовое исполнение без модуля Bluetooth: не более 20 мА;
- исполнение с установленным модулем Bluetooth: не более 60 мА;
- в режиме с установленной связью с модулем Bluetooth: не более 25 мА, в режиме передачи данных не более 45 мА;
- режим включения сигнала перегрева: +10 мА к общему току потребления;
- режим включения аварийного реле: +20 мА к общему току потребления;
- максимальный ток потребления ТермоМонитора: не более 80 мА (к транзистору с открытым стоком дополнительная нагрузка не подключена).
Параметры связи и передачи данных:
1. Протокол беспроводной передачи данных: Bluetooth;
2. Радиус действия модуля Bluetooth: до 10 метров;
3. Скорость передачи данных: 9600 бит/сек;
4. Протокол проводной передачи данных: Arduino;
5. Интерфейс проводной передачи данных: USB - UART.
Параметры выходных цепей:
1. Выход транзистора с открытым стоком (ОС): Vmax=100 В, Imax=1.5 А, Pmax=0.5 Вт;
2. Выход оптрона: Vmax=55 В, Imax=0.05 А, Pmax=0.15 Вт;
3. Выход электромеханического реле SCHRACK RY211012: 250 VAC 8 A.
Размеры модуля и способ установки:
1. Габаритные размеры: 95х50 мм, высота модуля не более 20 мм;
2. Крепление модуля осуществляется с помощью четырех винтов М3.
Содержание:
Спойлер
Показать
1. Полная принципиальная схема viewtopic.php?f=106&t=410#p19470
2. Габаритные размеры, внешний вид и описание состава ТермоМонитора viewtopic.php?f=106&t=410&p=19472#p19472
3. Как применить ТермоМонитор в своем проекте? viewtopic.php?f=106&t=410&p=19472#p19476
4. ТермоМонитор глазами тепловизора viewtopic.php?f=106&t=410&p=19506#p19506
5. Чтение измеренных значений ТермоМонитора viewtopic.php?f=106&t=410#p19515
6. ТермоМонитор, контроллер питания фонокорректора viewtopic.php?f=16&t=410&p=19640#p19640
7. Блокировка анодного напряжения viewtopic.php?f=16&t=410&p=19821#p19821
8. Предварительное ТЗ на согласование viewtopic.php?f=16&t=410&start=120#p19868
9. Модуль блокировки анодного напряжения (принципиальная схема) viewtopic.php?f=16&t=410&start=120#p19888
10. ТермоМонитор, контроллер питания фонокорректора. Вер. 2 viewtopic.php?f=16&t=410&p=20136#p20136
11. OneWireViewer viewtopic.php?f=16&t=410&p=20160#p20160
12. Автоматическое переключение питания вентилятора viewtopic.php?f=16&t=410&start=180#p20242
13. Инструкция по обновлению встроенного ПО ТермоМонитора viewtopic.php?f=16&t=410&start=200#p21071
14. Проведение температурных измерений с помощью тепловизора viewtopic.php?p=21149#p21149
15. Температурные испытания для режима CCS2 = 87 мА viewtopic.php?p=21149#p21175
16. Руководство по эксплуатации ТермоМонитора viewtopic.php?f=16&t=410&start=220#p21334

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2339
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#81

Сообщение Алаев Ян » 02 апр 2018, 13:52

Скриншот 2018-04-02 13.50.02.png
с защитным диодом
ccs_65.pdsprj
(14.21 КБ) 8 скачиваний
Я правильно понял Ваше предложение? Я обычно видел, когда диод стоит на защиту БЭ перехода транзистора. Такое включение для меня ново.

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3410
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#82

Сообщение poty » 02 апр 2018, 15:58

Алаев Ян писал(а):Я правильно понял Ваше предложение? Я обычно видел, когда диод стоит на защиту БЭ перехода транзистора. Такое включение для меня ново.
Одно из предложений - да. Защита БЭ перехода - отдельная задача, вряд ли она имеет место здесь быть из-за однополярного питания.
Что касается примеров - то они многократно появлялись. Допустим, здесь. Посмотрите на IC3/D3. В этом примере, кстати, применён стабилитрон - как вариант решения, что я предлагал.

Вот моё моделирование ситуации на одном транзисторе:
65мА.png
Для тока 65 мА
83мА.png
Для тока 83 мА
Один вывод процессора отвечает за +5В (представлен V2). В логической 0 транзистор закрыт, вентилятор не вращается. В логической 1, вентилятор вращается. Скорость вращения зависит от состояния вывода 2 процессора, подключенного к левому выводу R4. Для тока 83мА нужно, чтобы этот вывод был в 3-ем состоянии (разомкнут). Для тока на 65 мА достаточно перевести этот выход процессора из 3-его состояния в 0.
Как видим, сопротивление CCS в таком включении 30к для 65мА и 32к для 83мА - вполне достаточно для таких применений. Если посмотреть на V1, то изменение напряжения на 1В даёт изменение тока всего на 32мкА для 65мА и 30мкА для 83мА.
Да, здесь возможны тепловые дрифты, но небольшие (в пределах 5%). И нам непринципиально, будет ли у нас ток 65мА или 62мА.

Ни капли не настаиваю.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2339
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#83

Сообщение Алаев Ян » 02 апр 2018, 17:05

Ваше решение более простое - это хорошо. Мне только не очень нравится резистор в эмиттерной цепи номиналом 16 Ом. Я применил 10 Ом и был уже на грани порога регулирования. При 16 Ом мы должны выйти из области регулирования при 12В входного напряжения.

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3410
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#84

Сообщение poty » 02 апр 2018, 17:46

Алаев Ян писал(а):При 16 Ом мы должны выйти из области регулирования при 12В входного напряжения.
Я ориентировался на:
seurf писал(а):Проверил и замер от неожиданности:
13,5????/117,4.??? 52?
Я не знаю, какие там пульсации (поэтому и хотел, чтобы была предоставлена оригинальная схема) и работает ли источник тока сейчас (а это - минимум 1,25+1,5=2,75В сверху). Частично напряжение сэкономилось за счёт уменьшения расчётного тока с 87,7 до 83мА (4,7мА на 120В дают чуть больше полувольта экономии). Опять же, не знаю, что стоит в фильтрации, но можно немного повысить ёмкость конденсатора и приподнять напряжение питания. Тогда можно добиться и нормального запаса при падении входного напряжения питания.
Вот - напряжения:
Напряжения.png
Напряжения
Владислав

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3410
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#85

Сообщение poty » 03 апр 2018, 08:52

Вчера писал на работе, не всё в описании упомянул. Ток в цепи базы я взял 10мА. Я не знаю, насколько этот ток приемлем для вывода процессора.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2339
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#86

Сообщение Алаев Ян » 03 апр 2018, 09:34

poty писал(а):Ток в цепи базы я взял 10мА. Я не знаю, насколько этот ток приемлем для вывода процессора.
потянет.

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3410
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#87

Сообщение poty » 03 апр 2018, 09:54

Алаев Ян писал(а):
poty писал(а):Нужно также уменьшить полосу усиления, так как мы фильтруем лишь 50-100Гц.
Что предлагаете для этого сделать?
Нужно добавить интегрирующую цепочку в обратную связь. Например, зашунтировать конденсатором эмиттерный резистор. Частоту среза выбрать в районе 1-2кГц, чтобы прихватить основные гармоники выпрямления.

Я так понимаю, у нас будет стабилизатор на 5В. Если его сделать немного мощнее, то можно не беспокоиться по поводу недостаточного напряжения в питании вентилятора. Для этого, общим проводом сделать минус 5В, а минус 12В подключить к плюс 5В.

Я ещё схему спрашивал по причине того, что предполагаю использование трехногого регулятора в качестве источника тока для вентилятора. Если adj заземлен, то можно коммутировать токозадающий резистор out-adj и не заморачиваться с самодельными источниками тока.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2339
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

Блокировка анодного напряжения

#88

Сообщение Алаев Ян » 03 апр 2018, 23:30

seurf писал(а):В процессе всех согласований, упустил очень важную мысль. Раз пошла такая пьянка, в ламповом устройстве, с использованием автоматики, обязана быть защита от "дурака".
То есть отключение анодного напряжения при отсутствии накального подогрева! Или невозможность его включения, если катоды не греются.
И тут уже ТермоМонитор самое то! Понимаю, что наворачиваю количество задач.
Предлагаю рассмотреть такое решение.
Блокировка анода.JPG
Блокировка анодного напряжения
Небольшое пояснение по схеме.
Bat1 и Bat2 - это источники питания накала катодов. R1, R2 - это накалы катодов. CCS1, CCS2 - источники тока. Предлагаю параллельно каждому катоду подключить оптопару (LED1 T1, LED2 T2). Как только будет сформирован ток через лампы, на них образуется некоторое напряжение, которое сформирует на выходе оптопар логические единицы, которые мы заводим на AND1. Выход мы заводим вместе с сигналом от микроконтроллера на AND2. Таким образом, управляющий сигнал может быть подан на реле только в том случае, если этого хочет МК и это ему разрешает аппаратная логика "И". Если любой из сигналов в этой цепочке не дойдет до назначения, реле анодного напряжения не будет включено. В качестве логического элемента можно использовать, например, 74HC08.

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3410
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#89

Сообщение poty » 03 апр 2018, 23:52

От чего это защищает?
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2339
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#90

Сообщение Алаев Ян » 04 апр 2018, 07:16

poty писал(а):От чего это защищает?
от ложного срабатывания реле.
В моей практике были случаи неправомерного включения реле. Вероятность небольшая, но теоретически это возможно, начиная от зависания контроллера и заканчивая ошибкой в коде. Допустим, я допустил неявную ошибку в коде, которая проявляется редко, спустя 4 дня непрерывной работы и приводит к тому, что контроллер, находящийся в ждущем режиме почему-то дает команду на включение реле анодного напряжения. А у Александра там супер дорогие подобранные лампы и получится, что ТермоМонитор загубил их подав анодное напряжение на холодные лампы. Такая аппаратная защита подобную ситуацию исключит, даже если контроллер сойдет с ума и даст сигнал на включение реле анодного напряжения (по любой из причин), если не придет дублирующий аппаратный сигнал о том, что на лампы подано накальное напряжение, реле не будет включено. Я думаю, что это может решить проблему неправомерной подачи анодного напряжения. Лучше, конечно, контролировать ток через кенотрон, чтобы можно было диагностировать тот факт, что, например, накал в обрыве, но так и до паранойи дойти не долго, все же не на атомную станцию прибор делаем. Я лишь предложил, выбор за Александром. Это его было пожелание, которое на мой взгляд весьма справедливое.

Вот тут я сталкивался с проблемой подачи ложного сигнала на реле анодного напряжения viewtopic.php?f=54&t=128&start=140#p16397

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3410
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#91

Сообщение poty » 04 апр 2018, 07:24

Извините, вчера писал уставший, вечером, не расшифровал...
Чем это включение отличается от монитора напряжения? Подключены накалы или нет-напряжение будет в любом случае. Здесь это не так явно видно, но если источник тока не сможет заставить ток заданного значения протекать по цепи, напряжение на нем снизится, и здесь уже могут погореть оптроны.
Надеюсь, накалы не прямонакальные?

Считаю, что логику можно сделать непосредственно на оптронах, соединив их последовательно по выходу. Я бы, конечно, поставил SSD вместо обычного реле, но так как, насколько я понимаю, вы стараетесь от этого уйти, то можно оставить и реле через транзистор.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2339
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#92

Сообщение Алаев Ян » 04 апр 2018, 07:36

poty писал(а):Чем это включение отличается от монитора напряжения?
Здесь только пороговая логика, по принципу есть напряжение/нет напряжения. В мониторе питания, что я планирую сделать отдельной разработкой (если Вы о нем говорили) - у меня стоят развязанные АЦП и там привязка идет к измеренным значениям токов и напряжений. Понятно, что данная схема не решает всех проблем, но исключает подачу одного напряжения без наличия другого, что, возможно, достаточно для защиты от ложного срабатывания.
poty писал(а):и здесь уже могут погореть оптроны
ну это надо уже аппаратно подгонять под схемотехнику Александра. Если правильно выбрать ограничительный резистор у оптрона, наверное, ничего плохого не будет, вряд ли у него там большой запас входного напряжения.
poty писал(а):Надеюсь, накалы не прямонакальные?
это к Александру, я про это ничего не знаю
poty писал(а):Считаю, что логику можно сделать непосредственно на оптронах, соединив их последовательно по выходу.
выходные транзисторы каскодом?

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3410
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#93

Сообщение poty » 04 апр 2018, 08:02

Алаев Ян писал(а):выходные транзисторы каскодом?
Ну, я бы каскодом это не назвал, но способ соединения - да, такой.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2339
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#94

Сообщение Алаев Ян » 04 апр 2018, 08:12

Вот так?
Блокировка анода_2.JPG
Блокировка анодного напряжения, вер. 2

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3410
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#95

Сообщение poty » 04 апр 2018, 08:28

Частично. Если +5В на выходные транзисторы оптронов заменить сигналом с процессора, то и оставшийся логический элемент не понадобится.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2339
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#96

Сообщение Алаев Ян » 04 апр 2018, 08:33

poty писал(а):Если +5В на выходные транзисторы оптронов заменить сигналом с процессора, то и оставшийся логический элемент не понадобится.
Красивое решение. :wink: А хватит напряжения, чтобы открыть полевик?

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3410
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#97

Сообщение poty » 04 апр 2018, 08:42

Нужно считать, а лучше - пробовать. Обычно для оптронов падение не превышает 1В, в реальности - меньше. Должно хватить.
Как вариант, если не прокатит, - заменить полевик на биполяр.

Я бы ещё в цепь затвор-земля поставил небольшой конденсатор, чтобы исключить переходные процессы.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2339
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#98

Сообщение Алаев Ян » 04 апр 2018, 08:51

Хорошее решение, Владислав! Спасибо!

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3410
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#99

Сообщение poty » 04 апр 2018, 08:51

Сейчас посмотрел самый дешёвый оптрон - там падение 0,2В. Отстал от жизни...
Владислав

Аватара пользователя
seurf
Активный
Активный
Сообщения: 668
Зарегистрирован: 12 май 2016, 19:54
Откуда: Волгоград
Благодарил (а): 12 раз
Поблагодарили: 18 раз

#100

Сообщение seurf » 04 апр 2018, 11:18

Свои 2 копейки вставлю, как же так, свадьба и без меня. В технической части обсуждения принять участие не могу, а вот в информационной, все козыри у меня.
К цоколям накалов самих ламп в корректор тянуться никак не хочется. Хотя возможно. Это же из блока питания придётся 8 контролирующих проводов тянуть в корректор, не иначе отдельный разъём придумывать на корпусе корректора. При трёх имеющихся уже в наличии: 2- анодных, по 4 провода в каждом и 1- накальный, с 8 проводами. Накальный разъём почти весь занят, 14 контактов в самом разъёме, 4х2=8 задействованы, на накалы ламп. На 4 лампы. 14-8=6 свободных осталось. 6- ни туда, ни сюда, на три лампы получается. В раздумье????
У меня в блоке питания стоят 2 платы с 4 источниками тока. Вот с них я первоначально и предполагал снимать сигнал о наличии запуска накала.
Более того, не вижу особого смысла, контролировать все 4 накала одновременно. Хотя по факту у меня их 6. Ещё и накал кенотронов стоит в самом блоке питания. Но я бы про него совсем забыл бы. Там с непосредственного накала кенотрона 400 -416 В снимается. viewtopic.php?f=16&t=280 Опасно!
Достаточно двух съёмников, с каждого накального трансформатора по одному.
Важен сам факт запуска системы подогрева накалов. До включения анодного питания. Или отключении анодного питания, при ... Выходе из строя, чего? Не знаю пока. Трансформаторов накала? В их выход из строя совсем не верю, очень надёжны. Хотя есть маленькая червоточинка. На одном трансе сидят три вторичных обмотки. Две накал звуковых ламп и одна накал кенотронов. Про запас по изоляции и на пробой в самих трансформаторах ничего мне не известно. И более того, когда я составлял техзадание на них, я планировал выпрямлять косвенный накал кенотрона, а сейчас выпрямляется непосредственный. А это две большие разницы по напряжениям.
Лампы в корректоре с косвенным накалом, с напряжением менее 6 В, выставлен ток, а напряжение, как получится. Где то 5,1-5,5 В по факту.
Можно даже до LM317 снимать, там 10 с копейками вольт.
Последний раз редактировалось seurf 04 апр 2018, 11:48, всего редактировалось 1 раз.
Александр

Ответить