Termostat elektroniczny — diagnostyka usterki LED D4 + modyfikacja histerezy R4

Zadanie egzaminacyjne

W układzie regulacji temperatury sterującym pracą grzałki zastosowano termostat elektroniczny, którego schemat ideowy pokazano na rysunku 1. Prawidłowo działający układ reguluje temperaturę w zakresie od 20 °C do 30 °C. Stan pracy grzałki sygnalizowany jest za pomocą diody świecącej.

Rozważany układ regulacji temperatury uległ uszkodzeniu. Po załączeniu zasilania stwierdzono, że utrzymuje on zadaną temperaturę, lecz dioda LED wskazująca podłączenie zasilania nie świeci.

Wykonano badanie testowe uszkodzonego termostatu poprzez pomiary: napięć w punktach testowych PP1÷PP6 (zaznaczonych na rysunku 1), rezystancji wybranych elementów termostatu oraz testu złącz tranzystorów i diod.

Znajdź usterkę w układzie termostatu elektronicznego oraz wskaż sposób jej usunięcia. Następnie zaproponuj modyfikację układu polegającą na dwukrotnym zwiększeniu szerokości pętli histerezy sterownika przedstawionej na rysunku 2, nie zmieniając wartości środkowej Vp0. Wykorzystaj wyłącznie elementy dostępne na stanowisku badawczo-pomiarowym.

Zadanie rozwiąż wypełniając kartę badania termostatu elektronicznego.

Wykorzystaj informacje ujęte w arkuszu egzaminacyjnym:

1. schemat ideowy termostatu elektronicznego z zaznaczonymi punktami pomiarowymi — Rysunek 1,
2. wykaz elementów użytych do budowy termostatu elektronicznego — Tabela 1,
3. opis zasady działania termostatu elektronicznego,
4. katalogowe wartości parametrów wybranych elementów elektronicznych termostatu elektronicznego — Tabela 2,
5. wyniki pomiarów termostatu elektronicznego — Tabela 3,
6. wykaz elementów elektronicznych dostępnych na stanowisku badawczo-pomiarowym przeznaczonych do usunięcia usterki i modyfikacji układu — Tabela 4.

Zasada działania termostatu elektronicznego

Układ pełni funkcję termostatu z możliwością nastawy temperatury. Napięcie z przekątnej mostka pomiarowego (R1, R2, R3, R8, R9) o wartości zależnej od temperatury termistora R8 zostaje podane do wejść wzmacniacza operacyjnego U1. Wzmacniacz ten pracuje z otwartą pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego, przez co jego wzmocnienie napięciowe jest maksymalne oraz przedział napięć wejściowych, dla których układ zachowuje się jak wzmacniacz liniowy jest minimalny. Za pośrednictwem rezystora R4 zostało zrealizowane dodatnie sprzężenie zwrotne zapobiegające ewentualnym wzbudzeniom (pętla histerezy). Sygnał wyjściowy wzmacniacza za pośrednictwem tranzystora T1 steruje przekaźnikiem wykonawczym P1, który okresowo włącza i wyłącza grzałkę G1. Zielona dioda D4 sygnalizuje obecność zasilania, zaś czerwona dioda D3 wskazuje załączenie przekaźnika P1.

Ocenie podlegać będzie 5 rezultatów:

• R.1 (5 pkt) — wykaz aparatury kontrolno-pomiarowej do sprawdzenia działania termostatu elektronicznego (Tabela 5 karty),
• R.2 (9 pkt) — porównanie wykonanych pomiarów z przewidywanymi dla termostatu elektronicznego funkcjonującego poprawnie (Tabela 6 karty),
• R.3 (6 pkt) — ocena sprawności najważniejszych elementów wchodzących w skład termostatu elektronicznego (Tabela 7 karty),
• R.4 (3 pkt) — dobór elementów zastępczych do naprawy termostatu elektronicznego (Tabela 8 karty),
• R.5 (4 pkt) — dobór rezystora R4 do zmiany szerokości pętli histerezy sterownika na podstawie danych i wyników obliczeń (Tabela 9 karty).

W aplikacji wiersze Tabeli 6 (26 wierszy) i Tabeli 7 (14 wierszy) karty CKE zgrupowano w 9 i 6 pól.

Czas: 180 min · Próg zaliczenia: 75% (≈20 z 27 pkt)