Стабилизатор давления

 Вчера из Москвы привезли датчики давления MPX5010DP. Сегодня по примеру Игоря купил за 10 долларов платку электронного термометра на PIK-контроллере, припаял между ними три провода, включил.
Работает, как часы. Дуешь в трубочку - показания растут. На атмосферном давлении показывает 0.2В, линейно растет до 4.8В при 10кПа, все как в букваре.

Немедленно родился вопрос-предложение -
помогите нарисовать схему стабилизации давления на простейшей элементной базе, по типу того, что мы с автоматом по перегону браги cделали. Только там триггера были, а здесь нужен триггер с гистерезисом.

То есть - напряжение на входе стало, скажем 1В - тены уменьшили нагрев вдвое (скажем с киловата наполовину). Стало на входе на 10 (5, 3, 2) процентов меньше напряжение - тены включились наполную. Конкретное значение гистерезиса несложно будет за полчаса подобрать, я думаю.

Получится реле-регулятор, вполне пригодный для поддержания в кубе стабильного давления.

Я понимаю, что схема должна вроде быть простая, но сам родить ее не могу. Прошу помощи...

Игорь223, в голове простейшая схемка есть, дай для примера величину стабилизируемого давления для подбора деталей делителя напряжения.

 У меня захлеб колонны стабильно начинается, когда медицинский тонометр показывает чуть больше десяти единиц, примерно 12. Это соответствует, как я понимаю, напряжению на выходе микросхемы чуть больше одного вольта.

Ясно. Считаю, вспоминаю законы Кирхгофа
Теперь по давлению.
12 мм.рт.ст - это порядка 160 мм.в.ст, или 1.6 кПа. Напряжение будет 0.2+1.6*0.45 = 0,92 вольта.
Буду делать настройку примерно от 0,7 до 1,1 и с гистерезисом поиграюсь.

Кстати, надо учесть, что при изменении количества царг давление будет увеличиваться почти пропорционально.

Ну вот опять... поздняя ночь и мозги наполнены новой информацией.
Умею придумывать схемы на логических элементах, и собирался эту задачу решить тем же способом - на логических элементах. Ничего толком не получилось.
Пришлось влезть в неизведанную для меня область аналоговой схемотехники, и вот что "наваялось"

Пойду с конца.
Устройство управляет одним киловаттным ТЭНом по уже знакомой схеме с опторазвязкой.
Светодиод опторазвязки зажигает один из двух диодов (или оба) по принципу "ИЛИ". Напряжение на диоды подают два операционных усилителя, "живущих" в одном корпусе.

Нижний усилитель включен по схеме генератора частотой примерно 1 герц с регулируемой скважностью. С помощью потенциометра 100Ком можно менять скважность импульсов, а следовательно и мощность, выдаваемую ТЭНом, от 0 до 100%. Этот генератор включается сразу при включении питания. Мощность нужно установить такой, чтобы при ней давление в кубе падало.

Верхний усилитель включен по схеме компаратара. Он сравнивает напряжение, приходящее с датчика давления, с напряжением на движке потенциометра 1000 ом, соответствующим выбранному нами уровню давления.

Если давление в кубе будет ниже выбранного значения, на выходе компаратора будет положительное напряжение, почти равное напряжению питания, и светодиод оптрона будет включен независимо от сигналов генератора, то есть мощность ТЭНа будет составлять 1000 ватт.
При этом напряжении давление в кубе будет расти, и когда оно пересечет порог, определенный положением движка потенциометра 1000 ом, напряжение на выходе компаратора станет равным нулю, и на ТЭН будет подаваться напряжение с частотой генератора (1 раз в секунду), со скважностью, определенной потенциометром 100Ком. ТЭН будет работать на сниженной мощности, давление начнет падать, и пересечет пороговое значение сверху вниз. Компаратор снова выдаст на выходе "плюс" и подаст 100%-ную мощность на ТЭН. Давление начнет расти, цикл повторится.
=========================================================
Диапазон настройки давления задаётся номиналом резисторов R1 и R2.
Игорь223, для твоего диапазона давлений можно выбрать такие номиналы:
R1=10000ом  R2=1500ом. Диапазон регулировки от 90 до 180 мм.в.ст (6.5-13 мм.рт.ст)
R1=5100ом  R2=1000ом. Диапазон регулировки от 110 до 270 мм.в.ст (8.3-20 мм.рт.ст)
R1=2000ом  R2=200ом. Диапазон регулировки от 25 до 370 мм.в.ст (2-28 мм.рт.ст)
Если интересны другие диапазоны давлений - я легко вычислю значения сопротивлений резисторов.

При желании к схеме можно пристроить вольтметр. Хоть он будет показывать не совсем давление, в качестве "показометра" вполне сойдёт. Тогда можно будет не использовать манометр-тонометр.
=============================================================
Мне схема нравится тем, что во-первых это мой первый "ребенок" на операционнике, во-вторых она вроде совсем несложна, и на мой дилетантский взгляд вполне работоспособна.
Но возможно это не совсем так. Или совсем не так

Большая просьба к Руди и всем, кто разбирается в схемотехнике операционников. Нужна "экспертиза проекта".
Вот моменты, которые мне не совсем ясны.

1. Гистерезис. Учитывая, что управление осуществляется не реле, а симистором, я решил не делать гистерезис совсем. Дребезга контактов на переходных режимах не будет. Но зато будет максимально возможная точность поддержания установленного давления
2. Можно ли грузить выход операционников на оптрон напрямую - не нужен ли ключевой транзистор?
3. Не напартачил ли я чего в схемах компаратора и генератора? В частности, те два 10-килоомника, подключенных к 6-й ноге операционника. Это нормальный номинал? Одинаковое значение я взял для того, чтобы легче было вычислить частоту генератора.
4. Может я вообще занялся изобретением велосипеда, когда существуют готовые схемотехнические решения подобной задачи?

Всем спасибо.
=========================================
Раскритикованная схема зачеркнута, добавлена исправленная. Критика продолжается, паять пока не спешим!

Так работать не будет. Оптрон нужно подключить к +5 и, через резистор, к объединенным выходам компараторов (это компараторы а не операционники). Соответственно нужно поменять полярности (входы) на верхнем компараторе.
Ппюс поправить генератор - нужен резистор с 6 ноги на +5, хоть те же 10 кОм, иначе генератор может зависнуть. И нужен резистор порядка 1 кОм с его выхода на питание - выходы этих компараторов тянут только в землю.
Если нужно, схемку набросаю, но завтра (т.е. сегодня, но после обеда).

Я только не понял зачем так сложно. Может достаточно просто выключать ТЭН? А то вдруг заданная минимальная мощность даст большое давление? Или оператор случайно включит ее на максимум? Нехорошо.

Rudy, спасибо за оперативность.
Просто выключать ТЭН не хочется. Управляя давлением с помощью прессостата, я однажды попробовал отключать ТЭН полностью. Это приводило к ударам при включении ТЭНа. За те несколько секунд, пока давление не падает, без нагрева ТЭНов останавливается конвекция, и ТЭН включается в стоящей жидкости, находящейся при температуре кипения. Вокруг ТЭНа мгновенно образуется паровая рубашка, а когда она отрывается, на перегретый ТЭН попадает порция жидкости и происходит мгновенное испарение с пневмоударом. Это плохо и для процесса, и для ТЭНа. Если же при избытке давления оставлять минимальную подачу тепла, ударов нет.
Чтобы избежать влияния ошибки оператора, можно добавить резистор последовательно с потенциометром, чтобы максимальная мощность была процентов 50, или вместо потенциометра устновить подстроечник и установить постоянное снижение мощности на необходимую величину.

Есть пара вопросов по твоим замечаниям.
1. 10кОм, которыми нужно подвесить 6-ю ногу к плюсу. Это вместо того резистора, который в этой схеме соединен с 7-й ногой, или это должен быть третий резистор 10кОм на 6-й ножке?
2. С подвеской выходов к плюсу ясно. Увидел в даташите открытый коллектор на выходе компаратора. Значит ли это, что их можно просто соединить напрямую без диодов?
====================
исправил так, как понял. Рихтуй!

Куплю на всякий случай сегодня деталек на эту схему, думается мне - если  и внесет Руди дополнения, то незначительные.

Одно замечание от меня. Эта схема работает, если максимальная мощность в кубе предполагается 1 Квт. А если нужно скажем с кило двести в номинале уменьшать до 900Вт, к примеру. Тогда просто 2 тена параллельно зацепить, и все?
А  разгонный тен в ручную отключать тогда? Или три тена в параллель включать?
Или поставить отдельный компаратор и разгонный тен вырубать, к примеру, когда напряжение на выходе МПХ-а достигнет какого то промежуточного уровня, скажем, 0,8В?
Я понимаю, что задача была сформулирована не так вначале, но, думаю, мы сможем дегко чуть расширить возможности данной схемы.
Что скажете?

Да, по поводу показометра.

Если поставить на входе вольтметра простейший усилитель с регулируемым и постоянным, не зависящим от величины входного сигнала Ку , то мы сможем привести показания вольтметра к точным значениям давления.
К примеру 1.5 кПа = 1,5В на экране. А если взять источник питания для усилителя вольт в 50 - можем индицировать с точностью в одну десятую.
То есть 1,53кПа = 15,3В на индикаторе...

И еще момент.
При атмосферном давлении на выходе МПХ начальное напряжение 0,2В - соответственно столько же кажет и вольтметр. Вопрос - нельзя ли скорректировать эти показания в ноль, или это чрезмерно усложнит схемотехнику нашего измерителя-регулятора?

Можно параллельно подключить столько ТЭНов, сколько нужно, а минимум установить потенциометром.
Доделать схему для отключения разгонного ТЭНа можно. И нужно. В сонной башке пока крутится два варианта.
Первый. Добавляем еще одну микросхему - логику или спаренный компаратор, и делаем два генератора на два разных уровня мощности. Два компаратора настраиваем на два уровня давления с шагом буквально 0.1-0.2 вольта. Первый вырубает основной нагрев, второй работает в штатном режиме. Тогда все ТЭНы подключены параллельно. И хорошо, и плохо.

Другой вариант, если есть отдельный разгонный ТЭН (или ТЭНы) - реле с самоподхватом, питающее разгонный ТЭН. Включается кнопкой "Пуск", оключается кнопкой "Стоп", или при приходе первого сигнала снижения мощности....
Посмотрел на ночное исправление схемы.... Куча ошибок.
Дождусь корректировок от Руди, а потом полезу в схему дальше.

По поводу показометра.
Имеющийся у тебя вольтметр имеет на входе делитель напряжения, так что усиливать ничего не потребуется. В моём (он от 0 до 100) вольт оказалось, что при подаче на вход 100 вольт, делитель превращает их в 4,5. Так что в этом плане всё ОК.
С начальным смешением хуже. Начальные показания маноматра будут составлять 40-50 мм.в.ст, и ничего с этим не поделаешь без перепрошивки ПИКа. Я игрался со смещением, но это привело к подаче на измерительный вход отрицательного напряжения, чуть не убил игрушку.
С другой стороны, проще пареной репы сделать два делителя напряжения и мерить давление тестером на шкале 2 вольта. Я сделал такую примочку к тестеру, работает как часы. Показывает миллиметры водяного столба. Два потенциометра и два резистора.

С другой стороны, если использовать показометр для настройки давления, можно игнорировать смещение. Настраивай условные единицы, а захочешь знать сколько это точно - используй формулу.

В противоречивой юности я использовал операционники как компараторы, так вот, они имели тенденцию возбуждаться при равенстве опорного и измеряемого напряжения. Классическая схема с гистерезисом спасает от этого. Но по идее в современных компараторах этот вопрос решен схематически.

По поводу генератора - не проще ли включить диод параллельно тиристору? Автоматом получим уполовинивание мощности. И схема будет на одном компараторе.

Стил, ты не ленись - рисуй предложение и выкладывай. У меня чего то плохо совсем с восприятием буковок - не понимаю в двух словах как это в схеме должно выглядеть.

Классическая схема с гистерезисом спасает от этого.steel.ne, 26 Февр. 09, 11:07

Согласен на 100%! Если не затруднит - выкладывай схему классического компаратора с гистерезисом. Питание однополярное 5 вольт, пороговое напряжение порядка вольта, гистерезис нужен порядка 0,1 вольта, не больше.

По поводу генератора - не проще ли включить диод параллельно тиристору? Автоматом получим уполовинивание мощности. И схема будет на одном компараторе.

Отличная идея! Но у меня не всегда хватает диапазона 50% на весь цикл ректификации! Начинается процесс на диапазоне 300-1000 ватт, заканчивается на 600-2000. Реально хватило бы диапазона 500-1500 ватт на весь процесс. Но с диодом такого не получишь. Надо подумать.

Игорь, а ПИД или хотябы ПИ замутить не хочешь?

Если не затруднит - выкладывай схему классического компаратора с гистерезисом. Игорь, 26 Февр. 09, 11:28

Как любитель – любителю, вот ссылка на пдф. Там есть схема включения операционника, по схеме с гистерезисом. Плюс формулы для расчета. На LM358 должно все работать.
http://www.gamma.spb.ru/pictures/articles/doc_31.pdf

Игорь, а ПИД или хотябы ПИ замутить не хочешь? Kotische, 26 Февр. 09, 12:21

Kotische, а исходником поделиться с "собутыльниками" можеш?

Котище, можно было бы ПИД замутить, но при такой инерционности по нагреву, какую имеет бак браги, наверное можно обойтись просто компаратором с двумя переключаемыми порогами.
Но если схемка ПИД будет не навороченной, почему бы и нет?

Но если схемка ПИД будет не навороченной, почему бы и нет?
Игорь, 26 Февр. 09, 13:53

Не будет навороченной доваться конденсатор(ы) резистор(Ы) и все..

Блин, пол дня пытался отправить сообщение, но сервер глючил. Если непонятно - пришлю вечером текст - дома остался. Сейчас схемку выложу.

Смысл такой. К задающему напряжению добавляется треугольное напряжения небольшой амплитуды с генератора (такой же как у Игоря). В результате компаратор сравнения опорного и задающего начинает давать на выходе ШИМ. Если входное меньше, чем опорное плюс треугольное - симистор всегда включен. Если больше - всегда выключен. В промежутке - нормальный ШИМ.

На нижнем графике - напряжение с датчика (линейно нарастающее от 2 до 3 В просто для иллюстрации работы схемы) и задающее напряжение (установлено в 2.5В) к которому добавлено треугольное. На верхнем - выход оптрона (всадил вместо симистора просто для иллюстрации).

*************************
Честная схемка управляемого постоянным напряжением ШИМа с постоянным периодом - https://cdn.homedistil.ru/fs/0812/29/673.9571.gif . Если вместо регулировочного потенциометра R9 подключить сигнал управления.

Но это честная линейная схема. Если есть желание использовать одну деталь в 8-ногок корпусе, можно сделать так. Компаратор сравнивает сигнал с датчика давления и опорный сигнал (задаваемое значение). Если мы теперь сделаем генератор треугольного напряжения и добавим небольшой треугольный сигнал к опорному сигналу то автоматически получим нормальный ШИМ. Т.е. когда ошибка (разность сигнала с датчика и опорного) будет больше размаха треугольного напряжения - будет полное отключение или включение ТЭНа. А когда меньше - начнет работать ШИМ и будет плавный переход от полного включения к выключению через регулировку скважности.

Можно сделать примерно такую схемку. В ней вместо сигнала с датчика давления генерируется нарастающее напряжение от 2 до 3 вольт, просто чтобы было видно как работает схема. Установка давления задается резисторами R2 и R5 - для простоты стоит 2.5 В. Амплитуда пилы регулируется R1, частота - R6 и С1. Вместо симистора воткнул оптрон просто для иллюстрации.

На нижнем графике - напряжение с датчика давления (линейно нарастающее) и то, что подается на второй вход компаратора 5 нога U1B (регулирующее напряжение + треугольник). На верхнем - сигнал после оптрона. Вроде все видно. Ширина зоны ШИМ сторого задается амплитудой пилы.

Регулирующее напряжение не следует опускать ниже, чем амплитуда пилы (чтобы не получить отрицательных значений), на самом деле ниже примерно 0.5В. И поднимать выше 3 вольт (3.5В минус амплитуда пилы) - вход компаратора нельзя поднимать выше 3.5В. Если входной сигнал выходит за эти границы его стоит немного ослабить и загнать в них.

Схемка упрощенная, форма треугольника  будет изменяться при изменении регулирующего напряжения (скорость в плюс и скорость в минус). Поэтому зону регулировки лучше выбирать вблизи 2.5В. Можно лучше (см. ссылку выше) но сложнее.

И еще. Размах треугольного напряжения задает зону ЛИНЕЙНОЙ регулировки мощности.

Пока суть да дело, напитался новыми знаниями (ion, спасибо за ссылку) и сделал схему для себя. В работоспособности уверен на 95%, эксперимент поставлю на себе.

Игорь223, эта схема идеально подходит под твою систему с тремя киловаттными ТЭНами, параметры делителя рассчитаны под твои давления, и учитывают твои пожелания.

Так как сам еще плаваю мелко, языком чайника попытаюсь объяснить как оно работает.

Делитель напряжения устанавливает на инвертирующем входе нижнего компаратора напряжение 0,56 вольта, а на инвертирующем входе верхнего - от 0,7 до 1,4 в зависимости от положения движка потенциометра.


При включении в работу, когда давление в кубе равно нулю, напряжение на прямых входах компараторов будет 0,2 вольта. На обоих инвертирующих больше, поэтому на выходах компараторов установится логический ноль. Оба светодиода опторазвязок бубут светитьмя, симисторы будут открыты.

На цепочке ТЭНов фаза и ноль установятся поочередно, поэтому на каждом из них будет 220 вольт, а суммарная мощность составит 3 киловатта. Идёт разогрев системы.

В определенный момент начнется кипение и давление в кубе начнет расти. При этом напряжение на МРХ и на прямых входах компараторов начнет повышаться. Когда давление превысит 80 мм.в.ст (6 мм ртутного), напряжение прямого входа нижнего компаратора станет больше напряжения на инвертирующем входе. На выходе нижнего компаратора установится единица. На выходе верхнего компаратора пока будет ноль.
Это приведет к тому, что нижний тиристор закроется, а верхний останется открытым. Это приведет к тому, что нижний и средний ТЭН "потеряют ноль" и перестанут греть. Верхний ТЭН останется под напряжением, значит мощность нагрева составит 1000 ватт.
При этой мощности рост давления замедлится, давление в кубе и напряжение на МРХ будет медленно расти. В какой-то момент напряжение на МРХ достигнет уровня, настроенного на движке потенциометра. Это произойдет при давлении в кубе 110-270 мм.в.ст (8-20 ртути) - з зависимости от настройки потенциометра.
В этот момент напряжение на прямом входе верхнего компаратора превысит напряжение на инвертирующем, на выходе компаратора установится "единица", светодиод погаснет, симистор закроется.
В результате 220 вольт будут подключены к тем последовательно включенным ТЭНам, мощность в кубе составит 333 ватта.
При такой мощности начнется падение давления, и когда значение напряжения  на МРХ станет меньше напряжения на движке потенциометра, верхний симистор откроется, верхний ТЭН окажется под сетевым напряжением, мощность в кубе достигнет 1000 ватт.
Давление снова начнет расти. Процесс повторится.
=================================================================
Сегодня наверное нет, а на выходных наверняка спаяю такую штуку. У меня как раз 3 ТЭНа.

 Ознакомился сейчас бегло - к куму идти на блины надо. Вроде действительно должно работать, очень изящное решение.
Если разгромной критики не последует от форумчан - электронщиков - в субботу тоже сваяю и сразу на ректификации проверять буду.
Над схемой Руди тоже надо поразмыслить. К примеру, в десяти кегах, мною приобретенных хочу установить аристоновские трех или четырех киловаттные тены ( удобно врезать в кег только переходы дюйм с четвертью, обычные тены не вставишь никак). То есть там один тен, коммутировать нечего...

2Руди. Дай пожалуйста свое мнение о схеме Игоря и дорисуй свою, ок?