Стабилизация давления или мощности.

Счетчик лежит в мастерской, и даже провода к нему прикручены. Но подсоединять не буду - и так понятно, что он покажет. Собрал сегодня на втором датчике быструю схему ШИМ (с новыми задающими цепями). Готово - завтра можно куда хошь подключать и как угодно обратную связь получать.
Я решаю прикладную задачу, ФЧ мерять  нет нужды - наглядно через стеклышко видно постоянство возврата флегмы и постоянство отбора во всем процессе - поэтому я специально не крутил отбор вплоть до дожима старт-стопом. Хотел убедиться в том, что при нормальном потоке пара отбор, невыходящий за пределы нормального, не нуждается в корректировке. Убедился. Не нужно.

Я вот думаю насчет давления при отборе голов. Руди его сильно уменьшает, увеличивая тем самым число ТТ. Но при этом уменьшается ФЧ (отбор одинаково малый, но испарение уменьшено относительно возможного), что вроде плохо сказывается на результате. Вопрос - нет ли значения давления, которое будет оптимальеым при отборе голов. В том смысле - нет ли экстремума у зависимости  разделяющей способности колонны от величины давления?

Это касается, в общем случае, не только голов. Принято считать, что предзахлебное состояние - оптимум при работе колонны. А так ли это...
К примеру, можно залить в куб полупроцентный раствор спирта, и провести при одном положении крана отбора несколько разделений при разном давлении. Будет ли градусность спирта являться однозначным показателем качества разделения. Если да - то можно построить функцию качества разделения конкретной системы, и, стабилизируя поток паров спирта при фиксированном отборе, держать колонну постоянно в оптимуме по разделению.
А?

Разумно. Стоит попробовать.
При снижении давления, я контролирую ФЧ и, снижая отбор, держу его на правльном значении.

 Вот по этой схеме (кусок на одной микросхеме У1 - ШИМ стабилизатор) собрал вчера, сегодня настроил. Оказывается, у меня прошлая схема работала неправильно - слишком большая составляющая постоянного напряджения и слишком малая - переменного пилообразного была подана как опорное на компоратор. Поэтому регулятор был наполовину стабилизатором мощности.
Сейчас вместо R10 поставил постоянный 62кОм, а шестую ногу подключил между Р10 и Р11. Емкость уменьшил до 10mkF получил период чуть меньше секунды. Теперь получил настоящую стабилизацию, с датчика напряжение плавает 1372-1377мВ, к примеру при 19мм ртути. И никаких шумов, характерных при включении тена. Точнее, равномерный звук нагрева.
Залил 4 литра СС и 10л воды, разогнал колонну " на себя". Давление захлеба получил 23мм ртути. Убрал до 19мм. Начал очень медленный (поскольку ушел на работу) отбор головы. Одна капля в три секунды - это где то 30мл/час.

Да, по поводу давления.
Под дефлегматором давление практически атмосферное - чуть-чуть выше. Но это чуть чуть практически на уровне шумовдатчика - чуть выше. Поэтому стабилизировать таким образом не стал. Варианта два - либо сверлить отверстие в колонне сантиметров на 15-20 ниже узла стыка с колонной, либо работать на 2/3 колонны. Решил с новым стабилизатором проветси ректификацию, потом, еслипредзахлебы все таки будут, принимать решение - либо постоянно работать на 15мм ртути на2/3, либо просверлить пару дырок в трубе (что в общем то несложно. Но надо решить мелкий вопрос тогда чтобы насадка в трубку отвода давления не лезла.
Но это - чуть позже...

Твои изменения в схеме привели к увеличению амплитуды пилы раз в 10 и соответствующему снижению чувствительности (точности поддержания) схемы. Кроме того, ты потерял возможность ее регулировки. Если хочешь работать в таком режиме просто поменяй R10 на 100 кОм без перепаек. Все будет то же, но сохранишь возможность регулировки. Это не касается замены конденсатора, его можешь менять безболезненно.

Обьясни мне тогда, как регулировать точность поддержания. По родной схеме постоянная составляющая опорного напряжения многократно больше переменной. Поэтому светодиод загорается - горит- тухнет. Давление колеблется (сигнал с датчика давления почти на две десятых вольта).
А когда я увеличил составляющую пилы - несталибность сигнала датчика уменьшилась до пяти соток, светодиод моргает, колебаний нет до самого конца прогона.
Где же потеря стабильности?
И зачем нужна регулировка... короче, давай методику настройки классического ШИМа - я попробую и отпишу подробно, что вышло. Может, кому еще пригодиться. Я, кстати, доволен схемой на сто процентов, в корпус уже собрался вставлять

По поводу давления. Провел вторую ректификацию почти заочно. Выставил давление во зибежание предзахлеба сразу 16мм ртути, начал отбирать тело, засек устоявшуюся температуру колонны. Дал выше на 2 десятки уставку на стоп...
Приехал к вечеру - колонна стоит на стопе 5минут, открывается на 10сек. Сменил емкость, дал еще десятку,  дожал еще 20мл - вроде чистый. Открыл отбор на полную без стопа. Получил 50-100 (не мерял) плохо пахнущей жидкости и почти 30С в колонне. Конец фильма.
Кстати, вторым датчиком мерял давление в кубе в начале и конце ректификации. результаты слегка озадачили. Вначале на выходе датчика было 2,24В, в конце 2,11В. То есть давление к концу упасть - упало, но не в разы, как я предполагал.

При отжиме сивухи, кстати, тоже интересно.
Давление внизу начало сильно расти, в дефлегматоре захлеб по полной, а давление в теле колонны начало падать до 10мм ртути и ниже. Соответственно, мощность увеличил регулятор - захлеб дальше усилился - положительная обратная связь, хи хи. Точнее - разрыв отрицательной обратной связи. Флегмы не стало - насадка просохла, давление упало - поступил сигнал увеличить мощность... не так ли возникают захлебы и в процессе работы? Возврат флегмы уменьшился по какой то (неважно какой причине) - прессостат отработал - помог дозахлебнуть колонну...

В следующий раз попробую еще раз застабилизировать давление в кубе и посмотреть вторым датчиком давление на 2/3 колоны - где то я что то упустил... несильно же очень давление куба уменьшилось к концу ректификации...

Зона линейного регулирования определяется размахом (от пика до пика) пилы на входе компаратора сравнения. Назовем эту величину Uп.

На один вход компаратора сравнения подается сигнал с датчика Uд, на другой - сигнал уставки Uу(пост. напряж.) + пила Uп(перем. напряж).

Если сигнал с датчика меньше, чем Uу - Uп/2,компаратор всегда в нуле и нагреватель непрерывно включен.

Если сигнал с датчика больше, чем Uу + Uп/2,компаратор всегда в единице и нагреватель непрерывно выключен.

Если сигнал с датчика в промежутке между этими значениями, то на выходе ШИМ, и мощность нагревателя обратно пропорциональна превышению порога Uу - Uп/2. Т.е. при превышении сигналом (Uу - Uп/2) мощность начинает уменьшаться, и при достижении им значения (Uу + Uп/2) становится нулевой.

Диапазон от (Uу - Uп/2) до (Uу + Uп/2) называется диапазоном линейного регулирования. Он численно равен размаху пилы Uп. Чем он больше, тем хуже отслеживается заданное значение, зато вероятность возникновения колебательных процессов ниже. С уменьшением размаха пилы точность растет, но, при уменьшении ее ниже какого-то значения, возникают колебания вокруг точки равновесия и точность снова падает. Поэтому для каждой системы есть оптимальное значение амплитуды пилы, которое и задается R10.

Алгоритм прост, крутишь R10 и добиваешься минимальной болтанки датчика давления.

Теперь все понятно, гражданин ученый.
Завтра-послезавтра припаяю 100к подстроечник и обязательно покручу его туда-сюда. Хотя пять соток Вольта с датчика болтанка - по мне, так практически идеально для куба.
Но - надо посмотреть, затраты плевые, а опыт будет...

Игорь223, Руди тебе как спец объяснил, а я - попробую как дилетант. Неправильно, но верно

Для правильной настройки ШИМ нужно:
1. Определиться с допустимой вилкой рабочего давления и определить напряжения датчика, соответствующие этим двум значениям.
Например, если ты хочешь поддерживать давление в вилке от 200 до 220 мм в.ст, напряжения МРХ5010 будут примерно равны от 1,1 до 1,19 вольта.

Пока напряжение на датчике будет меньше 1,1 вольта, нагрев должен быть полным, при напряжении больше 1,19 вольта нагрев должен отсутствовать, а при нахождении напряжения в пределах этих напряжений, нагрев должен изменяться от нуля до максимума в зависимости от того, насколько напряжение ближе к минимальному или максимальному напряжению "вилки".

Для посторения ШИМа нужно иметь 4 объекта
- генератор "пилы" с известной величиной размаха напряжения;
- дифференциальный усилитель для настройки нижней границы вилки;
- усилитель напряжения для настройки верхней границы вилки;
- компаратор для выработки управляющего ШИМ-сигнала.

1. Считаем, что генератор пилы есть, и пила пиляет от нуля до 2-х вольт.
2. Нужно построить делитель управляющего напряжения дифференциального усилителя так, чтобы им можно было без проблем настроить нижнюю границу диапазона. Допустим, нижняя граница (то, что взято 200 мм.в.ст) должна иметь возможность регулирования от 150 до 250 мм. Это соответствует напряжению на входе дифусилителя от 0,8 до 1,4 вольта.
Выбираем номинал для потенциометра - к примеру - 500 ом. Перепад напряжения на потенциометре должен составлять (1,4 - 0,8)= 0,6 вольта, или 1,2 милливольта на ом (блин,это миллиамперы).
Значит резистор от нуля к потенциометру должен иметь номинал 0,8:0,0012= 670 ом, а резистор от потенциометра к +5 должен иметь номинал (5-1,4):0,0012=3000 ом.

Номиналы потенциометра нужно брать в таких пределах, чтобы суммарное сопротивление цепи резистор-потенциометр-резистор измерялось единицами килоом.

С нижней границей разобрались.
На выходе дифференциального усилителя у нас будет ноль до тех пор, пока напряжение на датчике ниже нижнего уровня, а затем оно будет увеличиваться на 0,0045 вольта при каждый мм.в.ст повышения давления выше нижней границы.

3. Для правильной настройки верхней границы нам нужно этот сигнал с дифференциального усилителя усилить по напряжению. Коэффициент усиления мы зададим, меняя соотношение номиналов резисторов в цепи обратной связи операционного усилителя.
Но во сколько раз усиливать?
Усилить сигнал нужно так, чтобы при максимально допустимом значении давления, величина напряжения после операционного усилителя равнялась размаху пилы.

После дифференциального усилителя напряжение, соответствующее 200 мм.в.ст будет равно нулю, а при давлении 220 мм.в.ст - 0,09 вольт. Так как размах пилы составляет 2 вольта, то усилить сигнал после дифференциального усилителя нужно в 2/0,09 = 22 раза

4. Компаратор. С ним всё ясно. После дифференциального усилителя и усилителя напряжения, напряжение при давлении меньше 200 мм.в.ст будет нулевым, а при давлении больше 220 мм.в.ст будет больше 2-х вольт. Значит независимо от фазы пилы, компаратор (если правильно подключить входы) будет в единице при давлении до 200 мм, и в нуле при давлении выше 220. При промежуточных значениях давления ширина единичного импульса будет пропорционально падать.

Вот такое видение дилетанта со стажем.

Очень долго читал - вьехал, все понятно и доступно.
И в твоем расчете, и в обьяснениях Руди есть один момент, который мне не нравится. Оптимально ШИМ можно настроить совершенно оптимально для одного, конкретно выбранного значения (или диапазона изменения регулируемоей величины), вокруг которого пляшет регуляция. Сместили точку стабилизации по оси значений величины - изменяй соотношение постоянной и переменной составляющих - так получается?

Очень долго читал - вьехал, все понятно и доступно.
И в твоем расчете, и в обьяснениях Руди есть один момент, который мне не нравится. Оптимально ШИМ можно настроить совершенно оптимально для одного, конкретно выбранного значения (или диапазона изменения регулируемоей величины), вокруг которого пляшет регуляция. Сместили точку стабилизации по оси значений величины - изменяй соотношение постоянной и переменной составляющих - так получается?

игорь223, 08 Апр. 09, 21:35

Пилобразный ШИМ-регулятор работает с величиной ошибки. Вот эта ошибка - должна быть нормирована к амплитуде пилы. Соответственно, перед компаратором ШИМа всегда должен стоять каскад, вычисляющий ошибку и нормирующий ее к амплитуде пилы.

....Сместили точку стабилизации по оси значений величины - изменяй соотношение постоянной и переменной составляющих - так получается?игорь223, 08 Апр. 09, 21:35

Вроде не так печально. Первым потенциометром (который в примере 500 ом) устанавливаешь нижнюю границу. Если не изменять коэффициент усиления усилителя напряжения, величина зоны пропорциональности останется неизменной.

Возвращаясь к примеру. Пила будет 2 вольта, Кусиления будет 22.
Если движок потенциометра в положении ближнем к минусу, давление стабилизируется в вилке от 150 до 170 мм.в.ст.
Если движок потенциометра в положении ближнем к плюсу, давление стабилизируется в вилке от 250 до 270 мм.в.ст.
В любом положении этого потенциометра величина вилки составит 20 мм.в.ст.

Если есть желание изменять величину вилки, нужно ставить потенциометр в цепь обратной связи усилителя напряжения и выводить его на переднюю панель.

Если хочешь - ставь задачу, я пересчитаю тебе значения резисторов и потенциометров для конкретных условий, чтобы ты не экспериментировал в резисторами и потенциометрами, а сразу установил нужные номиналы с заданным результатом.
Необходимые данные :
- размах пилы (минимум и максимум);
- желаемый диапазон регулирования нижней границы давления (например от 100 до 300 мм.в.ст);
- желаемый диапазон регулирования зоны регулирования (например от 5 до 50 мм.в.ст)
- напряжение на МРХ при нулевом давлении;
- напряжение на МРХ при каком-то ненулевом давлении (например при 200 мм.в.ст.).

Кстати, на мой взгляд достаточно важно подобрать 4 одинаковых резистора в дифференциальный усилитель не просто по номиналам, а по фактическому сопротивлению.

...Сместили точку стабилизации по оси значений величины - изменяй соотношение постоянной и переменной составляющих - так получается?игорь223, 08 Апр. 09, 21:35

Теоретически так, практически подстраивать амплитуду пилы нужно только если ты сильно изменяешь уставку. При твоих хождениях от 13 до 22 скорее всего пилу можно не менять.

Насчет задачи - давай вместе прикинем, тезка.
К примеру, я знаю точно, что напряжение на выходе МРХ при нуле 262 - 280 мв (из тех четырех, что у меня есть в наличии), на максимуме - около 4,8В. Растет напряжение линейно практически с ростом давления.
Давление я при экспериментах меняд от 7 до 40мм ртути, в эксплуатации на моих экземплярах колонн оно не будет меняться больше, чем 5мм. ртути (если гнать головы по методу Руди) до 25мм рт. - предзахлеб в начале процесса. Номиналы в схеме Руди, кстати, перекрывают гораздо шире диапазон.
Размах пилы я померять не могу - во первых смесь с постоянкой, во вторых - быстро меняется. А осцил мне из москвы продавец, сука, везет уже почти три недели.
Насчет диапазона регулирования - пока темный вопрос.
К примеру, при последней ректификации нестабильность давления была 5мВ. Но при коммутации тена в три кило через твердотельное реле, лампочка, включенная рядом в розетку, помаргивала довольно ощутимо и постоянно всю дорогу. Тут я пока сам не определился - не знаю...

Я тоже столкнулся с мутноватостью "пилообразователя" по схеме Руди, и в своей конструкции применил генератор пилы на 555-м таймере. Он позволяет получит абсолютно ясную пилу ( и осциллограф не нужен) в диапазоне от 1/3 до 2/3 напряжения питания, то есть при 5 вольтах  - от 1,67 до 3,33 вольта.
И я пошел несколько иным путём при регулировании диапазона пропорциональности - я не изменяю коэффициент усиления сигнала, а делю резисторным делителем саму пилу, с которой сравниваю нормализованный и усиленный сигнал с датчика.

Тут аккуратно считать нужно, надеюсь ты это проделал.
Rudy, 07 Апр. 09, 20:08

Причесал расчёт, привожу результаты. Выдумывать ничего не пришлось - расчёт проделан в точности по примеру 1 на стр.47 Стабникова. Определены концентрации этанола в растворе и в паре в начале ректификации, а также в конце через парциальные давления по уравнениям Маргулеса. Результат таков, что при снижении массовой концентрации этанола в паре с 72,90% в начале ректификации до 9,69% при её завершении, общее давление в системе как сумма парциальных естественно опускается на 16,72мм ртути. Это означает, что для поддержания начального давления, системе необходимо сообщить дополнительную тепловую мощность, соответствующую компенсации потерь по давлению, что эквивалентно усилению потока пара.
Прилагаю табличку с результатами. На этом считаю задачу для себя решённой - при стабилизации давления в кубе, поток пара в ходе ректификации должен неизбежно вырасти. Таким образом, при отсутствии датчика скорости пара в колонне, стабилизацию давления следует очевидно осуществлять где-нибудь поближе к точке назначения, но там, где давление ещё отличимо от атмосферного - может быть высота 2/3 колонны и есть для этого самое правильное место. Игорь223, снимаю шляпу.

В другой ветке начало было, закончить все таки хочу здесь. Краткая предистория

Три ректификации провел со стабилизацией давления в 2/3 колонны, опыт положительный, все работает. Регулятор Руди пашет, стабилизация давления превосходная, я даже в корпус его уже вставил.
НО! Свет при стабилизации нужного мне рабочего давления мигает ощутимо и часами подряд
(мощность в кубе при этом примерно 1,5кВТ, получаемая с трехкиловатного тена). НАпрягает. Соседей, думается, тоже.
Начал спрашивать, как выйти из положения. Варианта предложили два
Либо сглаживающий дроссель, либо фазовое управление мощностью в нагрузке. Могу писать коряво - лень термины подбирать, специалисты и так в курсе.
В воскресенье нашел на рынке такую микросхемку, точнее платку регулятора мощности на ней
http://chipinfo.ru/literature/radio/199907/p44_46.html
Схема собрана так, как нарисована на рис.12 в тексте статьи. Симистор БТА 41 600, резистор 260 Ом.
Подключил к тену стабилизатор Руди, нагрел куб, стабилизировал давление в кубе на уровне 20мм ртути. Лампочки исправно моргают, и накаливания, и энергосберегающие.
Переключил на стабилизатор мощности, выставил те же 20 мм ртути. Все стоит точно так же мертво, но лампочки не моргают совершенно.
Мой земляк-напарник сейчас занимается тем, чтобы скрестить эти две схемы. Считаю это совершенно необходимым.

У кого какие мнения на эту тему, граждане спиртогонщики...

Тут есть три варианта.
1. Простейший ШИМ с периодом порядка единиц секунд. Дает минимум помех, обеспечивает нормальную работу ТЭНов, линейную регулировку, и удобное подключение с гальванической развязкой к любой схеме. Но, при большой мощности, вызывает заметные мигания сети.

2. Обычный брезенхем (1 период). То же самое, но моргания сети намного ниже. Но, без процессора не сделаешь, даже с компом нужен проц, комп не успеет.

3.Фазовый регулятор. Очень много помех. Регулировка нелинейна, что очень серьезно мешает нормальной работе любого ПИД. Подключение к любой схеме затруднено - у простых схем нет гальванической развязки от сети, поэтому регулирование - ручное. Зато моргание отсутствует. Реализация линейной схемы без отдельного проца практически невозможна. Реализация линейной регулировки на проце жрет много ресурса, поэтому лучше использовать отдельный проц. Получается недешево.

Вот такие варианты, выбирай.

 Руди, а зачем мне линейная схема? Мне нужно так - пока давление ниже нормы, мной установленной - полный нагрев. Когда выше - полный ноль. А когда давление в зоне "норма плюс минус малая дельта" - простейший фазовый регулятор. На радиопомехи мне плевать, а свет не моргает. Фазовый регулятор счас стоит - брага перегоняется. Все работает, но регуляция ручная резистором. А мне надо обратную связь по давлению.

Я бы выбрал Брезинхема, но мне мощность нужна около 1.5 кило из трех. То есть 50%. Думается мне, при таком питании каждую вторую волну придется пропускать - опять мигать станет. Хотя, если на ПИКе сделать - я могу собрать на пробу. Но по любому деталей будет больше, кажется мне.

По схема сварочника сделай с APFC