kategorier: Praktisk elektronikk, Hjemmeautomatisering
Antall visninger: 93247
Kommentarer til artikkelen: 8
Termostat for elektrisk kjele
Beskrivelse av en enkel og pålitelig temperaturreguleringskrets for et varmesystem.
Russisk vinter er tøff og kald, og alle vet om den. Derfor må lokalene der folk befinner seg oppvarmes. Det vanligste er sentralvarme eller individuelle gasskjeler.
Ofte oppstår situasjoner når verken den ene eller den andre er tilgjengelig: for eksempel i et rent felt er det et lite rom på en pumpestasjon for vannforsyning, og der er sjåføren på vakt døgnet rundt. Det kan også være et vakttårn eller et eget rom i en stor ubebodd bygning. Det er mange slike eksempler.
I alle disse tilfellene er det nødvendig å ordne oppvarming ved bruk av strøm. Hvis rommet er lite, er det fullt mulig å gjøre med en konvensjonell oljefylt elektrisk radiator til husholdningsbruk. For et større rom med et areal på cirka 15 - 20 kvadratmeter, er vannoppvarming oftest arrangert ved hjelp av en radiator sveiset fra rør, som ofte kalles et register.
Hvis du lar ting gå på egen hånd og ikke overvåke temperaturen på vannet, vil det før eller siden ganske enkelt koke opp og saken kan ende i svikt i alt elektrisk kjeleFørst av alt, dets varmeelement. For å forhindre en så uheldig hendelse, styres oppvarmingstemperaturen av en termostat.
Et av de mulige alternativene for en slik enhet foreslås i denne artikkelen. Selvfølgelig er denne vinteren allerede i ferd med å renne ut, men vi skal ikke glemme at pulkene er best forberedt om sommeren.
Funksjonelt kan enheten deles inn i flere noder: selve temperatursensoren, sammenligne enhet (komparator) og en lastkontrollenhet. Følgende er en beskrivelse av de enkelte delene, deres diagram og driftsprinsipp.
Temperatursensor
Et særtrekk ved den beskrevne designen er at den brukes som temperatursensor konvensjonell bipolar transistor, som lar deg forlate søket og kjøpet termistorer eller sensorer av forskjellige typer, for eksempel TCM.
Driften av en slik sensor er basert på det faktum at i likhet med alle halvlederenheter, er parametrene til transistorer i stor grad avhengig av omgivelsestemperaturen. For det første er dette reversstrømmen til samleren, som øker med økende temperatur, som påvirker driften av for eksempel forsterkningstrinn. Driftspunktet deres blir forskjøvet slik at betydelig signalforvrengning oppstår, og i fremtiden slutter transistoren ganske enkelt å svare på inngangssignalet.
Denne situasjonen er hovedsakelig iboende i kretsløp med fast basestrøm. Derfor brukes transistor kaskadekretser med tilbakemeldingselementer som stabiliserer driften av kaskaden som en helhet, og også reduserer effekten av temperatur på driften av transistoren.
En slik temperaturavhengighet observeres ikke bare for transistorer, men også for dioder. For å bekrefte dette ved å bruke et digitalt multimeter er det nok å “ringe” en hvilken som helst diode i retning fremover. Typisk vil enheten vise et tall nær 700. Dette er bare et direkte spenningsfall på den åpne dioden, som enheten viser i millivolt. For silisiumdioder ved en temperatur på 25 grader Celsius er denne parameteren omtrent 700 mV, og for germaniumdioder omtrent 300.
Hvis denne dioden nå er litt oppvarmet, i det minste med et loddejern, vil dette tallet gradvis avta, derfor anses det at temperaturkoeffisienten for spenningen til dioden er -2mV / deg. Minustegnet i dette tilfellet indikerer at med økende temperatur vil spenningen på dioden synke.
Denne avhengigheten tillater også bruk av dioder som temperatursensorer.Hvis transistoren overgår "ringer" med samme enhet, vil resultatene være veldig like, derfor blir transistorer ofte brukt som temperatursensorer.
I vårt tilfelle er driften av hele temperaturregulatoren nøyaktig basert på denne "negative" egenskapen til kaskaden med en fast basestrøm. Temperaturkontrollkretsen er vist på figur 1.
Figur 1. Oppsett av termostaten (å klikke på bildet vil åpne opplegget i større skala).
Temperatursensoren er montert på en transistor VT1 type KT835B. Lasten til denne kaskaden er motstanden R1, og motstandene R2, R3 innstilt likestrøm driftsmodus. Den faste forspenningen, som ble nevnt like over, settes av motstanden R3 slik at spenningen på emitteren til transistoren ved romtemperatur er omtrent 6,8 V. Derfor er en stjerne (*) til stede i betegnelsen på denne motstanden i kretsen. Det er ikke nødvendig å oppnå spesiell nøyaktighet her, hvis bare denne spenningen ikke var mye mindre eller mer. Målinger bør gjøres i forhold til samleren til transistoren, som er koblet til den vanlige ledningen til strømkilden.
Transistoren til p-n-p-strukturen KT835B ble ikke valgt ved en tilfeldighet: dens samler er koblet til en metallplate på saken, som har en åpning for montering av transistoren på radiatoren. For dette hullet er transistoren festet til en liten metallplate, som også ledningen er festet til.
Den resulterende sensoren festes ved hjelp av metallklemmer til varmerøret. Siden, som allerede nevnt, samleren er koblet til den vanlige ledningen til kraftkilden, er det ikke nødvendig å installere en isolerende pakning mellom røret og sensoren, noe som forenkler utformingen og forbedrer den termiske kontakten.
komparator
For å stille inn temperaturen, laget en komparator på driftsforsterkeren OP1 type K140UD608. Gjennom motstand R5 tilføres spenning fra senderen til transistoren VT1 til dens inverterende inngang, og spenning fra motoren med variabel motstand R7 tilføres den ikke-inverterende inngangen gjennom motstand R6.
Denne spenningen setter temperaturen som belastningen vil koble seg fra. Motstander R8, R9 setter det øvre og nedre området for innstilling av terskel for komparatoren, og derfor grensene for temperaturkontroll. Å bruke motstanden R4 gir den nødvendige hysterese av komparatoren.
Lastkontrollenhet
Lastkontrollen er laget på transistoren VT2 og relé Rel1. Her er en indikasjon på driftsmodusene til termostaten. Disse lysdiodene er HL1 røde og HL2 grønne. Rød farge betyr oppvarming og grønn farge at den innstilte temperaturen er nådd. Dioden VD1, koblet parallelt med reléspolen Rel1, beskytter transistoren VT2 mot selvinduksjonsspenninger som oppstår på reléspolen Rel1 på tidspunktet for avstengning.
Moderne reléer i liten størrelse gjør det mulig å bytte tilstrekkelig store strømmer. Et eksempel på et slikt stafett er Tianbo-reléet vist i figur 2.
Figur 2. Relaterte små størrelse Tianbo.
Som det fremgår av figuren, lar reléet strømskifte opp til 16A, som lar deg kontrollere en belastning på opptil 3 kW. Dette er maksimal belastning. For å lette driften av kontaktgruppen, bør lastkraften begrenses til 2 ... 2,5 kW. Slike reléer brukes i dag veldig mye i bil- og husholdningsapparater, for eksempel i vaskemaskiner. Samtidig overstiger ikke dimensjonene på stafetten størrelsen på fyrstikkboksen!
Arbeid og justering av en temperaturregulator
Som det ble sagt i begynnelsen av artikkelen, ved romtemperatur er spenningen ved senderen til VT1-transistoren omtrent 6,8 V, og når den blir oppvarmet til 90 ° C faller spenningen til 5,99 V. For slike eksperimenter er en bordlampe med metall lampeskjerm egnet som varmeovn. og for måling av temperatur, et kinesisk digitalt multimeter med et termoelement, for eksempel DT838.Hvis sensoren til den samlede enheten er montert på lampeskjermen, og lampen slås på gjennom relékontakten, vil det være mulig å kontrollere driften av den samlede kretsen i et slikt oppsett.
Komparatoren fungerer på en slik måte at hvis spenningen ved inverteringsinngangen (spenningen til temperatursensoren) er høyere enn spenningen ved inngangen til den ikke-inverterende (spenning på temperaturinnstillingspunktet), er spenningen ved utgangen til komparatoren nær spenningen til strømkilden, i dette tilfellet kan det kalles en logisk enhet. Derfor er transistorbryteren VT2 åpen, reléet er slått på og relékontaktene inkluderer et varmeelement.
Når varmesystemet varmer opp, varmes også temperatursensoren VT1 opp. Spenningen på emitteren synker med økende temperatur, og når den blir lik, eller rettere sagt mindre enn spenningen som er installert på motoren til den variable motstanden R7, går komparatoren i en tilstand av logisk null, så transistoren er låst og reléet er slått av.
Varmeelementet er uten strøm og radiatoren begynner å kjøle seg ned. Transistorsensoren VT1 avkjøles også, og spenningen på senderen stiger. Så snart denne spenningen blir høyere enn den som er satt av motstand R7, går komparatoren i en høy tilstand, reléet vil slå seg på og prosessen vil bli gjentatt igjen.
Litt om betjeningen av skjermkretsen, mer presist, om formålet med elementene. Den røde LED HL1 slås på sammen med reléspolen Rel1, og indikerer at varmesystemet varmer. På dette tidspunktet er transistoren VT2 åpen, og HL2 LED skifter gjennom dioden D2, grønt lys er slukket.
Når den innstilte temperaturen er nådd, vil transistoren stenge og slå av reléet, og med det den røde LED HL1. Samtidig vil en lukket transistor ikke lenger omgå HL2 LED, som lyser. Diode D2 er nødvendig slik at HL1 LED, og med det reléet, ikke kan slå på via HL2 LED. Eventuelle LED er egnet, så deres type er ikke spesifisert. Som dioder D1, D2 er mye brukte importerte dioder 1N4007 eller innenriks KD105B ganske passende.
Termostat strømforsyning
Strømmen som forbrukes av kretsen er liten, så du kan bruke hvilken som helst kinesisk produsert AC-adapter som strømforsyning, eller sette sammen en stabilisert 12V likeretter. Strømforbruket til kretsen er ikke mer enn 200 mA, så enhver transformator med en effekt på ikke mer enn 5W og en utgangsspenning på 15 ... 17V er passende.
Strømforsyningskretsen er vist i figur 3. Diodebroen er også laget på dioder 1N4007, og spenningsregulatoren er + 12V på en integrert stabilisator av type 7812. Strømforbruket er lite, så du trenger ikke installere stabilisatoren på radiatoren.
Figur 3. Termostat strømforsyning.
Utformingen av termostaten er vilkårlig, de fleste delene er montert på et trykt kretskort, det er bedre hvis strømforsyningen også er montert der. Transistorsensoren kobles til ved hjelp av en skjermet to-ledningskabel, mens transistorens samler er tilkoblet via en skjerm.
Det er ønskelig at det er en trepinners kontakt på enden av kabelen, og dens motstykke på tavlen. Du kan også installere en liten terminalblokk på brettet, selv om dette er mindre praktisk enn kontakten. En slik tilkobling vil i stor grad forenkle installasjonen av sensoren og hele enheten som helhet på bruksstedet.
Den ferdige enheten skal plasseres i en plastkasse og installere en temperaturinnstillingsmotstand R7 og lysdiodene HL1 og HL2 utenfor. Det er bedre hvis disse delene også er loddet på brettet, og det lages hull i saken for dem.
Tilkoblingen til strømnettet og varmeapparatet er koblet gjennom terminallisten, som skal festes inne i plastkassen. For å beskytte hele enheten som en helhet, skal tilkoblingen gjøres i henhold til PUE, ved hjelp av verneutstyr.
Flere av disse temperaturregulatorene ble laget, og alle av dem viste akseptabel nøyaktighet av temperaturkontrollen, så vel som veldig høy pålitelighet, fordi med en slik enkelhet i kretsen er det faktisk ingenting å bryte.
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: