Elektronický termostat pro olejový chladič

Článek o tom, jak nahradit mechanický regulátor teploty olejového topného tělesa.

Docela často v každodenním životě musíte k vytápění používat olejové radiátory. Zpravidla takové dny přicházejí na podzim, kdy je venku už docela zima, a veřejné služby v žádném spěchu nezapínají ústřední topení v bytech. Na rozdíl od jiných typů topných elektrických spotřebičů tyto radiátory nespalují vzdušný kyslík.

Teplota ohřevu těchto radiátorů se nastavuje pomocí elektromechanického ovladače, jehož základem je bimetalická deska - řídí činnost mechanického kontaktu. Tento kontakt vypne ohřívač, jakmile je dosaženo nastavené teploty.

Když se takový regulátor stane nepoužitelným, nemůže být opraven v téměř sto procentech případů. Je nemožné používat radiátor bez regulátoru teploty: buď ho musíte ručně zapnout pravidelně - vypněte jej, nebo si počkejte, až se objeví oheň. Polovodičový regulátor teploty popsaný v tomto článku pomůže zbavit se této situace.

Polovodičové snímače teploty

Charakteristickým rysem tohoto regulátoru je to, že nevyžaduje kalibraci teploty, protože používá snímač LM335AZ, kalibrovaný již při jeho výrobě výrobcem.

Existuje několik typů kalibrovaných teplotních senzorů, například DS1621, DS1820 a některé další. Tyto senzory poskytují údaje o teplotě v digitální podobě, takže výsledek měření je k dispozici pouze mikrokontrolérová zařízeníkteré vyžadují programování.

Analogový teplotní senzor LM335AZ

Senzor LM335AZ poskytuje výsledek měření v analogová forma (napětí), což nevyžaduje použití mikrokontrolérů a psaní programů. Stačí sestavit jednoduchý obvod a zařízení bude fungovat tak, jak bylo zamýšleno. Schéma popsaného regulátoru teploty je znázorněno na obrázku 1.

Obrázek 1. Termostat pro olejový chladič.

Podle principu činnosti je LM335AZ jednou z variant polovodičově řízené zenerovy diody, jejíž stabilizační napětí závisí na okolní teplotě. Tato charakteristika je přísně standardizovaná a činí 10 mV / ° C. V tomto případě je teplotní koeficient napětí (TKN) kladný, to znamená, že při zvýšení teploty o každý stupeň se napětí na výstupu takového senzoru zvyšuje o 10 mV.

Výrobce zaručuje, že při změně teploty v rozmezí -40 ... + 100 ° C je charakteristika senzoru lineární a chyba není větší než ± 1 ° C. Taková přesnost je dostačující pro řízení teploty ohřívače. Je třeba zvlášť poznamenat, že takových parametrů bude dosaženo při proudu zenerovou diodou na úrovni 0,45 ... 5,0 mA.

Senzory LM335AZ jsou kalibrovány na stupnici teploty Kelvina. Abychom mohli přenést teplotu ze stupňů Celsia, které jsou nám známé, musíme použít následující vzorec: t ° K = 273 + t ° C. Vzhledem k výše uvedenému teplotnímu koeficientu snímače 10 mV / ° C bude napětí v milivoltech na jeho výstupu desetkrát vyšší než hodnoty ve stupních.

Jednoduchý příklad: pokud v našem pokoji nástěnný teploměr ukazuje 25 stupňů, bude napětí na výstupu senzoru LM335AZ (273 + 25) * 10 = 2980 mV nebo 2,98 V. Je snadné vypočítat, že pokud se olejový chladič zahřeje na 70 ° C napětí na výstupu ze senzoru LM335AZ bude (273 + 70) * 10 = 3430 mV nebo 3,43 V. Ukazuje se, že pro vytvoření termostatu stačí změřit napětí na výstupu ze senzoru a porovnat jej s referenčním napětím, které nastavuje teplotu topení.

Po takovém podrobném zvážení senzoru můžeme přistoupit k popisu schématu zapojení termostatu, který obsahuje malý počet dílů, je snadno vyrobitelný a nevyžaduje téměř žádné seřízení.

Napájení termostatu

Napájení pro regulátor teploty je sestaveno podle známého schématu s zhášecím kondenzátorem. Na obrázku je to C1. Paralelně je nainstalován odpor R1, kterým se výše uvedený kondenzátor vybije po odpojení zařízení od sítě.

Především je tento výboj potřebný při nastavování a výrobě regulátoru teploty, - musíte souhlasit s tím, že není příliš příjemné přijímat elektrické šoky a zapomínáním kondenzátor nabitý na síťové napětí.

Rezistor R2 snižuje připojovací proud při připojení k síti av nouzových situacích působí jako pojistka. Jeho výkon by měl být alespoň 1 watt. Při nižších kapacitách tento rezistor shoří kvůli destrukci odporové vrstvy i při plně funkčním zařízení.

Napětí usměrněné můstkem pomocí Zenerovy diody VD2 je omezeno na 12V a kondenzátor C4 vyhlazuje své vlnky. Kondenzátor C6 je navržen tak, aby vyhladil pulzní a vysokofrekvenční rušení přicházející ze sítě. K napájení čipu se používá napětí 12 V - komparátor, kontrolky LED HL1, HL2 a LED triak optočlenu U1.

Druhý stabilizační stupeň se provádí na integrovaném stabilizátoru 78L05, který má výstupní napětí +5 V. Toto napětí se používá k napájení teplotního senzoru a získání referenčního napětí na vstupu komparátoru. Stabilita celého zařízení jako celku závisí na stabilitě tohoto napětí.

Teplotní senzor VK1 přijímá energii ze stabilizátoru DA2 přes odpor R3. Napětí ze senzoru přes filtr potlačení šumu R4, C2, R5 je přiváděno na neinvertující vstup 3 komparátoru (komparátoru) DA1.1.

Referenční napětí je také přiváděno na invertující vstup 2 komparátoru prostřednictvím filtru potlačení rušení R14, C3, R6, který nastavuje teplotu ohřevu.

Nastavení zařízení je sníženo na nastavení napětí, které bude senzor vydávat při maximální nastavené teplotě pomocí ladicího rezistoru R15 na levém výstupním obvodu rezistoru R17. Pokud omezíte ohřev na 70 ° C, pak na Kelvinově stupnici to odpovídá 343 ° K, takže napětí senzoru bude 3, 43 V. Při teplotě, například, 80 ° C, 3,53 V.

Na druhé straně by se napětí na spodním konci rozsahu mělo nastavit na pravé straně podle výstupního obvodu rezistoru R17. Toto nastavení se provádí výběrem rezistoru R18. Odpor R17 může být také v rukou špatné hodnoty, jak je znázorněno na obrázku. Vzhledem k tomu, že při 0 ° C (což odpovídá 273 ° K) je napětí senzoru na výstupu senzoru 2,73 V, můžete použít poměr R17 / (3,43 - 2,73) = R18 / 2 pro přibližný výpočet hodnot těchto rezistorů. 73, ze kterého je snadné vypočítat odpor jakéhokoli rezistoru.

Princip fungování obvodu

Nyní pár slov o fungování obvodu. Napětí z teplotního senzoru je přiváděno na neinvertující vstup komparátoru 3. Napětí z odporového motoru R17 je přiváděno na invertující vstup 2. Zatímco napětí na neinvertujícím vstupu je vyšší než u invertujícího, výstupní tranzistor komparátoru je otevřený, takže LED trio optočlenu U1 je osvětlena. K indikaci otevřeného stavu optočlenu se používá červená LED HL1. Na oplátku také otevřené triak VS1 a topení jsou připojeny.

Jak se chladič zahřívá, napětí na výstupu snímače VK1 se zvyšuje. Jakmile toto napětí překročí napětí na invertujícím vstupu, výstupní tranzistor komparátoru se uzavře a LED optočlenu zhasne - zátěž se vypne.

Poté, co chladič trochu vychladne, se ohřívací cyklus opakuje znovu.Jak chladič chladí kvůli šířce hysterezní smyčky komparátoru, která závisí na odporu rezistoru R7. Kondenzátor C5 zabraňuje vzrušení komparátoru při vysokých frekvencích.

LM2903N obsahuje dva komparátory. Proto je možné sestavit indikátor do druhého komparátoru, který ukazuje, že zahřívání je dokončeno a že v síti je napětí. Tento indikátor je namontován na DA1.2 a zelené LED HL1, která se rozsvítí po vypnutí ohřívače.

Pár slov o detailech. Rezistory R9, R12 jsou navrženy tak, aby poskytovaly provozní režimy fotoelektrického tranzistoru s optočlenem a řetězec R8, C9 je určen k potlačení napěťových rázů na triak VS1. Importovaný triak uvedený na obrázku může být úspěšně nahrazen domácím TS 112-16 nebo TS 125-22. U těchto triaků je možné spínat zatížení až do 2,5 kW. K jejich instalaci budete potřebovat malý radiátor, od kterého by měl být triak izolován slídovými nebo keramickými těsněními.

Konstrukce regulátoru je libovolná: pokud to konstrukce olejového chladiče umožňuje, může být instalován uvnitř. Můžete si také vyrobit termostat ve formě samostatné jednotky. V tomto případě to samozřejmě musíte umístit do nějakého uzavřeného prostoru. LED diody HL1, HL2 a rukojeť variabilního odporu R17 by měly být zobrazeny na vnější straně skříně, pomocí které můžete do určité míry upravit teplotu ohřevu. LED HL1, HL2 mohou být jakéhokoli typu, zatímco HL1 je zelená a HL2 je červená.

Zařízení je vyrobeno na desce s plošnými spoji, jejíž možná verze je znázorněna na obrázku 2.

Obrázek 2. Termostatická deska.

K instalaci na desku byly použity následující typy dílů: domácí oxidové kondenzátory K50-35 nebo dovážené, filmové kondenzátory C1 a C9 typu K73-17, zbývající malé keramické kondenzátory. Oxidové kondenzátory musí mít teplotu přípustnou alespoň +105 ° C, což je uvedeno na kondenzátorech.

Pevné rezistory typu MLT 0,125 nebo dovážené. Trimmerový rezistor R1 typu СП5-28Б nebo jiný víceotáčkový - s jeho pomocí bude horní hranice vytápění nastavena přesněji.

Variabilní rezistor R17 vodič typu PPB-3V. Jeho účelem je nastavení teploty topení. Nejlepší je nainstalovat tento odpor místo starého elektromechanického regulátoru.

Teplotní senzor LM335AZ, pokud to konstrukce radiátoru umožňuje, by měl být nainstalován v místě, kde byl dříve nainstalován elektromechanický senzor. V tomto případě bude samozřejmě nutné odstranit starý senzor. Připojení senzoru k desce s plošnými spoji se nejlépe provede krouceným párem vodičů. Tím se významně sníží účinek rušení na provoz celého zařízení jako celku.

Pokud je regulátor navržen jako samostatná jednotka, LED diody HL1, HL2 jsou instalovány přímo na desce. A pokud je deska skrytá uvnitř topného tělesa, pak pro instalaci LED diod budete muset vyvrtat otvory do tělesa topného tělesa. Samotné LED diody by v tomto případě měly být umístěny na desku z izolačního materiálu, například ze skleněných vláken nebo getinaků.

Nastavení zařízení je snadné. Nejprve byste měli zkontrolovat, zda je instalace v souladu se schématem a zda neexistují vady ve formě zkratů kolejí na desce nebo jejich poškození. Poté se ujistěte, že na Zenerově diodě VD1 je napětí +12 V a na výstupu stabilizátoru DA2 je napětí +5 V.

Po těchto kontrolách použijte trimrovací rezistor R15 k nastavení napětí 3,43 V na levém výstupním obvodu variabilního rezistoru R17. Otáčením variabilního rezistoru R17 můžete ověřit správnou funkci regulátoru. V takovém případě byste měli věnovat pozornost LED indikátorům.

Všechna měření by měla být prováděna vzhledem k zápornému terminálu kondenzátoru C4 pomocí digitálního multimetrunapříklad zadejte DT838 nebo podobně.

Nezapomeňte, že konstrukce nemá galvanické oddělení od elektrické sítě. Proto musíte být opatrní a opatrní a je nejlepší použít izolační transformátor. Ale výkon takového transformátoru nestačí k napájení olejového chladiče, takže po dobu uvedení do provozu (zatímco je vše na stole a přístupné) může být topný článek nahrazen běžnou žárovkou s výkonem 25 ... 100 wattů.

Teplotní senzor může být během procesu nastavování zahříván jednoduše páječkou nebo právě zmíněnou lampou. V tomto případě kontrolka zhasne, jakmile je dosaženo nastavené teploty, a rozsvítí se po ochlazení senzoru. Stupeň chlazení senzoru závisí na hysterezi komparátoru, jak je popsáno výše.

Boris Aladyshkin