Thermostat électronique pour refroidisseur d'huile

Un article sur la façon de remplacer un régulateur de température mécanique d'un radiateur de chauffage au fioul.

Très souvent dans la vie de tous les jours, vous devez utiliser des radiateurs à huile pour le chauffage. En règle générale, ces jours arrivent à l'automne, quand il fait déjà assez froid dehors, et les services publics ne sont pas pressés d'allumer le chauffage central dans les appartements. Ces radiateurs ne brûlent pas l'oxygène de l'air, contrairement à d'autres types d'appareils de chauffage électriques.

La température de chauffage de ces radiateurs est réglée à l'aide d'un régulateur électromécanique, dont la base est une plaque bimétallique - elle contrôle le fonctionnement du contact mécanique. Ce contact coupe le chauffage lorsque la température réglée est atteinte.

Lorsqu'un tel régulateur devient inutilisable, il ne peut pas être réparé dans près de cent pour cent des cas. Il devient impossible d'utiliser un radiateur sans régulateur de température: soit vous devez l'allumer manuellement périodiquement - l'éteindre, soit vous asseoir et attendre qu'un incendie se déclare. Le contrôleur de température à semi-conducteur décrit dans cet article vous aidera à vous débarrasser de cette situation.

Capteurs de température à semi-conducteurs

Une caractéristique distinctive de ce contrôleur est qu'il ne nécessite pas d'étalonnage de température, car il utilise le capteur LM335AZ, déjà calibré lors de sa fabrication par le fabricant.

Il existe plusieurs types de capteurs de température calibrés, par exemple DS1621, DS1820 et quelques autres. Ces capteurs fournissent des lectures de température sous forme numérique, donc le résultat de la mesure n'est disponible que dispositifs de microcontrôleurqui nécessitent une programmation.

Capteur de température analogique LM335AZ

Le capteur LM335AZ fournit le résultat de mesure en forme analogique (tension), qui ne nécessite pas l'utilisation de microcontrôleurs et de programmes d'écriture. Il suffit de monter un circuit simple et l'appareil fonctionnera comme prévu. Le schéma du régulateur de température décrit est illustré à la figure 1.

Figure 1. Thermostat pour le refroidisseur d'huile.

Selon le principe de fonctionnement, le LM335AZ est l'une des variétés d'une diode zener contrôlée par semi-conducteur, dont la tension de stabilisation dépend de la température ambiante. Cette caractéristique est strictement standardisée et s'élève à 10 mV / ° C. Dans ce cas, le coefficient de température de tension (TKN) est positif, c'est-à-dire qu'avec une augmentation de température de chaque degré, la tension en sortie d'un tel capteur augmente de 10 mV.

Le fabricant garantit que lorsque la température change dans les -40 ... + 100 ° C, la caractéristique du capteur est linéaire et l'erreur n'est pas supérieure à ± 1 ° C. Une telle précision est tout à fait suffisante pour contrôler la température de l'appareil de chauffage. Il convient de noter séparément que ces paramètres seront atteints à un courant traversant la diode zener à un niveau de 0,45 à 5,0 mA.

Les capteurs LM335AZ sont calibrés sur l'échelle de température Kelvin. Pour transférer la température des degrés Celsius que nous connaissons tous, nous devrons utiliser la formule suivante: t ° K = 273 + t ° C. Compte tenu du coefficient de température susmentionné du capteur 10 mV / ° C, la tension en millivolts à sa sortie sera dix fois supérieure aux lectures en degrés.

Un exemple simple: si dans notre chambre le thermomètre mural affiche 25 degrés, alors la tension à la sortie du capteur LM335AZ sera (273 + 25) * 10 = 2980 mV ou 2,98 V.Il est facile de calculer que si le refroidisseur d'huile est chauffé à 70 ° C la tension à la sortie du capteur LM335AZ sera (273 + 70) * 10 = 3430 mV ou 3,43 V.Il s'avère que pour créer un thermostat, il vous suffit de mesurer la tension à la sortie du capteur et de la comparer avec la tension de référence, qui définit la température de chauffage.

Après un examen aussi détaillé du capteur, nous pouvons passer à la description du schéma de circuit du thermostat, qui contient un petit nombre de pièces, est simple à fabriquer et ne nécessite presque aucun réglage.

Alimentation du thermostat

L'alimentation électrique du régulateur de température est assemblée selon le schéma bien connu avec un condensateur d'extinction. Dans le diagramme, c'est C1. En parallèle, une résistance R1 est installée à travers laquelle le condensateur ci-dessus sera déchargé après avoir déconnecté l'appareil du réseau.

Surtout, cette décharge est nécessaire lors de la mise en place et de la fabrication d'un régulateur de température, - vous devez convenir qu'il n'est pas très agréable de recevoir des chocs électriques, en serrant un condensateur chargé sur la tension du secteur pour l'oubli.

La résistance R2 réduit le courant d'appel lorsqu'elle est connectée au réseau et, dans les situations d'urgence, agit comme un fusible. Sa puissance doit être d'au moins 1 watts. À des capacités inférieures, cette résistance s'éteint en raison de la destruction de la couche résistive même avec un dispositif entièrement fonctionnel.

La tension redressée par le pont à l'aide de la diode Zener VD2 est limitée à 12V, et le condensateur C4 atténue ses ondulations. Le condensateur C6 est conçu pour atténuer les interférences pulsées et à haute fréquence provenant du réseau. La tension de 12 V est utilisée pour alimenter la puce - comparateur, voyants LED HL1, HL2 et optocoupleur triac LED U1.

La deuxième étape de stabilisation est effectuée sur un stabilisateur intégré 78L05, qui a une tension de sortie de +5 V. Cette tension est utilisée pour alimenter le capteur de température et obtenir une tension de référence à l'entrée du comparateur. La stabilité de l'ensemble de l'appareil dans son ensemble dépend de la stabilité de cette tension.

Le capteur de température VK1 est alimenté par le stabilisateur DA2 à travers la résistance R3. La tension du capteur à travers le filtre de suppression de bruit R4, C2, R5 est fournie à l'entrée non inverseuse 3 du comparateur (comparateur) DA1.1.

Une tension de référence est également fournie à l'entrée inverseuse 2 du comparateur par l'intermédiaire d'un filtre de suppression d'interférence R14, C3, R6, qui règle la température de chauffage.

La configuration de l'appareil est réduite au réglage de la tension que le capteur émettra à la température de consigne maximale à l'aide de la résistance de trimmer R15 sur le circuit de sortie gauche de la résistance R17. Si vous limitez le chauffage à 70 ° C, alors sur l'échelle Kelvin cela correspond à 343 ° K, donc la tension du capteur sera de 3, 43 V. À une température, par exemple, 80 ° C, 3,53 V.

À son tour, la tension en fonction de l'extrémité inférieure de la plage doit être réglée sur le côté droit en fonction du circuit de sortie de la résistance R17. Ce réglage se fait en sélectionnant la résistance R18. La résistance R17 peut également être sous la main de la mauvaise valeur faciale, comme indiqué sur le schéma. Considérant qu'à 0 ° C (ce qui correspond à 273 ° K), la tension du capteur est de 2,73 V en sortie du capteur, vous pouvez utiliser le rapport R17 / (3,43 - 2,73) = R18 / 2 pour un calcul approximatif des valeurs de ces résistances. 73, à partir duquel il est facile de calculer la résistance de n'importe quelle résistance.

Le principe de fonctionnement du circuit

Maintenant, quelques mots sur le fonctionnement du circuit. La tension du capteur de température est fournie à l'entrée non inverseuse du comparateur 3. La tension du moteur à résistance R17 est fournie à l'entrée inverseuse 2. Alors que la tension à l'entrée non inverseuse est plus élevée qu'à l'entrée inverseuse, le transistor de sortie du comparateur est ouvert, de sorte que la LED de l'optocoupleur triac U1 est allumée. Pour indiquer l'état ouvert de l'optocoupleur, la LED rouge HL1 est utilisée. À son tour également ouvert triac VS1 et chauffage connectés.

Lorsque le radiateur se réchauffe, la tension à la sortie du capteur VK1 augmente. Dès que cette tension dépasse la tension à l'entrée inverseuse, le transistor de sortie du comparateur se ferme et la LED de l'optocoupleur s'éteint - la charge s'éteint.

Après que le radiateur se soit un peu refroidi, le cycle de chauffage sera répété à nouveau.Combien le radiateur se refroidit en raison de la largeur de la boucle d'hystérésis du comparateur, qui dépend de la résistance de la résistance R7. Le condensateur C5 empêche le comparateur d'être excité aux hautes fréquences.

Le LM2903N contient deux comparateurs. Par conséquent, il est possible de monter un indicateur sur le deuxième comparateur, indiquant que le chauffage est terminé et qu'il y a de la tension dans le réseau. Cet indicateur est monté sur DA1.2 et la LED verte HL1, qui s'allume lorsque le chauffage est éteint.

Quelques mots sur les détails. Les résistances R9, R12 sont conçues pour fournir les modes de fonctionnement d'un transistor photoélectrique à optocoupleur, et la chaîne R8, C9 est conçue pour supprimer les surtensions sur le triac VS1. Le triac importé montré dans le diagramme peut être remplacé avec succès par des TS 112-16 ou TS 125-22 domestiques. Avec de tels triacs, il est possible de commuter des charges jusqu'à 2,5 kW. Pour les installer, vous aurez besoin d'un petit radiateur, dont le triac doit être isolé avec des joints en mica ou en céramique.

La conception du régulateur est arbitraire: si la conception du refroidisseur d'huile le permet, il peut être installé à l'intérieur. Vous pouvez également créer un thermostat sous la forme d'une unité séparée. Dans ce cas, bien sûr, vous devrez le placer dans une sorte de boîtier. Les LED HL1, HL2 et la poignée de la résistance variable R17 doivent être affichées à l'extérieur du boîtier, avec lesquelles vous pouvez régler la température de chauffage dans une certaine mesure. Les LED HL1, HL2 peuvent être de tout type, tandis que HL1 est verte et HL2 est rouge.

Le dispositif est réalisé sur une carte de circuit imprimé, dont une version possible est illustrée à la figure 2.

Figure 2. Carte de circuit imprimé du thermostat.

Les types de pièces suivants ont été utilisés pour l'installation sur la carte: condensateurs à oxyde domestique K50-35 ou importés, condensateurs à film C1 et C9 type K73-17, les autres condensateurs en céramique de petite taille. Les condensateurs à oxyde doivent être à une température admissible d'au moins +105 ° C, ce qui est indiqué sur le cas des condensateurs.

Résistances fixes type MLT 0,125 ou importées. Résistance de coupe R1 type СП5-28Б ou autre multi-tours - avec son aide, la limite supérieure du chauffage sera réglée plus précisément.

Résistance variable fil R17 type PPB-3V. Son but est de régler la température de chauffage. Il est préférable d'installer cette résistance à la place de l'ancien régulateur électromécanique.

Le capteur de température LM335AZ, si la conception du radiateur le permet, doit être installé à l'endroit où le capteur électromécanique a été installé précédemment. Dans ce cas, l'ancien capteur devra bien entendu être retiré. La connexion du capteur à la carte de circuit imprimé se fait mieux avec une paire torsadée de fils. Cela réduira considérablement l'effet des interférences sur le fonctionnement de l'ensemble de l'appareil dans son ensemble.

Lorsque le régulateur est conçu comme une unité distincte, les LED HL1, HL2 sont installées directement sur la carte. Et si la carte peut être cachée à l'intérieur du radiateur, pour installer les LED, vous devrez percer des trous dans le corps du radiateur. Dans ce cas, les LED elles-mêmes doivent être placées sur une plaque de matériau isolant, par exemple en fibre de verre ou getinaks.

La configuration de l'appareil est simple. Tout d'abord, vous devez vérifier la conformité de l'installation avec le schéma et l'absence de défauts sous la forme de circuits sur la carte ou de leur rupture. Après cela, assurez-vous qu'il y a une tension de +12 V à la diode zener VD1 et une tension de +5 V à la sortie du stabilisateur DA2.

Après ces vérifications, utilisez la résistance d'ajustement R15 pour régler la tension de 3,43 V sur le circuit de sortie gauche de la résistance variable R17. Vous pouvez vérifier le bon fonctionnement du contrôleur en tournant la résistance variable R17. Dans ce cas, vous devez faire attention aux indicateurs LED.

Toutes les mesures doivent être effectuées par rapport à la borne négative du condensateur C4 à l'aide d'un multimètre numériquepar exemple, tapez DT838 ou similaire.

N'oubliez pas que la conception n'a pas d'isolation galvanique du réseau électrique. Par conséquent, vous devez être prudent et prudent, et il est préférable d'utiliser un transformateur d'isolement. Mais la puissance d'un tel transformateur n'est pas suffisante pour alimenter le refroidisseur d'huile, donc pour le moment de la mise en service (alors que tout est sur la table et accessible), l'élément chauffant peut être remplacé par une ampoule classique d'une puissance de 25 ... 100 watts.

Le capteur de température pendant le processus de réglage peut être chauffé simplement avec un fer à souder ou une lampe juste mentionnée. Dans ce cas, la lampe témoin s'éteint lorsque la température réglée est atteinte et s'allume après un certain refroidissement du capteur. Le degré de refroidissement du capteur dépend de l'hystérésis du comparateur, comme décrit ci-dessus.

Boris Aladyshkin