Електронен термостат за охладител за масло

Статия за това как да замените механичен регулатор на температурата на масления радиатор за отопление.

Доста често в ежедневието се налага да използвате маслени радиатори за отопление. По правило такива дни идват през есента, когато навън вече е доста студено, а обществените услуги не бързат да включват централно отопление в апартаментите. Тези радиатори не изгарят въздух кислород, за разлика от други видове отоплителни електрически уреди.

Температурата на отопление на такива радиатори се задава с помощта на електромеханичен контролер, в основата на който е биметална плоча - той контролира работата на механичния контакт. Този контакт изключва нагревателя, когато се достигне зададената температура.

Когато такъв регулатор стане неизползваем, той не може да бъде поправен в почти сто процента от случаите. Става невъзможно да използвате радиатор без регулатор на температурата: или трябва периодично да го включвате ръчно - да го изключите, или да седнете и да изчакате да се случи пожар. Полупроводниковият регулатор на температурата, описан в тази статия, ще ви помогне да се отървете от тази ситуация.

Полупроводникови сензори за температура

Отличителна черта на този контролер е, че той не изисква калибриране на температурата, тъй като използва сензора LM335AZ, калибриран вече при производството му от производителя.

Има няколко типа калибрирани сензори за температура, например DS1621, DS1820 и някои други. Тези сензори осигуряват отчитане на температурата в цифрова форма, така че резултатът от измерването е достъпен само микроконтролер устройствакоито изискват програмиране.

Аналогов температурен датчик LM335AZ

Сензорът LM335AZ осигурява резултата от измерването в аналогова форма (напрежение), което не изисква използването на микроконтролери и програми за писане. Достатъчно е да се сглоби проста схема и устройството ще работи по предназначение. Схемата на описания регулатор на температурата е показана на фигура 1.

Фигура 1. Термостат за масления охладител.

Според принципа на работа LM335AZ е една от разновидностите на полупроводников контролиран ценеров диод, чието напрежение за стабилизиране зависи от околната температура. Тази характеристика е строго стандартизирана и възлиза на 10 mV / ° C. В този случай температурният коефициент на напрежение (TKN) е положителен, тоест с увеличаване на температурата с всяка степен, напрежението на изхода на такъв сензор се увеличава с 10 mV.

Производителят гарантира, че когато температурата се промени в рамките на -40 ... + 100 ° C, характеристиката на сензора е линейна, а грешката е не повече от ± 1 ° C. Такава точност е напълно достатъчна за контрол на температурата на нагревателя. Отделно трябва да се отбележи, че такива параметри ще бъдат постигнати при ток през ценеровия диод на ниво от 0,45 ... 5,0 mA.

Сензорите LM335AZ се калибрират по температурна скала на Келвин. За да прехвърлим температурата от познатите на всички ни градуси по Целзий, ще трябва да използваме следната формула: t ° K = 273 + t ° C. Като се има предвид гореспоменатия температурен коефициент на сензора 10 mV / ° C, напрежението в миливолта на неговия изход ще бъде десет пъти по-високо от показанията в градуси.

Прост пример: ако в нашата стая стеновият термометър показва 25 градуса, тогава напрежението на изхода на сензора LM335AZ ще бъде (273 + 25) * 10 = 2980 mV или 2,98 V. Лесно е да се изчисли, че ако масленият охладител се нагрее до 70 ° C напрежението на изхода на сензора LM335AZ ще бъде (273 + 70) * 10 = 3430 mV или 3,43 V. Оказва се, че за да създадете термостат, просто трябва да измерите напрежението на изхода на сензора и да го сравните с референтното напрежение, което задава температурата на отопление.

След толкова подробно разглеждане на сензора, можем да преминем към описанието на схемата на термостата, която съдържа малък брой части, е проста за производство и не изисква почти никаква настройка.

Термостатно захранване

Захранването на температурния регулатор е сглобено по добре известната схема с гасителен кондензатор. На диаграмата това е C1. Успоредно с това се монтира резистор R1, през който горният кондензатор ще се разреди след изключване на устройството от мрежата.

Най-вече този разряд е необходим при настройка и производство на регулатор на температурата, - трябва да се съгласите, че не е много приятно да получавате електрически удари, стискайки кондензатор, зареден към мрежовото напрежение, за забравяне.

Резистор R2 намалява тока на включване, когато е свързан към мрежата, а при извънредни ситуации действа като предпазител. Мощността му трябва да бъде най-малко 1 ват. При по-ниски мощности този резистор изгаря поради разрушаването на резистивния слой дори при напълно функционално устройство.

Напрежението, изправено от моста с помощта на зенеров диод VD2, е ограничено до 12 V, а кондензаторът C4 изглажда пулсациите му. Кондензаторът C6 е проектиран да изглажда импулсни и високочестотни смущения, идващи от мрежата. Напрежението от 12 V се използва за захранване на чипа - сравнителен, индикаторни светодиоди HL1, HL2 и светодиоден триачен оптрон U1.

Вторият стабилизиращ етап се извършва на интегриран стабилизатор 78L05, който има изходно напрежение +5 V. Това напрежение се използва за захранване на температурния сензор и получаване на референтно напрежение на входа на компаратора. Стабилността на цялото устройство като цяло зависи от стабилността на това напрежение.

Температурният датчик VK1 получава мощност от стабилизатора DA2 през резистора R3. Напрежението от сензора през филтъра за потискане на шума R4, C2, R5 се подава към неинвертиращия вход 3 на компаратора (компаратора) DA1.1.

Референтното напрежение се прилага и към инвертиращия вход 2 на компаратора чрез филтър за потискане на смущения R14, C3, R6, който определя температурата на нагряване.

Настройката на устройството се свежда до настройване на напрежението, което сензорът ще изведе при максимална зададена температура, използвайки настройка на резистор R15 в лявата изходна верига на резистора R17. Ако ограничите отоплението до 70 ° C, тогава по скалата на Келвин това съответства на 343 ° K, така че напрежението на сензора ще бъде 3, 43 V. При температура, например, 80 ° C, 3,53 V.

На свой ред, напрежението в съответствие с долния край на диапазона трябва да се настрои от дясната страна според изходната верига на резистора R17. Тази настройка се извършва чрез избор на резистор R18. Резистор R17 също може да бъде под ръцете на грешна номинална стойност, както е посочено на диаграмата. Като се има предвид, че при 0 ° C (което съответства на 273 ° K), напрежението на сензора е 2,73 V на изхода на сензора, можете да използвате съотношението R17 / (3,43 - 2,73) = R18 / 2 за приблизително изчисляване на стойностите на тези резистори. 73, от която е лесно да се изчисли съпротивлението на всеки резистор.

Принципът на работа на веригата

Сега няколко думи за това как работи веригата. Напрежението от температурния сензор се подава към неинвертиращия вход на компаратора 3. Напрежението от резисторния двигател R17 се подава към инвертиращия вход 2. Докато напрежението на неинвертиращия вход е по-високо, отколкото на инвертиращия, изходният транзистор на компаратора е отворен, така че светодиодът на триаковия оптрон U1 свети. За да се посочи отвореното състояние на оптрона, се използва червеният светодиод HL1. На свой ред също се отваря триак VS1 и свързан нагревател.

С нагряването на радиатора напрежението на изхода на сензора VK1 се увеличава. Щом това напрежение надвиши напрежението на инвертиращия вход, изходният транзистор на компаратора се затваря и светодиодът на оптрона изгасва - товарът ще се изключи.

След като радиаторът се охлади донякъде, отоплителният цикъл ще се повтори отново.Колко радиаторът се охлажда поради ширината на хистерезисния контур на компаратора, което зависи от съпротивлението на резистора R7. Кондензатор C5 предотвратява възбуждането на компаратора при високи честоти.

LM2903N съдържа два сравнителя. Следователно е възможно да се сглоби индикатор на втория компаратор, което показва, че отоплението е завършено и има напрежение в мрежата. Този индикатор е сглобен на DA1.2 и зеления светодиод HL1, който ще светне при изключване на нагревателя.

Няколко думи за детайлите. Резисторите R9, R12 са проектирани да осигуряват режимите на работа на фотоелектрически транзистор с оптрони, а веригата R8, C9 е проектирана да потиска напреженията на триаковия VS1. Импортираният триак, показан на диаграмата, може успешно да бъде заменен с вътрешни TS 112-16 или TS 125-22. С такива триаци е възможно да превключвате товари до 2,5 кВт. За да ги инсталирате, ще ви е необходим малък радиатор, от който триакът трябва да бъде изолиран със слюда или керамични уплътнения.

Дизайнът на регулатора е произволен: ако дизайнът на охладителя за масло позволява, тогава той може да бъде инсталиран вътре. Можете също така да направите термостат под формата на отделна единица. В този случай, разбира се, ще трябва да го поставите в някакво заграждение. Светодиодите HL1, HL2 и дръжката на променливия резистор R17 трябва да бъдат показани от външната страна на кутията, с която можете да регулирате температурата на нагряване до известна степен. Светодиодите HL1, HL2 могат да бъдат от всякакъв тип, докато HL1 е зелен, а HL2 - червен.

Устройството е направено на печатна платка, възможна версия на която е показана на фигура 2.

Фигура 2. Платка на термостата.

Следните видове части бяха използвани за монтаж на дъската: домашни оксидни кондензатори K50-35 или внесени, филмови кондензатори C1 и C9 тип K73-17, останалите керамични кондензатори с малък размер. Оксидните кондензатори трябва да са с допустима температура най-малко +105 ° C, което е посочено в случая с кондензатори.

Фиксирани резистори тип MLT 0.125 или внесени. Тример резистор R1 тип СП5-28Б или друг мулти-оборот - с негова помощ горната граница на отоплението ще бъде зададена по-точно.

Променлив резистор R17 проводник тип PPB-3V. Целта му е да зададе температурата на отопление. Най-добре е да инсталирате този резистор на мястото на стария електромеханичен регулатор.

Температурният сензор LM335AZ, ако конструкцията на радиатора позволява, трябва да бъде инсталиран на мястото, където преди това е бил инсталиран електромеханичният сензор. В този случай старият сензор, разбира се, ще трябва да бъде премахнат. Свързването на сензора с печатаната платка е най-добре с усукана двойка проводници. Това значително ще намали ефекта на смущения върху работата на цялото устройство като цяло.

Когато регулаторът е проектиран като отделна единица, светодиодите HL1, HL2 се инсталират директно на платката. И ако платката може да бъде скрита вътре в нагревателя, тогава за да инсталирате светодиодите, ще трябва да пробиете дупки в тялото на нагревателя. Самите светодиоди в този случай трябва да бъдат поставени върху плоча от изолационен материал, например, фибростъкло или гетнакс.

Настройката на устройството е лесна. На първо място, трябва да проверите инсталацията за съответствие със схемата и отсъствието на дефекти под формата на вериги на платката или тяхното счупване. След това се уверете, че има напрежение +12 V на стабилизиращия диод VD1 и напрежение +5 V на изхода на стабилизатора DA2.

След тези проверки използвайте подстригващия резистор R15, за да зададете напрежение 3,43 V в лявата изходна верига на променливия резистор R17. Можете да проверите правилната работа на контролера, като завъртите променливия резистор R17. В този случай трябва да обърнете внимание на LED индикаторите.

Всички измервания трябва да се извършват спрямо отрицателния извод на кондензатора С4 използвайки цифров мултицетнапример, напишете DT838 или други подобни.

Не забравяйте, че дизайнът няма галванична изолация от електрическата мрежа. Затова трябва да сте внимателни и внимателни и най-добре е да използвате изолационен трансформатор. Но мощността на такъв трансформатор не е достатъчна за захранване на масления охладител, така че за времето на пускане в експлоатация (докато всичко е на масата и е достъпно), нагревателният елемент може да бъде заменен с конвенционална крушка с мощност 25 ... 100 вата.

Температурният сензор по време на процеса на настройка може да се нагрее просто с поялник или току-що спомената лампа. В този случай контролната лампа ще изгасне, когато се достигне зададената температура, и ще светне след известно охлаждане на сензора. Степента на охлаждане на сензора зависи от хистерезиса на сравнителя, както е описано по-горе.

Борис Aladyshkin