Elektroniczny termostat do chłodnicy oleju

Artykuł na temat wymiany mechanicznego regulatora temperatury grzejnika olejowego.

Dość często w życiu codziennym do ogrzewania należy używać grzejników olejowych. Z reguły takie dni przychodzą jesienią, kiedy na zewnątrz jest już dość zimno, a usługi użyteczności publicznej nie spieszą się, aby włączyć centralne ogrzewanie w mieszkaniach. Grzejniki te nie spalają tlenu z powietrza, w przeciwieństwie do innych rodzajów ogrzewania urządzeń elektrycznych.

Temperaturę ogrzewania takich grzejników ustawia się za pomocą elektromechanicznego regulatora, którego podstawą jest płytka bimetaliczna - kontroluje działanie styku mechanicznego. Styk ten wyłącza grzałkę po osiągnięciu ustawionej temperatury.

Gdy taki regulator staje się bezużyteczny, nie można go naprawić w prawie stu procentach przypadków. Użycie grzejnika bez regulatora temperatury staje się niemożliwe: albo trzeba go okresowo włączać ręcznie - wyłączyć, albo usiąść i poczekać na pożar. Półprzewodnikowy regulator temperatury opisany w tym artykule pomoże pozbyć się tej sytuacji.

Półprzewodnikowe czujniki temperatury

Charakterystyczną cechą tego sterownika jest to, że nie wymaga on kalibracji temperatury, ponieważ wykorzystuje on czujnik LM335AZ, skalibrowany już przy jego produkcji przez producenta.

Istnieje kilka rodzajów skalibrowanych czujników temperatury, na przykład DS1621, DS1820 i niektóre inne. Czujniki te zapewniają odczyty temperatury w postaci cyfrowej, więc wynik pomiaru jest dostępny tylko urządzenia mikrokontroleraktóre wymagają programowania.

Analogowy czujnik temperatury LM335AZ

Czujnik LM335AZ zapewnia wynik pomiaru forma analogowa (napięcie), które nie wymaga użycia mikrokontrolerów i programów do pisania. Wystarczy złożyć prosty obwód, a urządzenie będzie działać zgodnie z przeznaczeniem. Schemat opisanego regulatora temperatury pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1. Termostat chłodnicy oleju.

Zgodnie z zasadą działania LM335AZ jest jedną z odmian półprzewodnikowej kontrolowanej diody Zenera, której napięcie stabilizacyjne zależy od temperatury otoczenia. Ta cecha jest ściśle znormalizowana i wynosi 10 mV / ° C. W tym przypadku współczynnik temperaturowy napięcia (TKN) jest dodatni, to znaczy wraz ze wzrostem temperatury o każdy stopień napięcie na wyjściu takiego czujnika wzrasta o 10 mV.

Producent gwarantuje, że gdy temperatura zmienia się w zakresie -40 ... + 100 ° C, charakterystyka czujnika jest liniowa, a błąd nie przekracza ± 1 ° C. Taka dokładność wystarcza do kontrolowania temperatury grzejnika. Należy zauważyć osobno, że takie parametry zostaną osiągnięte przy prądzie przechodzącym przez diodę Zenera na poziomie 0,45 ... 5,0 mA.

Czujniki LM335AZ są kalibrowane na skali temperatur Kelvina. Aby przenieść temperaturę ze znanych nam stopni Celsjusza, będziemy musieli zastosować następujący wzór: t ° K = 273 + t ° C. Biorąc pod uwagę wspomniany powyżej współczynnik temperatury czujnika 10 mV / ° C, napięcie w miliwoltach na wyjściu będzie dziesięć razy wyższe niż odczyty w stopniach.

Prosty przykład: jeśli w naszym pokoju termometr ścienny pokazuje 25 stopni, wówczas napięcie na wyjściu czujnika LM335AZ będzie wynosić (273 + 25) * 10 = 2980 mV lub 2,98 V. Łatwo jest obliczyć, że jeśli chłodnica oleju zostanie podgrzana do 70 ° C napięcie na wyjściu czujnika LM335AZ będzie wynosić (273 + 70) * 10 = 3430 mV lub 3,43 V. Okazuje się, że aby stworzyć termostat wystarczy zmierzyć napięcie na wyjściu czujnika i porównać z napięciem odniesienia, które ustawia temperaturę ogrzewania.

Po tak szczegółowym rozważeniu czujnika możemy przejść do opisu schematu termostatu, który zawiera niewielką liczbę części, jest prosty w produkcji i nie wymaga prawie żadnej regulacji.

Zasilacz termostatu

Zasilacz do regulatora temperatury jest montowany zgodnie ze znanym schematem z kondensatorem gaszącym. Na schemacie jest to C1. Równolegle instalowany jest rezystor R1, przez który powyższy kondensator zostanie rozładowany po odłączeniu urządzenia od sieci.

Przede wszystkim to rozładowanie jest potrzebne przy ustawianiu i produkcji regulatora temperatury - musisz zgodzić się, że nie jest bardzo przyjemnie otrzymywać wstrząsy elektryczne, ściskając kondensator naładowany do napięcia sieciowego w celu zapomnienia.

Rezystor R2 zmniejsza prąd rozruchowy po podłączeniu do sieci, aw sytuacjach awaryjnych działa jak bezpiecznik. Jego moc powinna wynosić co najmniej 1 watów. Przy niższych pojemnościach rezystor ten wypala się z powodu zniszczenia warstwy rezystancyjnej nawet przy w pełni funkcjonalnym urządzeniu.

Napięcie prostowane przez mostek za pomocą diody Zenera VD2 jest ograniczone do 12V, a kondensator C4 wygładza jego tętnienia. Kondensator C6 został zaprojektowany w celu wygładzenia zakłóceń impulsowych i wysokich częstotliwości pochodzących z sieci. Napięcie 12 V służy do zasilania układu - komparator, diody sygnalizacyjne HL1, HL2 i transoptor triakowy LED U1.

Drugi stopień stabilizacji odbywa się na zintegrowanym stabilizatorze 78L05, który ma napięcie wyjściowe +5 V. Napięcie to służy do zasilania czujnika temperatury i uzyskania napięcia odniesienia na wejściu komparatora. Stabilność całego urządzenia jako całości zależy od stabilności tego napięcia.

Czujnik temperatury VK1 odbiera energię ze stabilizatora DA2 przez rezystor R3. Napięcie z czujnika przez filtr tłumiący szumy R4, C2, R5 jest doprowadzane do nieodwracającego wejścia 3 komparatora (komparatora) DA1.1.

Napięcie odniesienia jest również przyłożone do odwracającego wejścia 2 komparatora przez filtr tłumiący zakłócenia R14, C3, R6, który ustala temperaturę ogrzewania.

Ustawienie urządzenia sprowadza się do ustawienia napięcia, które czujnik wyśle ​​w maksymalnej ustawionej temperaturze za pomocą rezystora strojenia R15 na lewym obwodzie wyjściowym rezystora R17. Jeśli ograniczysz ogrzewanie do 70 ° C, to w skali Kelvina odpowiada to 343 ° K, więc napięcie czujnika wyniesie 3, 43 V. W temperaturze, na przykład 80 ° C, 3,53 V.

Z kolei napięcie zgodnie z dolnym końcem zakresu należy ustawić po prawej stronie zgodnie z obwodem wyjściowym rezystora R17. Ustawienia tego dokonuje się wybierając rezystor R18. Rezystor R17 może również znajdować się w zasięgu niewłaściwej wartości nominalnej, jak pokazano na schemacie. Biorąc pod uwagę, że w 0 ° C (co odpowiada 273 ° K) napięcie czujnika wynosi 2,73 V na wyjściu czujnika, można użyć stosunku R17 / (3,43 - 2,73) = R18 / 2 do przybliżonego obliczenia wartości tych rezystorów. 73, z którego łatwo jest obliczyć rezystancję dowolnego rezystora.

Zasada działania obwodu

Teraz kilka słów o tym, jak działa obwód. Napięcie z czujnika temperatury jest doprowadzane do nieodwracającego wejścia komparatora 3. Napięcie z silnika rezystorowego R17 jest doprowadzane do wejścia odwracającego 2. Podczas gdy napięcie na wejściu nieodwracającym jest wyższe niż na wejściu odwracającym, tranzystor wyjściowy komparatora jest otwarty, więc dioda LED transoptora U1 świeci. Aby wskazać stan otwarty transoptora, używana jest czerwona dioda LED HL1. Z kolei również otwarte triak VS1 i podgrzewacz podłączone.

Gdy grzejnik się nagrzewa, napięcie na wyjściu czujnika VK1 wzrasta. Gdy tylko napięcie to przekroczy napięcie na wejściu odwracającym, tranzystor wyjściowy komparatora zamyka się, a dioda LED transoptora gaśnie - obciążenie zostanie wyłączone.

Gdy chłodnica nieco ostygnie, cykl ogrzewania zostanie powtórzony ponownie.Ile chłodzi radiator ze względu na szerokość pętli histerezy komparatora, która zależy od rezystancji rezystora R7. Kondensator C5 zapobiega wzbudzeniu komparatora przy wysokich częstotliwościach.

LM2903N zawiera dwa komparatory. Dlatego możliwe jest zamontowanie wskaźnika na drugim komparatorze, wskazując, że ogrzewanie zostało zakończone i że w sieci jest napięcie. Ten wskaźnik jest zamontowany na DA1.2 i zielonej diodzie HL1, która zaświeci się, gdy grzejnik zostanie wyłączony.

Kilka słów o szczegółach. Rezystory R9, R12 są zaprojektowane w celu zapewnienia trybów pracy tranzystora fotoelektrycznego transoptora, a łańcuch R8, C9 jest zaprojektowany do tłumienia skoków napięcia na triaku VS1. Zaimportowany triak pokazany na schemacie można z powodzeniem zastąpić rodzimym TS 112-16 lub TS 125-22. Dzięki takim triakom możliwe jest przełączanie obciążeń do 2,5 kW. Aby je zainstalować, potrzebujesz małego grzejnika, z którego triak powinien być izolowany miką lub uszczelkami ceramicznymi.

Konstrukcja regulatora jest dowolna: jeśli pozwala na to konstrukcja chłodnicy oleju, można ją zainstalować wewnątrz. Możesz również wykonać termostat w postaci oddzielnego urządzenia. W takim przypadku musisz oczywiście umieścić go w jakiejś obudowie. Diody LED HL1, HL2 i uchwyt rezystora zmiennego R17 powinny być wyświetlane na zewnątrz obudowy, za pomocą których można w pewnym stopniu regulować temperaturę ogrzewania. Diody LED HL1, HL2 mogą być dowolnego typu, podczas gdy HL1 jest zielony, a HL2 jest czerwony.

Urządzenie wykonane jest na płytce drukowanej, której możliwą wersję pokazano na ryc. 2.

Rysunek 2. Płytka obwodu termostatu.

Do montażu na płycie zastosowano następujące typy części: domowe kondensatory tlenkowe K50-35 lub importowane, kondensatory foliowe C1 i C9 typ K73-17, pozostałe małe kondensatory ceramiczne. Kondensatory tlenkowe muszą mieć dopuszczalną temperaturę co najmniej +105 ° C, co jest wskazane w przypadku kondensatorów.

Naprawiono rezystory typu MLT 0.125 lub importowane. Rezystor przycinający R1 typ СП5-28Б lub inny wieloobrotowy - z jego pomocą górna granica ogrzewania zostanie ustalona dokładniej.

Zmienny rezystor R17 drut typu PPB-3V. Jego celem jest ustawienie temperatury ogrzewania. Rezystor najlepiej zainstalować w miejsce starego regulatora elektromechanicznego.

Czujnik temperatury LM335AZ, jeśli pozwala na to konstrukcja grzejnika, powinien zostać zainstalowany w miejscu, w którym wcześniej był zainstalowany czujnik elektromechaniczny. W takim przypadku oczywiście stary czujnik będzie musiał zostać usunięty. Połączenie czujnika z płytką drukowaną najlepiej wykonać za pomocą skrętki. Znacząco zmniejszy to wpływ zakłóceń na działanie całego urządzenia jako całości.

Gdy regulator jest zaprojektowany jako oddzielna jednostka, diody LED HL1, HL2 są instalowane bezpośrednio na płycie. A jeśli płytkę można ukryć w grzejniku, to aby zainstalować diody LED, musisz wywiercić otwory w korpusie grzejnika. Same diody LED w tym przypadku należy umieścić na płycie z materiału izolacyjnego, na przykład z włókna szklanego lub getinaków.

Konfiguracja urządzenia jest łatwa. Przede wszystkim należy sprawdzić instalację pod kątem zgodności ze schematem i braku wad w postaci ścieżek obwodu na płycie lub ich pęknięcia. Następnie upewnij się, że napięcie +12 V na diodzie Zenera VD1 i napięcie +5 V na wyjściu stabilizatora DA2.

Po tych kontrolach użyj rezystora przycinającego R15, aby ustawić napięcie 3,43 V. na lewym obwodzie wyjściowym rezystora zmiennego R17. Możesz sprawdzić poprawność działania sterownika, obracając rezystor zmienny R17. W takim przypadku należy zwrócić uwagę na wskaźniki LED.

Wszystkie pomiary należy przeprowadzić w stosunku do ujemnego bieguna kondensatora C4 za pomocą multimetru cyfrowegona przykład wpisz DT838 lub podobny.

Nie zapominaj, że konstrukcja nie ma izolacji galwanicznej od sieci elektrycznej. Dlatego musisz być ostrożny i ostrożny, a najlepiej jest użyć transformatora izolacyjnego. Ale moc takiego transformatora nie wystarcza do zasilania chłodnicy oleju, więc na czas uruchomienia (gdy wszystko jest na stole i dostępne) element grzejny można zastąpić zwykłą żarówką o mocy 25 ... 100 watów.

Czujnik temperatury podczas procesu regulacji można podgrzać za pomocą lutownicy lub wspomnianej lampy. W takim przypadku lampka kontrolna zgaśnie po osiągnięciu ustawionej temperatury i zaświeci się po pewnym ochłodzeniu czujnika. Stopień chłodzenia czujnika zależy od histerezy komparatora, jak opisano powyżej.

Boris Aladyshkin