เครื่องควบคุมอุณหภูมิสำหรับหม้อต้มน้ำไฟฟ้า

คำอธิบายของวงจรควบคุมอุณหภูมิที่ง่ายและน่าเชื่อถือสำหรับระบบทำความร้อน

ฤดูหนาวของรัสเซียรุนแรงและหนาวเย็นและทุกคนรู้ดี ดังนั้นสถานที่ที่ผู้คนตั้งอยู่จะต้องได้รับความร้อน ที่พบมากที่สุดคือเครื่องทำความร้อนส่วนกลางหรือหม้อไอน้ำก๊าซ

บ่อยครั้งที่มีสถานการณ์เมื่อไม่มีใครหรือคนอื่น: ตัวอย่างเช่นในเขตที่สะอาดมีห้องเล็ก ๆ ของสถานีสูบน้ำและคนขับมีหน้าที่ตลอดเวลา นอกจากนี้ยังสามารถเป็นป้อมปราการหรือห้องแยกในอาคารขนาดใหญ่ที่ไม่มีคนอาศัยอยู่ มีตัวอย่างมากมาย

ในทุกกรณีเหล่านี้จำเป็นต้องจัดเตรียมเครื่องทำความร้อนโดยใช้ไฟฟ้า หากห้องมีขนาดเล็กก็เป็นไปได้ที่จะทำเช่นนี้กับหม้อน้ำไฟฟ้าที่เติมน้ำมันธรรมดาสำหรับใช้ในบ้าน สำหรับห้องขนาดใหญ่ที่มีพื้นที่ประมาณ 15 - 20 ตารางเมตรเครื่องทำน้ำร้อนมักถูกจัดเรียงโดยใช้หม้อน้ำเชื่อมจากท่อซึ่งมักเรียกว่ารีจิสเตอร์

หากคุณปล่อยให้สิ่งต่าง ๆ เป็นของตัวเองและไม่ได้ตรวจสอบอุณหภูมิของน้ำจากนั้นไม่ช้าก็เร็วมันก็จะเดือดและกรณีอาจจบลงด้วยความล้มเหลวของทุกสิ่ง หม้อต้มน้ำไฟฟ้าก่อนอื่นองค์ประกอบความร้อน เพื่อป้องกันเหตุการณ์ที่โชคร้ายเช่นนี้อุณหภูมิความร้อนจะถูกควบคุมโดยเครื่องควบคุมอุณหภูมิ

หนึ่งในตัวเลือกที่เป็นไปได้สำหรับอุปกรณ์ดังกล่าวมีการเสนอในบทความนี้ แน่นอนว่าฤดูหนาวนี้กำลังจะหมดแล้ว แต่เราไม่ควรลืมว่าการเตรียมเลื่อนในช่วงฤดูร้อนที่ดีที่สุด

อุปกรณ์สามารถแบ่งออกเป็นหลายโหนด: เซ็นเซอร์อุณหภูมิตัวเอง อุปกรณ์เปรียบเทียบ (comparator) และอุปกรณ์ควบคุมโหลด ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายของชิ้นส่วนแต่ละชิ้นส่วนแผนภาพและหลักการทำงาน

เซ็นเซอร์อุณหภูมิ

คุณสมบัติที่โดดเด่นของการออกแบบที่อธิบายไว้คือมันถูกใช้เป็นเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ ทรานซิสเตอร์สองขั้วธรรมดาซึ่งอนุญาตให้คุณละทิ้งการค้นหาและการซื้อ เทอร์มิสเตอร์ หรือเซ็นเซอร์ประเภทต่าง ๆ เช่น TCM

การทำงานของเซ็นเซอร์ดังกล่าวขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าเช่นเดียวกับอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำทั้งหมดพารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์ในระดับสูงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิโดยรอบ อย่างแรกคือกระแสย้อนกลับสะสมซึ่งเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นซึ่งส่งผลต่อการทำงานของขั้นตอนการขยายสัญญาณ จุดการทำงานของพวกเขาจะถูกเลื่อนเพื่อให้สัญญาณผิดเพี้ยนอย่างมีนัยสำคัญเกิดขึ้นและในอนาคตทรานซิสเตอร์ก็จะหยุดตอบสนองต่อสัญญาณอินพุต

สถานการณ์นี้มีอยู่ส่วนใหญ่ในวงจรที่มีกระแสฐานคงที่ ดังนั้นวงจรเรียงซ้อนของทรานซิสเตอร์ที่มีองค์ประกอบป้อนกลับจะถูกนำมาใช้เพื่อสร้างความเสถียรในการทำงานของน้ำตกโดยรวมและลดผลกระทบของอุณหภูมิต่อการทำงานของทรานซิสเตอร์

การสังเกตอุณหภูมิเช่นนี้ไม่เพียง แต่สำหรับทรานซิสเตอร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงไดโอดด้วย ในการตรวจสอบสิ่งนี้โดยใช้มัลติมิเตอร์แบบดิจิตอลก็เพียงพอที่จะ "เรียก" ไดโอดใด ๆ ในทิศทางไปข้างหน้า โดยปกติแล้วอุปกรณ์จะแสดงตัวเลขใกล้กับ 700 นี่เป็นเพียงแรงดันไฟฟ้าตกโดยตรงในไดโอดแบบเปิดซึ่งอุปกรณ์จะแสดงเป็นมิลลิโวลต์ สำหรับไดโอดซิลิคอนที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียสพารามิเตอร์นี้จะอยู่ที่ประมาณ 700 mV และสำหรับไดโอดเจอร์เมเนียมประมาณ 300

หากตอนนี้ไดโอดอุ่นขึ้นเล็กน้อยอย่างน้อยเมื่อใช้หัวแร้งแล้วรูปนี้จะค่อยๆลดลงดังนั้นจึงถือว่าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของแรงดันของไดโอดคือ -2mV / องศา เครื่องหมายลบในกรณีนี้บ่งชี้ว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นแรงดันไปข้างหน้าของไดโอดจะลดลง

การพึ่งพานี้ยังช่วยให้การใช้ไดโอดเป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิหากทรานซิสเตอร์เปลี่ยน "วงแหวน" ด้วยอุปกรณ์เดียวกันผลลัพธ์จะคล้ายกันมากดังนั้นทรานซิสเตอร์จึงมักใช้เป็นเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ

ในกรณีของเราการทำงานของตัวควบคุมอุณหภูมิทั้งหมดนั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติ“ ลบ” ของน้ำตกด้วยกระแสไฟฟ้าพื้นฐานที่แน่นอน วงจรควบคุมอุณหภูมิแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 รูปแบบของเทอร์โมสแตท (คลิกที่ภาพจะเปิดรูปแบบในระดับที่ใหญ่กว่า)

เซ็นเซอร์อุณหภูมิจะประกอบกับทรานซิสเตอร์ประเภท VT1 KT835B โหลดของน้ำตกนี้คือตัวต้านทาน R1 และตัวต้านทาน R2, R3 ชุด โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์ dc. อคติคงที่ซึ่งกล่าวถึงข้างต้นถูกตั้งค่าโดยตัวต้านทาน R3 เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าที่อิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์ที่อุณหภูมิห้องอยู่ที่ประมาณ 6.8 V. ดังนั้นจึงมีเครื่องหมายดอกจัน (*) ในการกำหนดตัวต้านทานนี้ในวงจร ไม่จำเป็นต้องบรรลุความแม่นยำโดยเฉพาะถ้าแรงดันไฟฟ้านี้ไม่มากหรือน้อย การวัดควรทำเทียบกับตัวเก็บรวบรวมของทรานซิสเตอร์ซึ่งเชื่อมต่อกับสายสามัญของแหล่งพลังงาน

ทรานซิสเตอร์ของโครงสร้าง p-n-p KT835B ไม่ได้ถูกเลือกโดยบังเอิญ: ตัวเก็บรวบรวมเชื่อมต่อกับแผ่นโลหะของเคสซึ่งมีช่องสำหรับติดตั้งทรานซิสเตอร์กับหม้อน้ำ สำหรับหลุมนี้ทรานซิสเตอร์จะถูกเชื่อมต่อกับแผ่นโลหะขนาดเล็กซึ่งติดอยู่กับลวดตะกั่ว

เซ็นเซอร์ที่เป็นผลลัพธ์จะถูกยึดโดยใช้ที่ยึดโลหะเข้ากับท่อความร้อน เนื่องจากตามที่ระบุไว้แล้วตัวสะสมจะเชื่อมต่อกับสายไฟทั่วไปของแหล่งจ่ายไฟไม่จำเป็นต้องติดตั้งปะเก็นฉนวนระหว่างท่อและเซ็นเซอร์ซึ่งทำให้การออกแบบง่ายขึ้นและปรับปรุงการสัมผัสความร้อน

เปรียบเทียบ

ในการตั้งอุณหภูมิเครื่องเปรียบเทียบที่ทำกับแอมพลิฟายเออร์ OP1 ประเภท K140UD608 ผ่านตัวต้านทาน R5 แรงดันจากอีซีแอลของทรานซิสเตอร์ VT1 จะถูกส่งไปยังอินเวอร์เตอร์อินพุทของมันและแรงดันไฟฟ้าจากเครื่องยนต์ของตัวต้านทานตัวแปร R7 จะถูกส่งไปยังอินพุทที่ไม่มีการย้อนกลับผ่านตัวต้านทาน R6

แรงดันไฟฟ้านี้ตั้งค่าอุณหภูมิที่โหลดจะตัดการเชื่อมต่อ ตัวต้านทาน R8, R9 ตั้งค่าช่วงบนและล่างสำหรับการตั้งค่าขีด จำกัด ของตัวเปรียบเทียบและดังนั้นข้อ จำกัด ของการควบคุมอุณหภูมิ การใช้ตัวต้านทาน R4 จะให้ฮิสเทรีซิสที่จำเป็นของตัวเปรียบเทียบ

อุปกรณ์ควบคุมโหลด

อุปกรณ์ควบคุมโหลดทำบนทรานซิสเตอร์ VT2 และรีเลย์ Rel1 นี่คือข้อบ่งชี้ของโหมดการทำงานของตัวควบคุมอุณหภูมิ LED เหล่านี้คือ HL1 สีแดงและ HL2 สีเขียว สีแดงหมายถึงการให้ความร้อนและสีเขียวที่ถึงอุณหภูมิที่ตั้งไว้ ไดโอด VD1 เชื่อมต่อขนานกับรีเลย์คอยล์ Rel1 ปกป้องทรานซิสเตอร์ VT2 จากแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำด้วยตนเองที่เกิดขึ้นบนรีเลย์คอยล์ Rel1 ในเวลาที่ปิดเครื่อง

รีเลย์ขนาดเล็กที่ทันสมัยช่วยให้สามารถสลับกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ได้อย่างเพียงพอ ตัวอย่างของรีเลย์ดังกล่าวคือรีเลย์ Tianbo ที่แสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 Tianbo รีเลย์ขนาดเล็ก

ดังที่เห็นได้จากรูปภาพรีเลย์อนุญาตให้กระแสเปลี่ยนได้ถึง 16A ซึ่งช่วยให้คุณสามารถควบคุมโหลดได้สูงสุด 3 kW นี่คือการโหลดสูงสุด เพื่อความสะดวกในการทำงานของกลุ่มผู้ติดต่อเล็กน้อยกำลังโหลดควร จำกัด ที่ 2 ... 2.5 กิโลวัตต์ ปัจจุบันรีเลย์ดังกล่าวมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในยานยนต์และเครื่องใช้ในครัวเรือนเช่นในเครื่องซักผ้า ในเวลาเดียวกันขนาดของรีเลย์ไม่เกินขนาดของกลักไม้ขีดไฟ!

การทำงานและการปรับตัวควบคุมอุณหภูมิ

ดังที่ได้กล่าวไว้ที่จุดเริ่มต้นของบทความที่อุณหภูมิห้องแรงดันไฟฟ้าที่ตัวส่งสัญญาณของทรานซิสเตอร์ VT1 ประมาณ 6.8 V และเมื่อถูกความร้อนถึง 90 ° C แรงดันไฟฟ้าลดลงถึง 5.99 V สำหรับการทดลองดังกล่าวโคมไฟตั้งโต๊ะที่มีโคมไฟโลหะ และสำหรับการวัดอุณหภูมิดิจิตอลมัลติมิเตอร์แบบจีนที่มีเทอร์โมคับเปิลเช่น DT838หากเซ็นเซอร์ของอุปกรณ์ประกอบประกอบติดตั้งอยู่บนหลอดไฟและหลอดไฟเปิดผ่านทางหน้าสัมผัสรีเลย์คุณจะสามารถตรวจสอบการทำงานของวงจรประกอบในการตั้งค่าดังกล่าวได้

ตัวเปรียบเทียบดำเนินการในลักษณะที่ว่าแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตอินเวอร์เตอร์ (แรงดันไฟฟ้าของเซ็นเซอร์อุณหภูมิ) สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตของการไม่กลับด้าน (แรงดันไฟฟ้าของอุณหภูมิที่กำหนด) แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบนั้นใกล้กับแรงดันของแหล่งจ่ายไฟ ดังนั้นสวิตช์ทรานซิสเตอร์ VT2 จึงเปิดรีเลย์เปิดอยู่และหน้าสัมผัสรีเลย์ประกอบด้วยองค์ประกอบความร้อน

เมื่อระบบทำความร้อนอุ่นขึ้นเซ็นเซอร์อุณหภูมิ VT1 ก็จะร้อนขึ้นเช่นกัน แรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและเมื่อมันมีค่าเท่ากันหรือน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ติดตั้งในเครื่องยนต์ของตัวต้านทานตัวแปร R7 เล็กน้อยตัวเปรียบเทียบจะเข้าสู่สถานะศูนย์ตรรกะดังนั้นทรานซิสเตอร์จะถูกล็อคและรีเลย์ถูกปิด

องค์ประกอบความร้อนจะไม่ทำงานและหม้อน้ำเริ่มเย็นลง เซ็นเซอร์ทรานซิสเตอร์ VT1 ก็เย็นลงเช่นกันและแรงดันไฟฟ้าของอิมิตเตอร์จะเพิ่มขึ้น ทันทีที่แรงดันไฟฟ้านี้สูงกว่าที่กำหนดโดยตัวต้านทาน R7 ตัวเปรียบเทียบจะเข้าสู่สถานะสูงรีเลย์จะเปิดและกระบวนการจะทำซ้ำอีกครั้ง

เล็กน้อยเกี่ยวกับการทำงานของวงจรแสดงผลแม่นยำมากขึ้นเกี่ยวกับวัตถุประสงค์ขององค์ประกอบ LED สีแดง HL1 เปิดพร้อมกับขดลวดรีเลย์ Rel1 และบ่งชี้ว่าระบบทำความร้อนกำลังให้ความร้อน ในเวลานี้ทรานซิสเตอร์ VT2 เปิดอยู่และ LED HL2 สับเปลี่ยนผ่านไดโอด D2 แสงสีเขียวจะดับ

เมื่ออุณหภูมิถึงค่าที่ตั้งไว้ทรานซิสเตอร์จะปิดและปิดรีเลย์และใช้ LED สีแดง HL1 ในขณะเดียวกันทรานซิสเตอร์ปิดจะไม่ผ่านหลอด LED HL2 อีกต่อไปซึ่งจะสว่างขึ้น จำเป็นต้องมี Diode D2 เพื่อให้ HL1 LED และด้วยรีเลย์ไม่สามารถเปิดผ่าน HL2 LED ไฟ LED ใด ๆ ที่เหมาะสมจึงไม่ได้ระบุประเภท ในฐานะที่เป็นไดโอด D1, D2, ไดโอดนำเข้าที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย 1N4007 หรือ KD105B ในประเทศมีความเหมาะสมมาก

แหล่งจ่ายไฟเทอร์โม

พลังงานที่ใช้โดยวงจรมีขนาดเล็กดังนั้นคุณสามารถใช้อะแดปเตอร์ AC ที่ทำในประเทศจีนเป็นแหล่งจ่ายไฟหรือประกอบวงจรเรียงกระแส 12V เสถียร การใช้กระแสไฟฟ้าของวงจรไม่เกิน 200mA ดังนั้นหม้อแปลงใด ๆ ที่มีกำลังไม่เกิน 5W และแรงดันเอาต์พุต 15 ... 17V เหมาะสม

วงจรแหล่งจ่ายไฟแสดงในรูปที่ 3 สะพานไดโอดทำบนไดโอด 1N4007 และตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเป็น + 12V บนโคลงที่สำคัญหนึ่งในประเภท 7812 การใช้พลังงานมีขนาดเล็กดังนั้นคุณไม่จำเป็นต้องติดตั้งตัวกันความร้อนบนหม้อน้ำ

รูปที่ 3 แหล่งจ่ายไฟเทอร์โม

การออกแบบของเทอร์โมสตัทเป็นแบบสุ่มโดยส่วนใหญ่จะถูกติดตั้งบนแผงวงจรพิมพ์มันจะดีกว่าถ้าติดตั้งแหล่งจ่ายไฟด้วย เซ็นเซอร์ทรานซิสเตอร์เชื่อมต่อโดยใช้สายเคเบิลสองเส้นที่หุ้มฉนวนในขณะที่ตัวเก็บรวบรวมทรานซิสเตอร์เชื่อมต่อผ่านหน้าจอ

เป็นที่พึงประสงค์ว่าจะมีขั้วต่อสามพินที่ปลายสายเคเบิลและส่วนที่ต่ออยู่บนบอร์ด คุณยังสามารถติดตั้งเทอร์มินัลบล็อกขนาดเล็กบนบอร์ดแม้ว่าจะสะดวกกว่าตัวเชื่อมต่อก็ตาม การเชื่อมต่อดังกล่าวจะช่วยอำนวยความสะดวกในการติดตั้งเซ็นเซอร์และอุปกรณ์ทั้งหมดในสถานที่ที่ใช้งานอย่างมาก

ควรวางอุปกรณ์สำเร็จรูปไว้ในกล่องพลาสติกและติดตั้งตัวต้านทานการตั้งค่าอุณหภูมิ R7 และ LED HL1 และ HL2 ภายนอก มันจะดีกว่าถ้าชิ้นส่วนเหล่านี้มีการบัดกรีบนกระดานเช่นกันและจะทำรูในกรณีสำหรับพวกเขา

การเชื่อมต่อกับเครือข่ายพลังงานและตัวทำความร้อนนั้นเชื่อมต่อผ่านแถบขั้วซึ่งควรได้รับการแก้ไขภายในกล่องพลาสติก เพื่อปกป้องอุปกรณ์ทั้งหมดโดยรวมการเชื่อมต่อควรทำตาม PUE โดยใช้อุปกรณ์ป้องกัน

มีการสร้างเทอร์โมสตัทหลายตัวและทั้งหมดนั้นมีความแม่นยำที่ยอมรับได้ในการควบคุมอุณหภูมิเช่นเดียวกับความน่าเชื่อถือที่สูงมากเพราะด้วยความเรียบง่ายของวงจรทำให้ไม่มีอะไรแตก

Boris Aladyshkin