kategorier: Praktisk elektronik, Hjemmeautomatisering
Antal visninger: 93247
Kommentarer til artiklen: 8
Termostat til el-kedel
Beskrivelse af et enkelt og pålideligt temperaturreguleringskredsløb til et varmesystem.
Russisk vinter er hård og kold, og alle ved om den. Derfor skal lokalerne, hvor folk er placeret, opvarmes. Det mest almindelige er centralvarme eller individuelle gaskedler.
Ofte er der situationer, hvor hverken den ene eller den anden er tilgængelig: for eksempel i et rent felt er der et lille rum på en vandpumpestation, og der er føreren på vagt døgnet rundt. Det kan også være et vagttårn eller et separat rum i en stor ubeboet bygning. Der er mange sådanne eksempler.
I alle disse tilfælde er det nødvendigt at arrangere opvarmning ved hjælp af elektricitet. Hvis rummet er lille, er det meget muligt at gøre med en konventionel oliefyldt elektrisk radiator til husholdningsbrug. I et større rum med et areal på ca. 15 - 20 kvadratmeter er vandopvarmning oftest arrangeret ved hjælp af en radiator svejst fra rør, som ofte kaldes et register.
Hvis du lader tingene gå på egen hånd og ikke overvåger temperaturen på vandet, vil det før eller senere simpelthen koges, og sagen kan ende i fiasko for alt el-kedelFørst og fremmest dets varmeelement. For at forhindre en sådan uheldig begivenhed styres opvarmningstemperaturen af en termostat.
En af de mulige muligheder for en sådan enhed foreslås i denne artikel. Naturligvis er denne vinter allerede ved at løbe ud, men vi skal ikke glemme, at slæder bedst tilberedes om sommeren.
Funktionelt kan enheden opdeles i flere noder: selve temperatursensoren, sammenligningsenhed (komparator) og en lastkontrolenhed. Det følgende er en beskrivelse af de enkelte dele, deres diagram og driftsprincip.
Temperatursensor
Et karakteristisk træk ved det beskrevne design er, at det bruges som temperatursensor konventionel bipolær transistor, som giver dig mulighed for at opgive søgningen og købet termistorer eller sensorer af forskellige typer, for eksempel TCM.
Funktionen af en sådan sensor er baseret på det faktum, at ligesom alle halvlederindretninger, afhænger transistorenes parametre i vid udstrækning af omgivelsestemperaturen. Først og fremmest er dette omvendt kollektorstrøm, der stiger med stigende temperatur, som påvirker driften af for eksempel forstærkningstrin. Deres driftspunkt forskydes, så der forekommer betydelig signalforvrængning, og i fremtiden simpelthen ophører med at reagere på indgangssignalet.
Denne situation er hovedsageligt forbundet med kredsløb med en fast basestrøm. Derfor anvendes transistorkaskadekredsløb med feedbackelementer, der stabiliserer driften af kaskaden som helhed og også reducerer effekten af temperaturen på transistorns drift.
En sådan temperaturafhængighed observeres ikke kun for transistorer, men også for dioder. For at verificere dette er det nok at bruge et digitalt multimeter til at “ringe” til enhver diode i retning fremad. Enheden viser typisk et tal tæt på 700. Dette er kun et direkte spændingsfald på den åbne diode, som enheden viser i millivolt. For siliciumdioder ved en temperatur på 25 grader Celsius er denne parameter ca. 700 mV og for germaniumdioder ca. 300.
Hvis denne diode nu opvarmes lidt, i det mindste med et loddejern, vil dette tal gradvist falde, derfor betragtes det som temperaturskoefficienten for diodenes spænding er -2 mV / deg. Minustegnet i dette tilfælde indikerer, at med stigende temperatur vil spændingen på dioden falde.
Denne afhængighed tillader også brugen af dioder som temperatursensorer.Hvis transistoren overgår "ringer" med den samme enhed, vil resultaterne være meget ens, derfor bruges transistorer ofte som temperatursensorer.
I vores tilfælde er driften af hele temperaturregulatoren netop baseret på denne "negative" egenskab ved kaskaden med en fast basisstrøm. Temperaturkontrolkredsløbet er vist i figur 1.
Figur 1. Termostatskema (ved at klikke på billedet åbnes skemaet i større skala).
Temperatursensoren samles på en transistor VT1 type KT835B. Belastningen på denne kaskade er modstanden R1, og modstanderne R2, R3 indstillet dc transistor betjeningstilstand. Den faste forspænding, som blev nævnt lige ovenfor, indstilles af modstanden R3, så spændingen på emitteren fra transistoren ved stuetemperatur er ca. 6,8 V. Derfor er en stjerne (*) til stede i betegnelsen på denne modstand i kredsløbet. Det er ikke nødvendigt at opnå særlig nøjagtighed her, hvis kun denne spænding ikke var meget mindre eller mere. Der skal foretages målinger i forhold til transistorens opsamler, som er forbundet til strømkildens fælles ledning.
Transistor af p-n-p-strukturen KT835B blev ikke valgt ved en tilfældighed: dens kollektor er forbundet til en metalplade i huset, som har en åbning til montering af transistoren på radiatoren. For dette hul er transistoren fastgjort til en lille metalplade, som blytråden også er fastgjort til.
Den resulterende sensor fastgøres ved hjælp af metalklemmer til opvarmningsrøret. Da kollektoren, som allerede nævnt, er forbundet til strømkildens fælles ledning, er der ikke behov for at installere en isolerende pakning mellem røret og sensoren, hvilket forenkler designet og forbedrer den termiske kontakt.
komparator
For at indstille temperaturen foretages en komparator på driftsforstærkeren OP1 type K140UD608. Via modstand R5 tilføres spænding fra emitteren fra transistoren VT1 til dens inverterende indgang, og spænding fra motoren med den variable modstand R7 tilføres den ikke-inverterende indgang gennem modstand R6.
Denne spænding indstiller temperaturen, hvor belastningen vil afbryde. Modstande R8, R9 indstiller det øverste og nederste interval for indstilling af tærsklen for komparatoren og derfor grænserne for temperaturstyring. Brug af modstanden R4 tilvejebringer den nødvendige hysterese af komparatoren.
Indlæs kontrolenhed
Lastkontrolenheden er lavet på transistoren VT2 og relæet Rel1. Her er en indikation af termostatens driftsformer. Disse lysdioder er HL1 rød og HL2 grøn. Rød farve betyder opvarmning og grøn farve, at den indstillede temperatur nås. Dioden VD1, der er forbundet parallelt med relæspolen Rel1, beskytter transistoren VT2 mod selvinduktionsspændinger, der opstår på relæspolen Rel1 på tidspunktet for nedlukning.
Moderne relæer i lille størrelse giver mulighed for at skifte tilstrækkelig store strømme. Et eksempel på et sådant relæ er Tianbo-relæet vist i figur 2.
Figur 2. Relaterede små størrelse Tianbo.
Som det ses på figuren tillader relæet strømskift op til 16A, som giver dig mulighed for at styre en belastning på op til 3 kW. Dette er den maksimale belastning. For let at lette betjeningen af kontaktgruppen, bør lasteffekten begrænses til 2 ... 2,5 kW. Sådanne relæer bruges i øjeblikket meget udbredt i bil- og husholdningsapparater, for eksempel i vaskemaskiner. Samtidig overstiger ikke relæets dimensioner størrelsen på matche!
Arbejde og justering af en temperaturregulator
Som det blev sagt i begyndelsen af artiklen, er spændingen ved VT1-transistorens emitter ca. 6,8 V ved stuetemperatur, og når den opvarmes til 90 ° C, falder spændingen til 5,99 V. Til sådanne eksperimenter er en bordlampe med en metal lampeskærm velegnet som varmelegeme. og til måling af temperatur, et kinesisk digitalt multimeter med en termoelement, for eksempel DT838.Hvis sensoren på den samlede enhed er monteret på lampeskærmen, og lampen tændes gennem relækontakten, vil det være muligt at kontrollere driften af det samlede kredsløb i en sådan opsætning.
Komparatoren fungerer på en sådan måde, at hvis spændingen ved inverteringsindgangen (spændingen i temperatursensoren) er højere end spændingen ved indgangen til den ikke-inverterende (spænding i temperaturindstillingspunktet), er spændingen ved komparatorens udgang tæt på spændingen fra strømkilden, i dette tilfælde kan det kaldes en logisk enhed. Derfor er transistorkontakten VT2 åben, relæet er tændt, og relækontakterne inkluderer et varmeelement.
Når varmesystemet varmer op, opvarmes også temperatursensoren VT1. Spændingen på dens emitter falder med stigende temperatur, og når den bliver ens eller snarere lidt mindre end den spænding, der er installeret på motoren i den variable modstand R7, går komparatoren i en tilstand af logisk nul, så transistoren er låst, og relæet er slukket.
Varmeelementet tændes og radiatoren begynder at køle ned. Transistorsensoren VT1 afkøles også, og spændingen på dens emitter stiger. Så snart denne spænding bliver højere end den, der er indstillet af modstand R7, går komparatoren i en høj tilstand, relæet tændes, og processen gentages igen.
Lidt om betjening af displaykredsløbet, mere præcist, om formålet med dets elementer. Den røde LED HL1 tændes sammen med relæspolen Rel1 og angiver, at varmesystemet varmer. På dette tidspunkt er transistoren VT2 åben, og HL2 LED skifter gennem dioden D2, det grønne lys er slukket.
Når den indstillede temperatur er nået, lukker transistoren og slukker relæet, og med det den røde LED HL1. På samme tid vil en lukket transistor ikke længere omgå HL2 LED, som lyser. Diode D2 er nødvendig, så HL1 LED og dermed relæet ikke kan tænde via HL2 LED. Eventuelle LED'er er egnede, så deres type er ikke specificeret. Som dioder D1, D2 er vidt anvendte importerede dioder 1N4007 eller indenlandske KD105B meget velegnede.
Termostat strømforsyning
Strømforbruget fra kredsløbet er lille, så du kan bruge enhver kinesisk fremstillet vekselstrømsadapter som strømforsyning eller samle en stabiliseret 12V ensretter. Kredsløbets strømforbrug er ikke mere end 200 mA, så enhver transformer med en effekt på højst 5W og en udgangsspænding på 15 ... 17V er velegnet.
Strømforsyningskredsløbet er vist i figur 3. Diodebroen er også lavet på dioder 1N4007, og spændingsregulatoren er + 12V på en integreret stabilisator af type 7812. Strømforbruget er lille, så du behøver ikke at installere stabilisatoren på radiatoren.
Figur 3. Termostat strømforsyning.
Termostats design er vilkårlig, de fleste af delene er monteret på et printkort, det er bedre, hvis strømforsyningen også er monteret der. Transistorsensoren tilsluttes ved hjælp af et afskærmet totråds kabel, mens transistorens samler er tilsluttet via en skærm.
Det er ønskeligt, at der er et tre-polet stik i enden af kablet og dets modstykke på tavlen. Du kan også installere en lille terminalblok på brættet, selvom dette er mindre praktisk end stikket. En sådan forbindelse vil i høj grad lette installationen af sensoren og hele enheden som helhed på brugsstedet.
Den færdige enhed skal placeres i et plastikhus og installere en temperaturindstillingsmodstand R7 og lysdioder HL1 og HL2 udenfor. Det er bedre, hvis disse dele også er loddet på brættet, og der laves huller i tilfældet med dem.
Forbindelsen til elnettet og varmeapparatet tilsluttes via klemmen, som skal fastgøres inde i plastikhuset. For at beskytte hele enheden som helhed skal forbindelsen foretages i henhold til PUE ved hjælp af beskyttelsesudstyr.
Flere af disse termostater blev lavet, og alle af dem viste acceptabel nøjagtighed af temperaturkontrollen såvel som meget stor pålidelighed, fordi der med en sådan enkelhed i kredsløbet faktisk ikke er noget at bryde.
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: