Elektronischer Thermostat für Ölkühler

Ein Artikel zum Ersetzen eines mechanischen Temperaturreglers eines Ölheizungskühlers.

Sehr oft muss man im Alltag Ölheizkörper zum Heizen verwenden. Solche Tage kommen in der Regel im Herbst, wenn es draußen schon ziemlich kalt ist und die Stadtwerke es nicht eilig haben, die Zentralheizung in Wohnungen einzuschalten. Diese Heizkörper verbrennen im Gegensatz zu anderen Arten von elektrischen Heizgeräten keinen Luftsauerstoff.

Die Heiztemperatur für solche Heizkörper wird mit einem elektromechanischen Regler eingestellt, dessen Basis eine Bimetallplatte ist - sie steuert den Betrieb des mechanischen Kontakts. Dieser Kontakt schaltet die Heizung aus, wenn die eingestellte Temperatur erreicht ist.

Wenn ein solcher Regler unbrauchbar wird, kann er in fast hundertprozentigen Fällen nicht repariert werden. Es wird unmöglich, einen Kühler ohne Temperaturregler zu verwenden: Entweder müssen Sie ihn regelmäßig manuell einschalten - ausschalten oder sitzen und warten, bis ein Feuer entsteht. Der in diesem Artikel beschriebene Halbleitertemperaturregler hilft, diese Situation zu beseitigen.

Halbleitertemperatursensoren

Eine Besonderheit dieses Reglers besteht darin, dass keine Temperaturkalibrierung erforderlich ist, da er den LM335AZ-Sensor verwendet, der bereits bei seiner Herstellung vom Hersteller kalibriert wurde.

Es gibt verschiedene Arten von kalibrierten Temperatursensoren, z. B. DS1621, DS1820 und einige andere. Diese Sensoren liefern Temperaturwerte in digitaler Form, sodass das Messergebnis nur verfügbar ist Mikrocontroller-Gerätedas erfordert Programmierung.

Analoger Temperatursensor LM335AZ

Der LM335AZ-Sensor liefert das Messergebnis in analoge Form (Spannung), für die keine Mikrocontroller und Schreibprogramme erforderlich sind. Es reicht aus, eine einfache Schaltung zusammenzubauen, und das Gerät funktioniert wie vorgesehen. Das Schema des beschriebenen Temperaturreglers ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Thermostat für den Ölkühler.

Nach dem Funktionsprinzip ist der LM335AZ eine der Varianten einer halbleitergesteuerten Zenerdiode, deren Stabilisierungsspannung von der Umgebungstemperatur abhängt. Diese Eigenschaft ist streng standardisiert und beträgt 10 mV / ° C. In diesem Fall ist der Temperaturkoeffizient der Spannung (TKN) positiv, dh mit einem Temperaturanstieg um jeden Grad steigt die Spannung am Ausgang eines solchen Sensors um 10 mV.

Der Hersteller garantiert, dass bei einer Temperaturänderung innerhalb von -40 ... + 100 ° C die Charakteristik des Sensors linear ist und der Fehler nicht mehr als ± 1 ° C beträgt. Diese Genauigkeit reicht völlig aus, um die Temperatur des Heizgeräts zu steuern. Es ist separat zu beachten, dass solche Parameter bei einem Strom durch die Zenerdiode bei einem Pegel von 0,45 ... 5,0 mA erreicht werden.

LM335AZ-Sensoren werden auf der Kelvin-Temperaturskala kalibriert. Um die Temperatur von den uns allen bekannten Grad Celsius zu übertragen, müssen wir die folgende Formel verwenden: t ° K = 273 + t ° C. Angesichts des oben genannten Temperaturkoeffizienten des Sensors von 10 mV / ° C ist die Spannung in Millivolt an seinem Ausgang zehnmal höher als die Messwerte in Grad.

Ein einfaches Beispiel: Wenn in unserem Raum das Wandthermometer 25 Grad anzeigt, beträgt die Spannung am Ausgang des LM335AZ-Sensors (273 + 25) * 10 = 2980 mV oder 2,98 V. Es ist leicht zu berechnen, wenn der Ölkühler auf 70 ° C erwärmt wird Die Spannung am Ausgang des LM335AZ-Sensors beträgt (273 + 70) * 10 = 3430 mV oder 3,43 V. Um einen Thermostat zu erstellen, müssen Sie lediglich die Spannung am Ausgang des Sensors messen und mit der Referenzspannung vergleichen, mit der die Heiztemperatur eingestellt wird.

Nach solch einer detaillierten Betrachtung des Sensors können wir mit der Beschreibung des Schaltplans des Thermostats fortfahren, der eine kleine Anzahl von Teilen enthält, einfach herzustellen ist und fast keine Einstellung erfordert.

Thermostatstromversorgung

Die Stromversorgung für den Temperaturregler wird nach dem bekannten Schema mit einem Löschkondensator zusammengebaut. Im Diagramm ist dies C1. Parallel dazu ist ein Widerstand R1 installiert, durch den der obige Kondensator nach dem Trennen des Geräts vom Netzwerk entladen wird.

Vor allem wird diese Entladung beim Einrichten und Herstellen eines Temperaturreglers benötigt. Sie müssen zustimmen, dass es nicht sehr angenehm ist, Stromschläge zu erhalten, wenn Sie einen Kondensator umklammern, der zur Vergesslichkeit auf die Netzspannung geladen ist.

Der Widerstand R2 reduziert den Einschaltstrom, wenn er an das Netzwerk angeschlossen ist, und wirkt in Notsituationen als Sicherung. Seine Leistung sollte mindestens 1 Watt betragen. Bei geringeren Kapazitäten brennt dieser Widerstand aufgrund der Zerstörung der Widerstandsschicht auch bei einem voll funktionsfähigen Gerät aus.

Die von der Brücke mit Hilfe der Zenerdiode VD2 gleichgerichtete Spannung ist auf 12 V begrenzt, und der Kondensator C4 glättet seine Welligkeiten. Der Kondensator C6 ist so ausgelegt, dass er gepulste und hochfrequente Störungen aus dem Netzwerk ausgleicht. Die Spannung von 12 V wird verwendet, um den Chip mit Strom zu versorgen - Komparator, Anzeige-LEDs HL1, HL2 und LED-Triac-Optokoppler U1.

Die zweite Stabilisierungsstufe wird an einem integrierten Stabilisator 78L05 durchgeführt, der eine Ausgangsspannung von +5 V aufweist. Diese Spannung wird verwendet, um den Temperatursensor mit Strom zu versorgen und eine Referenzspannung am Eingang des Komparators zu erhalten. Die Stabilität des gesamten Geräts hängt von der Stabilität dieser Spannung ab.

Der Temperatursensor VK1 wird vom Stabilisator DA2 über den Widerstand R3 mit Strom versorgt. Die Spannung vom Sensor über das Rauschunterdrückungsfilter R4, C2, R5 wird dem nichtinvertierenden Eingang 3 des Komparators (Komparators) DA1.1 zugeführt.

Eine Referenzspannung wird auch an den invertierenden Eingang 2 des Komparators über ein Interferenzunterdrückungsfilter R14, C3, R6 angelegt, das die Heiztemperatur einstellt.

Das Einrichten des Geräts reduziert sich auf das Einstellen der Spannung, die der Sensor bei der maximal eingestellten Temperatur ausgibt, unter Verwendung des Abstimmwiderstands R15 im linken Ausgangsstromkreis des Widerstands R17. Wenn Sie die Erwärmung auf 70 ° C begrenzen, entspricht dies auf der Kelvin-Skala 343 ° K, sodass die Sensorspannung 3, 43 V beträgt. Bei einer Temperatur von beispielsweise 80 ° C, 3,53 V.

Die Spannung gemäß dem unteren Ende des Bereichs sollte wiederum auf der rechten Seite gemäß der Ausgangsschaltung des Widerstands R17 eingestellt werden. Diese Einstellung erfolgt durch Auswahl des Widerstands R18. Der Widerstand R17 kann sich auch unter den Händen des falschen Nennwerts befinden, wie in der Abbildung angegeben. Unter Berücksichtigung, dass bei 0 ° C (was 273 ° K entspricht) die Spannung des Sensors 2,73 V beträgt, kann das Verhältnis R17 / (3,43 - 2,73) = R18 / 2 für eine ungefähre Berechnung der Werte dieser Widerstände verwendet werden. 73, aus der sich der Widerstand eines Widerstands leicht berechnen lässt.

Das Funktionsprinzip der Schaltung

Nun ein paar Worte zur Funktionsweise der Schaltung. Die Spannung vom Temperatursensor wird dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators 3 zugeführt. Die Spannung vom Widerstandsmotor R17 wird dem invertierenden Eingang 2 zugeführt. Während die Spannung am nichtinvertierenden Eingang höher ist als am invertierenden, ist der Ausgangstransistor des Komparators offen, so dass die LED des Triac-Optokopplers U1 leuchtet. Zur Anzeige des Öffnungszustands des Optokopplers wird die rote LED HL1 verwendet. Im Gegenzug auch öffnen Triac VS1 und Heizung angeschlossen.

Wenn sich der Kühler erwärmt, steigt die Spannung am Ausgang des VK1-Sensors an. Sobald diese Spannung die Spannung am invertierenden Eingang überschreitet, schließt der Komparatorausgangstransistor und die Optokoppler-LED erlischt - die Last erlischt.

Nachdem der Kühler etwas abgekühlt ist, wird der Heizzyklus erneut wiederholt.Wie stark sich der Kühler aufgrund der Breite der Hystereseschleife des Komparators abkühlt, hängt vom Widerstand des Widerstands R7 ab. Der Kondensator C5 verhindert, dass der Komparator bei hohen Frequenzen angeregt wird.

Der LM2903N enthält zwei Komparatoren. Daher ist es möglich, am zweiten Komparator eine Anzeige anzubringen, die anzeigt, dass die Heizung abgeschlossen ist und dass im Netzwerk Spannung anliegt. Diese Anzeige ist an DA1.2 und der grünen LED HL1 angebracht, die beim Ausschalten der Heizung aufleuchtet.

Ein paar Worte zu den Details. Die Widerstände R9, R12 sind so ausgelegt, dass sie die Betriebsmodi eines fotoelektrischen Optokopplertransistors bereitstellen, und die Kette R8, C9 ist so ausgelegt, dass sie Spannungsspitzen am Triac VS1 unterdrückt. Der im Diagramm gezeigte importierte Triac kann erfolgreich durch den inländischen TS 112-16 oder TS 125-22 ersetzt werden. Mit solchen Triacs ist es möglich, Lasten bis zu 2,5 kW zu schalten. Zur Installation benötigen Sie einen kleinen Kühler, von dem der Triac mit Glimmer- oder Keramikdichtungen isoliert werden sollte.

Das Design des Reglers ist beliebig: Wenn das Design des Ölkühlers dies zulässt, kann er im Inneren installiert werden. Sie können einen Thermostat auch in Form einer separaten Einheit herstellen. In diesem Fall müssen Sie es natürlich in eine Art Gehäuse legen. Die LEDs HL1, HL2 und der Griff des variablen Widerstands R17 sollten an der Außenseite des Gehäuses angezeigt werden, mit der Sie die Heiztemperatur teilweise einstellen können. Die LEDs HL1, HL2 können von jedem Typ sein, wobei HL1 grün und HL2 rot sind.

Das Gerät wird auf einer Leiterplatte hergestellt, von der eine mögliche Version in Abbildung 2 dargestellt ist.

Abbildung 2. Thermostatplatine.

Die folgenden Arten von Teilen wurden für die Installation auf der Platine verwendet: Haushaltsoxidkondensatoren K50-35 oder importiert, Filmkondensatoren C1 und C9 Typ K73-17, die verbleibenden kleinen Keramikkondensatoren. Oxidkondensatoren müssen eine zulässige Temperatur von mindestens +105 ° C haben, die auf dem Kondensatorkörper angegeben ist.

Feste Widerstände Typ MLT 0.125 oder importiert. Trimmerwiderstand R1 Typ СП5-28Б oder eine andere Mehrfachumdrehung - mit seiner Hilfe wird die Obergrenze der Heizung genauer eingestellt.

Variabler Widerstand R17 Draht Typ PPB-3V. Der Zweck besteht darin, die Heiztemperatur einzustellen. Es ist am besten, diesen Widerstand anstelle des alten elektromechanischen Reglers zu installieren.

Der Temperatursensor LM335AZ sollte, sofern das Design des Kühlers dies zulässt, an der Stelle installiert werden, an der der elektromechanische Sensor zuvor installiert wurde. In diesem Fall muss natürlich der alte Sensor entfernt werden. Der Anschluss des Sensors an die Leiterplatte erfolgt am besten mit einem verdrillten Adernpaar. Dadurch wird die Auswirkung von Störungen auf den Betrieb des gesamten Geräts insgesamt erheblich verringert.

Wenn der Regler als separate Einheit ausgeführt ist, werden die LEDs HL1, HL2 direkt auf der Platine installiert. Und wenn die Platine im Heizgerät versteckt werden kann, müssen Sie zum Installieren der LEDs Löcher in den Heizkörper bohren. Die LEDs selbst sollten in diesem Fall auf einer Platte aus Isoliermaterial platziert werden, z. B. Glasfaser oder Getinaks.

Das Einrichten des Geräts ist einfach. Zunächst sollten Sie die Installation auf Übereinstimmung mit dem Schema und auf das Fehlen von Fehlern in Form von Schaltungspfaden auf der Platine oder deren Bruch überprüfen. Stellen Sie danach sicher, dass an der Zenerdiode VD1 eine Spannung von +12 V und am Ausgang des DA2-Stabilisators eine Spannung von +5 V anliegt.

Stellen Sie nach diesen Überprüfungen mit dem Trimmwiderstand R15 die Spannung von 3,43 V am linken Ausgangsstromkreis des variablen Widerstands R17 ein. Sie können den korrekten Betrieb der Steuerung überprüfen, indem Sie den variablen Widerstand R17 drehen. In diesem Fall sollten Sie auf die LED-Anzeigen achten.

Alle Messungen sollten relativ zum Minuspol des Kondensators C4 durchgeführt werden mit einem DigitalmultimeterGeben Sie beispielsweise DT838 oder ähnliches ein.

Vergessen Sie nicht, dass das Design keine galvanische Trennung vom Stromnetz aufweist. Daher müssen Sie vorsichtig und vorsichtig sein, und es ist am besten, einen Trenntransformator zu verwenden. Die Leistung eines solchen Transformators reicht jedoch nicht aus, um den Ölkühler mit Strom zu versorgen. Während der Inbetriebnahme (während alles auf dem Tisch liegt und zugänglich ist) kann das Heizelement durch eine herkömmliche Glühbirne mit einer Leistung von 25 ... 100 Watt ersetzt werden.

Der Temperatursensor kann während des Einstellvorgangs einfach mit einem Lötkolben oder einer eben erwähnten Lampe beheizt werden. In diesem Fall erlischt die Kontrolllampe, wenn die eingestellte Temperatur erreicht ist, und leuchtet nach einer gewissen Abkühlung des Sensors auf. Der Abkühlungsgrad des Sensors hängt wie oben beschrieben von der Hysterese des Komparators ab.

Boris Aladyshkin