Termostaatti sähkökattilalle

Kuvaus yksinkertaisesta ja luotettavasta lämmitysjärjestelmän lämpötilansäätimen piiristä.

Venäjän talvi on kovaa ja kylmää, ja kaikki tietävät siitä. Siksi tilat, joissa ihmiset sijaitsevat, on lämmitettävä. Yleisin on keskuslämmitys tai yksittäiset kaasukattilat.

Usein tilanteita syntyy, kun yhtäkään tai toista ei ole saatavana: esimerkiksi puhtaalla kentällä on pieni vesipumpun tila, jossa kuljettaja on päivystyksessä ympäri vuorokauden. Se voi olla myös vartitorni tai erillinen huone suuressa asumattomassa rakennuksessa. Tällaisia ​​esimerkkejä on monia.

Kaikissa näissä tapauksissa lämmitys on järjestettävä sähkön avulla. Jos huone on pieni, se on täysin mahdollista tehdä tavanomaisella öljyllä täytetyllä sähkölämmittimellä kotitalouskäyttöön. Suuremmassa huoneessa, jonka pinta-ala on noin 15 - 20 neliömetriä, veden lämmitys järjestetään useimmiten putkista hitsatun jäähdyttimen avulla, jota usein kutsutaan rekisteriksi.

Jos annat asioiden mennä itsestään etkä tarkkaile veden lämpötilaa, niin ennemmin tai myöhemmin se vain kiehuu ja tapaus voi loppua kaiken epäonnistumiseen. sähkökattilaEnsinnäkin sen lämmityselementti. Tällaisen valitettavan tapahtuman estämiseksi lämmityslämpötilaa säädetään termostaatilla.

Yhden tällaisen laitteen mahdollisista vaihtoehdoista ehdotetaan tässä artikkelissa. Tietysti tämä talvi on jo loppumassa, mutta ei pidä unohtaa, että kelkat valmistetaan parhaiten kesällä.

Laite voidaan toiminnallisesti jakaa useisiin solmuihin: itse lämpötila-anturiin, vertailulaite (vertailu) ja kuormanohjauslaite. Seuraava on kuvaus yksittäisistä osista, niiden kaavio ja toimintaperiaate.

Lämpötila-anturi

Kuvatun mallin erottuva piirre on, että sitä käytetään lämpötila-anturina tavanomainen bipolaarinen transistori, jonka avulla voit luopua hausta ja ostosta termistorit tai erityyppisiä antureita, esimerkiksi TCM.

Tällaisen anturin toiminta perustuu siihen tosiseikkaan, että kuten kaikkien puolijohdelaitteidenkin, transistorien parametrit riippuvat suurelta osin ympäristön lämpötilasta. Ensinnäkin tämä on kollektorin käänteisvirta, joka kasvaa lämpötilan noustessa, mikä vaikuttaa esimerkiksi vahvistusvaiheiden toimintaan. Niiden toimintapiste siirtyy siten, että tapahtuu merkittäviä signaalin vääristymiä, ja tulevaisuudessa transistori lakkaa vastaamasta tulosignaaliin.

Tämä tilanne syntyy pääasiassa piireissä, joissa on kiinteä kantavirta. Siksi käytetään palautuselementeillä varustettuja transistorikaskadipiirejä, jotka vakauttavat kaskadin toiminnan kokonaisuutena ja vähentävät myös lämpötilan vaikutusta transistorin toimintaan.

Tällainen lämpötilariippuvuus havaitaan transistorien lisäksi myös diodeissa. Tämän tarkistamiseksi digitaalisen yleismittarin avulla riittää, että “soi” mikä tahansa diodi eteenpäin. Tyypillisesti laite näyttää luvun lähellä 700. Tämä on vain suora jännitteen pudotus avoimessa diodissa, jonka laite näyttää millivoltteina. Piidiodien kanssa lämpötilassa 25 celsiusastetta tämä parametri on noin 700 mV ja germaniumdiodeilla noin 300.

Jos nyt tämä diodi lämpenee hieman, ainakin juotosraudalla, niin tämä luku pienenee vähitellen, siksi diodien jännitteen lämpötilakerroimen katsotaan olevan -2mV / aste. Miinusmerkki merkitsee tässä tapauksessa, että lämpötilan noustessa diodin lähtöjännite laskee.

Tämä riippuvuus mahdollistaa myös diodien käytön lämpötila-antureina.Jos transistori muuttuu “renkaana” samalla laitteella, tulokset ovat hyvin samankaltaisia, joten transistoreita käytetään usein lämpötila-antureina.

Meidän tapauksessamme koko lämpötilasäätimen toiminta perustuu tarkalleen tähän kaskadin "negatiiviseen" ominaisuuteen kiinteällä perusvirralla. Lämpötilansäätimen piiri on esitetty kuvassa 1.

Kuva 1. Termostaatin kaavio (kuvan napsauttaminen avaa järjestelmän suuremmassa mittakaavassa).

Lämpötila-anturi on koottu transistoriin VT1, tyyppi KT835B. Tämän kaskadin kuormitus on vastus R1 ja vastukset R2, R3 asetettu DC-transistorin toimintatila. Kiinteä esijännitys, joka mainittiin juuri edellä, asetetaan vastuksella R3 siten, että transistorin emitterin jännite huoneenlämpötilassa on noin 6,8 V. Tästä syystä tämän vastuksen nimeämisessä piirissä on tähdellä (*). Täällä ei tarvitse saavuttaa erityistä tarkkuutta, jos vain tämä jännite ei olisi paljon pienempi tai suurempi. Mittaukset tulisi tehdä suhteessa transistorin kollektoriin, joka on kytketty virtalähteen yhteiseen johtoon.

P-n-p-rakenteen KT835B transistoria ei valittu sattumalta: sen kollektori on kytketty kotelon metallilevyyn, jossa on aukko transistorin kiinnittämiseksi jäähdyttimeen. Tätä reikää varten transistori on kiinnitetty pieneen metallilevyyn, johon myös lyijylanka on kiinnitetty.

Tuloksena oleva anturi kiinnitetään lämmitysputkeen metallikiinnikkeillä. Koska, kuten jo todettiin, kollektori on kytketty virtalähteen yhteiseen johtoon, putken ja anturin väliin ei ole tarpeen asentaa eristävää tiivistettä, mikä yksinkertaistaa suunnittelua ja parantaa lämpökontaktia.

komparaattori

Lämpötilan asettamiseksi suoritetaan vertailu operaatiovahvistimeen OP1, tyyppi K140UD608. Vastuksen R5 kautta transistorin VT1 emitterin jännite syötetään sen invertoivaan tuloon ja muuttuvan vastuksen R7 moottorin jännite syötetään ei-invertoivaan tuloon vastuksen R6 kautta.

Tämä jännite asettaa lämpötilan, jossa kuorma irtoaa. Vastukset R8, R9 asettavat ylä- ja ala-alueen komparaattorin kynnyksen asettamiseksi ja siten lämpötilanhallinnan rajat. Vastuksen R4 käyttäminen aikaansaa vertailijan tarvittavan hystereesin.

Kuormituksen hallintalaite

Kuormanohjauslaite tehdään transistorille VT2 ja releelle Rel1. Tässä on osoitus termostaatin toimintatiloista. Nämä LEDit ovat HL1 punaisia ​​ja HL2 vihreitä. Punainen väri tarkoittaa lämmitystä ja vihreä väri, että asetettu lämpötila saavutetaan. Relekäämin Rel1 kanssa rinnan kytketty diodi VD1 suojaa transistoria VT2 itse induktiojännitteiltä, ​​joita relekelalla Rel1 tapahtuu sammutuksen yhteydessä.

Nykyaikaiset pienikokoiset releet mahdollistavat riittävän suurten virtojen kytkemisen. Esimerkki tällaisesta releestä on kuviossa 2 esitetty Tianbo-rele.

Kuva 2. Tianbo-pienikokoiset releet.

Kuten kuvasta voidaan nähdä, rele mahdollistaa virran kytkemisen 16A saakka, mikä mahdollistaa jopa 3 kW: n kuorman ohjaamisen. Tämä on suurin kuorma. Kosketinryhmän toiminnan helpottamiseksi hieman, kuormitustehon tulisi olla rajoitettu 2 ... 2,5 kW: iin. Tällaisia ​​releitä käytetään nykyisin erittäin laajasti auto- ja kodinkoneissa, esimerkiksi pesukoneissa. Samanaikaisesti releen mitat eivät ylitä tulitikkurasian kokoa!

Lämpötilansäätimen toiminta ja säätö

Kuten artikkelin alussa sanottiin, huoneenlämpötilassa VT1-transistorin emitterin jännite on noin 6,8 V, ja kun sitä lämmitetään 90 ° C: seen, jännite laskee 5,99 V: seen. Tällaisia ​​kokeita varten lämmittimeksi sopii pöytälamppu, jossa on metallinen lampunvarjostin. ja lämpötilan mittaamiseksi kiinalainen digitaalinen yleismittari, jossa on lämpöpari, esimerkiksi DT838.Jos kootun laitteen anturi on asennettu lampunvarjostimeen ja lamppu syttyy relekoskettimen kautta, niin on mahdollista tarkistaa kootun piirin toiminta sellaisessa kokoonpanossa.

Komparaattori toimii siten, että jos jännite käänteisen tulon (lämpötila-anturin jännite) kohdalla on suurempi kuin jännite ei-invertoinnin tulossa (lämpötilan asetusarvon jännite), jännite vertailijan ulostulossa on lähellä virtalähteen jännitettä, tässä tapauksessa sitä voidaan kutsua loogiseksi yksiköksi. Siksi transistorikytkin VT2 on auki, rele on kytketty päälle ja relekoskettimet sisältävät lämmityselementin.

Lämmitysjärjestelmän lämpeneessä myös lämpötila-anturi VT1 lämpenee. Sen emitterin jännite laskee lämpötilan noustessa, ja kun siitä tulee yhtä suuri tai melko pienempi kuin muuttuvan vastuksen R7 moottoriin asennettu jännite, komparaattori menee loogisen nollan tilaan, joten transistori lukittuu ja rele sammuu.

Lämmityselementistä katkaistaan ​​virta ja jäähdytin alkaa jäähtyä. Myös transistorianturi VT1 jäähtyy ja emitterin jännite nousee. Heti kun tämä jännite nousee yli vastuksen R7 asettaman, komparaattori siirtyy korkeaan tilaan, rele kytkeytyy päälle ja prosessi toistetaan uudelleen.

Jotain näyttöpiirin toiminnasta, tarkemmin sen elementtien tarkoituksesta. Punainen LED HL1 syttyy yhdessä relekelan Rel1 kanssa ja osoittaa, että lämmitysjärjestelmä kuumenee. Tällä hetkellä transistori VT2 on auki, ja HL2-LED-valo palaa diodin D2 läpi, vihreä valo ei pala.

Kun asetettu lämpötila on saavutettu, transistori sulkeutuu ja sammuttaa releen, ja sen mukana punaisen LEDin HL1. Samanaikaisesti suljettu transistori ei ohita enää HL2 LEDiä, joka syttyy. Diodi D2 on välttämätön, jotta HL1-merkkivalo ja sen kanssa rele ei voi syttyä HL2-merkkivalon kautta. Kaikki LEDit ovat sopivia, joten niiden tyyppiä ei ole määritelty. Diodeina D1, D2, laajalti käytetyt tuontidiodit 1N4007 tai kotimainen KD105B ovat varsin sopivia.

Termostaatin virtalähde

Piiri kuluttaa vähän virtaa, joten voit käyttää mitä tahansa kiinalaistyyppistä verkkolaitetta virtalähteenä tai koota stabiloitu 12 V: n tasasuuntaaja. Piirin virrankulutus on enintään 200mA, joten kaikki muuntajat, joiden teho on enintään 5W ja lähtöjännite 15 ... 17V, ovat sopivia.

Virtalähdepiiri on esitetty kuvassa 3. Diodesilta on valmistettu myös diodeille 1N4007, ja jännitesäädin on +12 V tyypin 7812 kiinteässä stabilisaattorissa. Virrankulutus on pieni, joten stabilointiainetta ei tarvitse asentaa jäähdyttimeen.

Kuva 3. Termostaatin virransyöttö.

Termostaatin rakenne on mielivaltainen, suurin osa osista on asennettu piirilevylle, on parempi, että myös virtalähde asennetaan sinne. Transistori-anturi on kytketty suojatulla kaksijohtimisella kaapelilla, kun taas transistorin kollektori on kytketty näytön kautta.

On toivottavaa, että kaapelin päässä on kolminapainen liitin, ja sen vastakappale levyllä. Voit myös asentaa pienikokoisen riviliittimen kortille, vaikka tämä ei ole yhtä kätevä kuin liitin. Tällainen yhteys helpottaa suuresti anturin ja koko laitteen asentamista käyttöpaikkaan.

Valmiit laitteet tulee asettaa muovikoteloon ja asentaa lämpötilan asetusvastus R7 ja LEDit HL1 ja HL2 ulkopuolelle. On parempi, että nämä osat juotetaan myös levylle ja niihin tehdään reikiä.

Kytkentä verkkoon ja lämmittimeen on kytketty liitäntänauhan kautta, joka tulee kiinnittää muovikotelon sisään. Koko laitteen suojaamiseksi kokonaisuutena kytkentä tulee tehdä PUE: n mukaisesti suojalaitteita käyttämällä.

Useita näistä termostaateista tehtiin, ja ne kaikki osoittivat lämpötilanhallinnan hyväksyttävän tarkkuuden ja erittäin suuren luotettavuuden, koska sellaisella piirin yksinkertaisuudella ei oikeastaan ​​ole mitään hajottavaa.

Boris Aladyshkin