Termostat pentru cazan electric

Descrierea unui circuit regulator de temperatură simplu și fiabil pentru un sistem de încălzire.

Iarna rusă este aspră și rece și toată lumea știe despre asta. Prin urmare, spațiile în care se află oamenii trebuie încălzite. Cel mai frecvent este încălzirea centrală sau cazanele individuale de gaz.

Adesea apar situații când nici unul, nici celălalt nu este disponibil: de exemplu, într-un câmp curat, există o cameră mică a unei stații de pompare a alimentării cu apă, iar șoferul este de serviciu în permanență. Poate fi, de asemenea, un turn de pază sau o cameră separată într-o clădire mare nelocuită. Există multe astfel de exemple.

În toate aceste cazuri, este necesar să se aranjeze încălzirea cu electricitate. Dacă încăperea este mică, atunci este posibil să se facă cu un calorifer electric umplut cu ulei convențional pentru uz casnic. Pentru o cameră mai mare, cu o suprafață de aproximativ 15 - 20 de metri pătrați, încălzirea cu apă este cel mai adesea amenajată folosind un calorifer sudat de la conducte, care este adesea numit registru.

Dacă lăsați lucrurile să se descurce singure și nu monitorizați temperatura apei, atunci mai devreme sau mai târziu, va fierbe pur și simplu, cazul se va termina în eșecul tuturor cazan electricÎn primul rând, elementul său de încălzire. Pentru a preveni un astfel de eveniment nefericit, temperatura de încălzire este controlată de un termostat.

Una din opțiunile posibile pentru un astfel de dispozitiv este propusă în acest articol. Desigur, iarna aceasta se termină deja, dar nu trebuie să uităm că saniile sunt cele mai bine pregătite vara.

Funcțional, dispozitivul poate fi împărțit în mai multe noduri: senzorul de temperatură în sine, comparare dispozitiv (comparator) și un dispozitiv de control al încărcării. Următoarele sunt o descriere a părților individuale, diagrama lor și principiul de funcționare.

Senzor de temperatură

O caracteristică distinctivă a designului descris este faptul că este utilizat ca senzor de temperatură tranzistor bipolar convențional, care vă permite să abandonați căutarea și achiziția termistori sau senzori de diferite tipuri, de exemplu TCM.

Funcționarea unui astfel de senzor se bazează pe faptul că, la fel ca toate dispozitivele cu semiconductor, parametrii tranzistoarelor depind în mare măsură de temperatura mediului. În primul rând, acesta este curentul invers al colectorului, care crește odată cu creșterea temperaturii, ceea ce afectează funcționarea, de exemplu, a etapelor de amplificare. Punctul lor de funcționare este deplasat astfel încât să apară distorsiuni semnificative ale semnalului, iar în viitor tranzistorul încetează pur și simplu să răspundă la semnalul de intrare.

Această situație este inerentă în principal în circuitele cu un curent de bază fix. Prin urmare, se folosesc circuite de cascadă cu tranzistor cu elemente de feedback care stabilizează funcționarea cascadei în ansamblu și, de asemenea, reduc efectul temperaturii asupra funcționării tranzistorului.

O astfel de dependență de temperatură este observată nu numai pentru tranzistoare, ci și pentru diode. Pentru a verifica acest lucru, utilizând un multimetru digital, este suficient să „suna” orice diodă în direcția înainte. De obicei, dispozitivul va arăta o cifră apropiată de 700. Aceasta este doar o cădere de tensiune directă pe dioda deschisă, pe care dispozitivul este afișat în milivolți. Pentru diodele de siliciu la o temperatură de 25 de grade Celsius, acest parametru este de aproximativ 700 mV, iar pentru diodele de germaniu aproximativ 300.

Dacă acum această diodă este ușor încălzită, cel puțin cu un fier de lipit, atunci această cifră va scădea treptat, de aceea se consideră că coeficientul de temperatură al tensiunii diodelor este -2mV / deg. Semnul minus în acest caz indică faptul că, odată cu creșterea temperaturii, tensiunea înainte a diodei va scădea.

Această dependență permite, de asemenea, utilizarea diodelor ca senzori de temperatură.Dacă tranzițiile tranzistorului „sună” cu același dispozitiv, rezultatele vor fi foarte similare, de aceea tranzistorii sunt adesea folosiți ca senzori de temperatură.

În cazul nostru, funcționarea întregului regulator de temperatură se bazează precis pe această proprietate „negativă” a cascadei cu un curent de bază fix. Circuitul regulatorului de temperatură este prezentat în figura 1.

Figura 1. Schema termostatului (făcând clic pe imagine se va deschide schema la o scară mai mare).

Senzorul de temperatură este montat pe un tranzistor VT1 tip KT835B. Sarcina acestei cascade este rezistența R1, iar rezistențele R2, R3 setate modul de operare a tranzistorului DC. Biasul fix, menționat chiar mai sus, este stabilit de rezistența R3, astfel încât tensiunea la emițătorul tranzistorului la temperatura camerei este de aproximativ 6,8 V. Prin urmare, un asterisc (*) este prezent în desemnarea acestui rezistor în circuit. Nu este necesar să se obțină o precizie specială aici, dacă numai această tensiune nu a fost cu mult mai mică sau mai mare. Măsurătorile trebuie făcute în raport cu colectorul tranzistorului, care este conectat la cablul comun al sursei de alimentare.

Tranzistorul structurii p-n-p KT835B nu a fost ales din întâmplare: colectorul său este conectat la o placă metalică a carcasei, care are o deschidere pentru montarea tranzistorului pe calorifer. Pentru această gaură, tranzistorul este atașat de o mică placă metalică, de care este atașat și firul de plumb.

Senzorul rezultat este atașat folosind cleme metalice la conducta de încălzire. Întrucât, după cum sa menționat deja, colectorul este conectat la cablul comun al sursei de alimentare, nu este necesară instalarea unei garnituri izolante între conductă și senzor, ceea ce simplifică designul și îmbunătățește contactul termic.

comparator

Pentru a seta temperatura, un comparator a fost realizat pe amplificatorul operațional OP1 tip K140UD608. Prin rezistența R5, tensiunea de la emițătorul tranzistorului VT1 este furnizată intrării sale inversoare, iar tensiunea de la motorul rezistenței variabile R7 este furnizată la intrarea care nu inversează prin rezistența R6.

Această tensiune stabilește temperatura la care se va deconecta sarcina. Rezistentele R8, R9 setează intervalul superior și inferior pentru stabilirea pragului comparatorului și, prin urmare, limitele controlului temperaturii. Utilizarea rezistorului R4 oferă histerezisul necesar al comparatorului.

Dispozitiv de control al încărcării

Dispozitivul de control al încărcării este realizat pe tranzistorul VT2 și releul Rel1. Iată o indicație a modurilor de funcționare a termostatului. Aceste LED-uri sunt HL1 roșu și HL2 verde. Culoarea roșie înseamnă încălzire, iar culoarea verde că temperatura atinsă este atinsă. Dioda VD1, conectată în paralel cu bobina releului Rel1, protejează tranzistorul VT2 de tensiunile de auto-inducție care apar pe bobina releului Rel1 în momentul opririi.

Releele moderne de dimensiuni mici permit comutarea curenților suficient de mari. Un exemplu de astfel de releu este releul Tianbo prezentat în figura 2.

Figura 2. Relee de dimensiuni mici Tianbo.

După cum se poate observa în figură, releul permite comutarea curentului până la 16A, ceea ce vă permite să controlați o sarcină de până la 3 kW. Aceasta este sarcina maximă. Pentru a facilita ușor funcționarea grupului de contact, puterea de încărcare ar trebui să fie limitată la 2 ... 2,5 kW. Astfel de relee sunt utilizate în prezent foarte larg în aparate de uz casnic și auto, de exemplu, în mașinile de spălat. În același timp, dimensiunile releului nu depășesc dimensiunea cutiei de chibrituri!

Funcționarea și reglarea regulatorului de temperatură

Așa cum s-a spus la începutul articolului, la temperatura camerei, tensiunea la emițătorul tranzistorului VT1 este de aproximativ 6,8 V, iar atunci când este încălzită la 90 ° C, tensiunea scade la 5,99 V. Pentru astfel de experimente, o lampă de masă cu abajur metalic este potrivită ca încălzitor. și pentru măsurarea temperaturii, un multimetru digital chinezesc cu termocuplu, de exemplu, DT838.Dacă senzorul dispozitivului asamblat este montat pe abajur și lampa este aprinsă prin contactul releului, atunci va fi posibilă verificarea funcționării circuitului asamblat într-o astfel de configurare.

Comparatorul funcționează în așa fel încât, dacă tensiunea la intrarea inversă (tensiunea senzorului de temperatură) este mai mare decât tensiunea la intrarea neinvertirii (tensiunea valorii de referință a temperaturii), tensiunea la ieșirea comparatorului este aproape de tensiunea sursei de alimentare, în acest caz poate fi denumită unitate logică. Prin urmare, comutatorul tranzistorului VT2 este deschis, releul este pornit, iar contactele releului includ un element de încălzire.

Pe măsură ce sistemul de încălzire se încălzește, senzorul de temperatură VT1 se încălzește și el. Tensiunea pe emițătorul său scade odată cu creșterea temperaturii, iar atunci când devine egală, sau mai degrabă puțin mai mică decât tensiunea instalată pe motorul rezistenței variabile R7, comparatorul trece într-o stare de zero logică, deci tranzistorul este blocat și releul este oprit.

Elementul de încălzire este energizat și radiatorul începe să se răcească. Senzorul tranzistorului VT1 se răcește și tensiunea de pe emițătorul său crește. Imediat ce această tensiune devine mai mare decât cea setată de rezistența R7, comparatorul trece într-o stare ridicată, releul se va porni și procesul se va repeta din nou.

Un pic despre funcționarea circuitului de afișare, mai exact, despre scopul elementelor sale. LED-ul roșu HL1 se aprinde împreună cu bobina releului Rel1 și indică faptul că sistemul de încălzire este încălzit. În acest moment, tranzistorul VT2 este deschis, iar LED-ul HL2 se retrage prin dioda D2, lumina verde este stinsă.

La atingerea temperaturii setate, tranzistorul se va închide și va opri releul, iar cu acesta LED-ul roșu HL1. În același timp, un tranzistor închis nu va mai ocoli LED-ul HL2, care se va aprinde. Dioda D2 este necesară, astfel încât LED-ul HL1 și, împreună cu acesta, releul să nu poată fi pornit prin LED-ul HL2. Orice leduri sunt potrivite, astfel încât tipul lor nu este specificat. Deoarece diodele D1, D2, diodele importate pe scară largă 1N4007 sau KD105B interne sunt destul de potrivite.

Alimentare termostat

Puterea consumată de circuit este mică, astfel încât puteți folosi orice adaptor de curent alternativ fabricat din China ca sursă de alimentare sau să asamblați un redresor stabilizat de 12 V. Consumul curent al circuitului nu este mai mare de 200mA, astfel încât orice transformator cu o putere de cel mult 5W și o tensiune de ieșire de 15 ... 17V este potrivit.

Circuitul de alimentare este prezentat în figura 3. Podul diodei este realizat și pe diode 1N4007, iar regulatorul de tensiune este de + 12V pe un stabilizator integral de tip 7812. Consumul de energie este mic, deci nu este necesar să instalați stabilizatorul pe radiator.

Figura 3. Alimentarea cu termostat.

Designul termostatului este arbitrar, majoritatea pieselor sunt montate pe o placă de circuit imprimat, este mai bine dacă alimentarea este alimentată și acolo. Senzorul tranzistorului este conectat folosind un cablu ecranat cu două fire, în timp ce colectorul tranzistorului este conectat printr-un ecran.

Este de dorit să existe un conector cu trei pini la capătul cablului și omologul său pe placă. Puteți instala, de asemenea, un bloc terminal de dimensiuni mici, deși acest lucru este mai puțin convenabil decât conectorul. O astfel de conexiune va facilita foarte mult instalarea senzorului și a întregului dispozitiv la locul de utilizare.

Dispozitivul finit trebuie plasat într-o carcasă din plastic și să instalați un rezistor de reglare a temperaturii R7 și ledurile HL1 și HL2 în exterior. Este mai bine dacă aceste piese sunt, de asemenea, lipite pe tablă și se fac găuri în carcasă pentru ele.

Conexiunea la rețeaua electrică și încălzitorul sunt conectate prin intermediul benzii terminale, care ar trebui fixate în interiorul carcasei din plastic. Pentru a proteja întregul dispozitiv, conexiunea trebuie făcută conform PUE, folosind echipamente de protecție.

Mai multe dintre aceste termostate au fost făcute și toate au arătat o acuratețe acceptabilă a controlului temperaturii, precum și o fiabilitate foarte mare, deoarece cu o astfel de simplitate a circuitului nu există nimic de rupere.

Boris Aladyshkin