Elektronisk termostat för oljekylare

En artikel om hur man byter ut en mekanisk temperaturregulator för en oljevärmningsradiator.

Ofta i vardagen måste du använda oljeradiatorer för uppvärmning. Som regel kommer sådana dagar på hösten, när det redan är ganska kallt ute, och allmänna verktyg har ingen brådska med att slå på centralvärme i lägenheter. Dessa radiatorer bränner inte syrgas, till skillnad från andra typer av elektriska uppvärmningsapparater.

Uppvärmningstemperaturen för sådana radiatorer ställs in med hjälp av en elektromekanisk styrenhet, vars grund är en bimetallisk platta - den styr funktionen av den mekaniska kontakten. Denna kontakt stänger av värmaren när den inställda temperaturen uppnås.

När en sådan regulator blir oanvändbar kan den inte repareras i nästan hundra procent av fallen. Det blir omöjligt att använda en kylare utan en temperaturregulator: antingen måste du manuellt slå på den med jämna mellanrum - stänga av den, eller sitta och vänta på att en brand inträffar. Halvledartemperaturregulatorn som beskrivs i den här artikeln hjälper till att bli av med denna situation.

Halvledartemperaturgivare

En särskild egenskap hos denna styrenhet är att den inte kräver temperaturkalibrering, eftersom den använder LM335AZ-sensorn, som redan är kalibrerad vid tillverkningen av tillverkaren.

Det finns flera typer av kalibrerade temperatursensorer, till exempel DS1621, DS1820 och några andra. Dessa sensorer ger temperaturavläsningar i digital form, så mätresultatet är endast tillgängligt mikrokontrollenhetersom kräver programmering.

Analog temperatursensor LM335AZ

LM335AZ-sensorn ger mätresultatet i analog form (spänning), som inte kräver användning av mikrokontroller och skrivprogram. Det räcker med att montera en enkel krets och enheten fungerar som avsett. Schemat för den beskrivna temperaturkontrollern visas i figur 1.

Bild 1. Termostat för oljekylaren.

Enligt driftsprincipen är LM335AZ en av varianterna av en halvledarstyrd zenerdiod, vars stabiliseringsspänning beror på omgivningstemperaturen. Denna egenskap är strikt standardiserad och uppgår till 10 mV / ° C. I detta fall är temperaturen för spänningskoefficient (TKN) positiv, det vill säga med en temperaturökning med varje grad ökar spänningen vid utgången från en sådan sensor med 10 mV.

Tillverkaren garanterar att när temperaturen ändras inom -40 ... + 100 ° C, är kännetecknen för sensorn linjär, och felet är inte mer än ± 1 ° C. En sådan noggrannhet är tillräckligt för att kontrollera värmarens temperatur. Det bör noteras separat att sådana parametrar uppnås vid en ström genom zenerdioden vid en nivå av 0,45 ... 5,0 mA.

LM335AZ-sensorer är kalibrerade på Kelvin-temperaturskala. För att överföra temperaturen från de grader Celsius som vi alla känner till, måste vi använda följande formel: t ° K = 273 + t ° C. Med tanke på den ovannämnda temperaturkoefficienten för sensorn 10 mV / ° C kommer spänningen i millivolt vid dess utgång att vara tio gånger högre än avläsningarna i grader.

Ett enkelt exempel: om i vårt rum väggtermometern visar 25 grader, kommer spänningen vid utgången från LM335AZ-sensorn att vara (273 + 25) * 10 = 2980 mV eller 2,98 V. Det är lätt att beräkna att om oljekylaren värms upp till 70 ° C spänningen vid utgången från LM335AZ-sensorn är (273 + 70) * 10 = 3430 mV eller 3,43 V. Det visar sig att för att skapa en termostat behöver du bara mäta spänningen vid sensorns utgång och jämföra den med referensspänningen, som ställer in värmetemperaturen.

Efter en så detaljerad undersökning av sensorn kan vi gå vidare till beskrivningen av kretsschemat för termostaten, som innehåller ett litet antal delar, är enkel att tillverka och kräver nästan ingen justering.

Termostat strömförsörjning

Strömförsörjningen för temperaturkontrollern monteras enligt det välkända schemat med en kylningskondensator. I diagrammet är detta C1. Parallellt installeras ett motstånd R1 genom vilket ovanstående kondensator kommer att urladdas efter att enheten har kopplats från nätverket.

Framför allt behövs denna urladdning vid installation och tillverkning av en temperaturregulator, - du måste hålla med om att det inte är särskilt trevligt att ta emot elektriska stötar, koppla in en kondensator som laddas till nätspänningen för glömska.

Motstånd R2 minskar inrushströmmen när den är ansluten till nätverket och fungerar som en säkring i nödsituationer. Dess effekt bör vara minst 1 watt. Vid lägre kapacitet brinner detta motstånd ut på grund av förstörelsen av det resistiva lagret även med en helt funktionell anordning.

Spänningen som korrigeras av bron med hjälp av Zener-dioden VD2 är begränsad till 12V, och kondensatorn C4 slätar ut sina krusningar. Kondensator C6 är utformad för att jämna ut pulserande och högfrekventa störningar från nätverket. Spänningen på 12 V används för att driva chipet - komparator, indikatorlampor HL1, HL2 och LED triac optokopplare U1.

Det andra stabiliseringssteget utförs på en integrerad stabilisator 78L05, som har en utgångsspänning +5 V. Denna spänning används för att driva temperatursensorn och erhålla en referensspänning vid komparatorns ingång. Stabiliteten för hela enheten som helhet beror på stabiliteten i denna spänning.

Temperaturgivaren VK1 får effekt från stabilisatorn DA2 genom motståndet R3. Spänningen från sensorn genom brusdämpningsfiltret R4, C2, R5 tillförs den icke-inverterande ingången 3 på komparatorn (komparatorn) DA1.1.

En referensspänning tillförs också komparatorns inverteringsingång 2 genom ett störningsdämpande filter R14, C3, R6, som ställer in värmetemperaturen.

Inställningen av enheten reduceras till att ställa in den spänning som sensorn kommer att mata ut vid den maximala inställda temperaturen med hjälp av avstämningsmotståndet R15 på vänster utgångskrets för motståndet R17. Om du begränsar uppvärmningen till 70 ° C motsvarar detta på Kelvin-skalan 343 ° K, så sensorspänningen blir 3, 43 V. Vid en temperatur, till exempel, 80 ° C, 3,53 V.

I sin tur bör spänningen i enlighet med den nedre änden av området ställas in på höger sida enligt utgångskretsen för motståndet R17. Denna inställning görs genom att välja motstånd R18. Motstånd R17 kan också ligga under felaktigt nominellt värde, vilket visas i diagrammet. Med tanke på att vid 0 ° C (vilket motsvarar 273 ° K) är sensorns spänning 2,73 V vid sensorns utgång, kan du använda förhållandet R17 / (3,43 - 2,73) = R18 / 2 för en ungefärlig beräkning av värdena på dessa motstånd. 73, varifrån det är lätt att beräkna motståndet för varje motstånd.

Principen för drift av kretsen

Nu några ord om hur kretsen fungerar. Spänningen från temperatursensorn tillförs den icke-inverterande ingången på komparatorn 3. Spänningen från motståndsmotorn R17 matas till inverteringsingången 2. Medan spänningen vid den icke-inverterande ingången är högre än vid den inverterande, är komparatorns utgångstransistor öppen, så att lysdioden för triac-optokopplaren U1 tänds. För att indikera optokopplarens öppna tillstånd används den röda lysdioden HL1. I sin tur också öppen triac VS1 och värmaren ansluten.

När radiatorn värms upp ökar spänningen vid VK1-sensorns utgång. Så snart denna spänning överskrider spänningen vid inverteringsingången stängs komparatorns utgångstransistor och optokopplarens LED slocknar - lasten stängs av.

Efter att kylaren har svalnat något kommer uppvärmningscykeln att upprepas igen.Hur mycket kylaren kyls på grund av bredden på hysteresslingan hos komparatorn, vilket beror på motståndet hos motståndet R7. Kondensator C5 förhindrar komparatorn från att upphetsas vid höga frekvenser.

LM2903N innehåller två komparatorer. Därför är det möjligt att montera en indikator på den andra komparatorn, som indikerar att uppvärmningen är klar och att det finns spänning i nätverket. Denna indikator är monterad på DA1.2 och den gröna lysdioden HL1, som tänds när värmaren stängs av.

Några ord om detaljerna. Motstånd R9, R12 är utformade för att tillhandahålla driftsätten för en optokopplare fotoelektrisk transistor, och kedjan R8, C9 är utformad för att undertrycka spänningsökningar på triac VS1. Den importerade triac som visas i diagrammet kan framgångsrikt ersättas av inhemska TS 112-16 eller TS 125-22. Med sådana triac är det möjligt att växla laster upp till 2,5 kW. För att installera dem behöver du en liten kylare, från vilken triacen ska isoleras med glimmer eller keramiska packningar.

Regulatorns utformning är godtycklig: om oljekylarens utformning tillåter det kan den installeras inuti. Du kan också skapa en termostat i form av en separat enhet. I det här fallet måste du naturligtvis lägga den i någon form av inhägnad. Lysdioderna HL1, HL2 och handtaget på det variabla motståndet R17 ska visas på utsidan av höljet, med vilket du kan justera värmetemperaturen till viss del. Lysdioderna HL1, HL2 kan vara av valfri typ, medan HL1 är grön och HL2 är röd.

Enheten är tillverkad på ett tryckt kretskort, en möjlig version visas i figur 2.

Bild 2. Termostatkretskort.

Följande typer av delar användes för installation på kartongen: inhemska oxidkondensatorer K50-35 eller importerade, filmkondensatorer C1 och C9 typ K73-17, de återstående småstora keramiska kondensatorerna. Oxidkondensatorer måste ha en tillåten temperatur på minst +105 ° C, vilket anges i fallet med kondensatorer.

Fasta motstånd typ MLT 0.125 eller importerade. Trimmermotstånd R1 typ СП5-28Б eller en annan flervarv - med dess hjälp kommer den övre gränsen för uppvärmningen att ställas in mer exakt.

Variabel motstånd R17 trådtyp PPB-3V. Syftet är att ställa in värmetemperaturen. Det är bäst att installera detta motstånd i stället för den gamla elektromekaniska regulatorn.

Om sensorn tillåter temperatursensorn LM335AZ bör installeras på den plats där den elektromekaniska sensorn tidigare installerades. I detta fall måste naturligtvis den gamla sensorn tas bort. Anslutningen av sensorn till det tryckta kretskortet görs bäst med ett tvinnat trådpar. Detta kommer att avsevärt minska effekten av störningar på driften av hela enheten som helhet.

När regulatorn är utformad som en separat enhet installeras lysdioderna HL1, HL2 direkt på kortet. Och om kortet kan döljas inuti värmaren måste du borra hål i värmarkroppen för att installera lysdioderna. Lysdioderna själva bör i detta fall placeras på en platta med isolerande material, till exempel glasfiber eller getinaks.

Det är enkelt att installera enheten. Först och främst bör du kontrollera installationen för att systemet uppfylls och frånvaron av fel i form av kretsvägar på brädet eller deras brott. Kontrollera därefter att det finns +12 V-spänning vid Zener-dioden VD1 och +5 V-spänningen vid utgången från DA2-stabilisatorn.

Efter dessa kontroller använder du trimningsmotståndet R15 för att ställa in spänningen på 3,43 V. på den vänstra utgångskretsen för det variabla motståndet R17. I detta fall bör du vara uppmärksam på LED-indikatorerna.

Alla mätningar ska utföras relativt kondensatorns C4 negativa terminal med en digital multimetertill exempel, skriv DT838 eller liknande.

Glöm inte att designen inte har galvanisk isolering från det elektriska nätverket. Därför måste du vara försiktig och försiktig, och det är bäst att använda en isoleringstransformator. Men kraften hos en sådan transformator räcker inte för att driva oljekylaren, så under igångkörningstiden (medan allt ligger på bordet och tillgängligt) kan värmeelementet ersättas med en konventionell glödlampa med en effekt på 25 ... 100 watt.

Temperaturgivaren under justeringsprocessen kan värmas helt enkelt med en lödkolv eller precis nämnda lampa. I detta fall kommer kontrollampan att slockna när den inställda temperaturen uppnås och tänds efter en viss kylning av sensorn. Graden av kylning av sensorn beror på komparatorns hysteres, såsom beskrivits ovan.

Boris Aladyshkin