Ηλεκτρονικός θερμοστάτης για ψύκτη λαδιού

Ένα άρθρο σχετικά με τον τρόπο αντικατάστασης ενός μηχανικού ρυθμιστή θερμοκρασίας ενός θερμαντικού σώματος θέρμανσης λαδιού.

Πολύ συχνά στην καθημερινή ζωή πρέπει να χρησιμοποιείτε θερμαντικά σώματα λαδιού για θέρμανση. Κατά κανόνα, αυτές τις μέρες έρχονται το φθινόπωρο, όταν είναι ήδη αρκετά κρύο έξω, και οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας δεν βιάζονται να ενεργοποιήσουν την κεντρική θέρμανση σε διαμερίσματα. Αυτά τα θερμαντικά σώματα δεν καίγουν οξυγόνο αέρα, σε αντίθεση με άλλους τύπους ηλεκτρικών συσκευών θέρμανσης.

Η θερμοκρασία θέρμανσης για τέτοια θερμαντικά σώματα ρυθμίζεται με τη χρήση ηλεκτρομηχανικού ρυθμιστή, η βάση του οποίου είναι μια διμεταλλική πλάκα - ελέγχει τη λειτουργία της μηχανικής επαφής. Αυτή η επαφή σβήνει τον θερμαντήρα όταν επιτευχθεί η ρυθμισμένη θερμοκρασία.

Όταν ένας τέτοιος ρυθμιστής καθίσταται άχρηστος, δεν μπορεί να επισκευαστεί σε σχεδόν το 100% των περιπτώσεων. Είναι αδύνατο να χρησιμοποιήσετε ένα ψυγείο χωρίς ρυθμιστή θερμοκρασίας: είτε πρέπει να το ενεργοποιείτε με το χέρι περιοδικά - να το απενεργοποιήσετε ή να καθίσετε και να περιμένετε να συμβεί πυρκαγιά. Ο ελεγκτής θερμοκρασίας ημιαγωγού που περιγράφεται σε αυτό το άρθρο θα σας βοηθήσει να απαλλαγείτε από αυτή την κατάσταση.

Αισθητήρες θερμοκρασίας ημιαγωγού

Ένα ξεχωριστό χαρακτηριστικό αυτού του ελεγκτή είναι ότι δεν απαιτεί βαθμονόμηση θερμοκρασίας, καθώς χρησιμοποιεί τον αισθητήρα LM335AZ, ο οποίος έχει ήδη βαθμονομηθεί από τον κατασκευαστή κατά την κατασκευή του.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι βαθμονομημένων αισθητήρων θερμοκρασίας, για παράδειγμα DS1621, DS1820 και άλλοι. Αυτοί οι αισθητήρες παρέχουν μετρήσεις θερμοκρασίας σε ψηφιακή μορφή, έτσι ώστε το αποτέλεσμα μέτρησης να είναι διαθέσιμο μόνο μικροσυσκευέςπου απαιτούν προγραμματισμό.

Αναλογικό αισθητήρα θερμοκρασίας LM335AZ

Ο αισθητήρας LM335AZ παρέχει το αποτέλεσμα μέτρησης σε αναλογική μορφή (τάση), η οποία δεν απαιτεί τη χρήση μικροελεγκτών και προγραμμάτων εγγραφής. Αρκεί να συναρμολογηθεί ένα απλό κύκλωμα και η συσκευή θα λειτουργήσει όπως προβλέπεται. Το σχήμα του περιγραφόμενου ελεγκτή θερμοκρασίας φαίνεται στο σχήμα 1.

Σχήμα 1. Θερμοστάτης για τον ψύκτη λαδιού.

Σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας, το LM335AZ είναι μία από τις ποικιλίες μιας διόδου ζενέρ ελεγχόμενης από ημιαγωγό, η τάση σταθεροποίησης της οποίας εξαρτάται από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι αυστηρά τυποποιημένο και ανέρχεται σε 10 mV / ° C Σε αυτή την περίπτωση, ο συντελεστής θερμοκρασίας τάσης (TKN) είναι θετικός, δηλαδή, με αύξηση της θερμοκρασίας σε κάθε βαθμό, η τάση στην έξοδο ενός τέτοιου αισθητήρα αυξάνεται κατά 10 mV.

Ο κατασκευαστής εγγυάται ότι όταν η θερμοκρασία αλλάζει μέσα στους -40 ... + 100 ° C, το χαρακτηριστικό του αισθητήρα είναι γραμμικό και το σφάλμα δεν είναι μεγαλύτερο από ± 1 ° C. Η ακρίβεια αυτή είναι αρκετή για να ελέγξει τη θερμοκρασία του θερμαντήρα. Θα πρέπει να σημειωθεί ξεχωριστά ότι τέτοιες παράμετροι θα επιτευχθούν με ένα ρεύμα διαμέσου της διόδου zener σε στάθμη 0,45 ... 5,0 mA.

Οι αισθητήρες LM335AZ βαθμονομούνται σε κλίμακα θερμοκρασίας Kelvin. Για να μεταφέρουμε τη θερμοκρασία από τους βαθμούς Κελσίου γνωστό σε όλους μας, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τον ακόλουθο τύπο: t ° K = 273 + t ° C. Δεδομένου του προαναφερθέντος συντελεστή θερμοκρασίας του αισθητήρα 10 mV / ° C, η τάση σε millivolts στην έξοδο του θα είναι δέκα φορές υψηλότερη από τις μετρήσεις σε μοίρες.

Ένα απλό παράδειγμα: εάν στο δωμάτιο μας το θερμόμετρο τοίχου δείχνει 25 μοίρες, τότε η τάση στην έξοδο του αισθητήρα LM335AZ θα είναι (273 + 25) * 10 = 2980 mV ή 2,98 V. Είναι εύκολο να υπολογίσετε ότι αν ο ψύκτης λαδιού θερμαίνεται στους 70 ° C η τάση στην έξοδο του αισθητήρα LM335AZ θα είναι (273 + 70) * 10 = 3430 mV ή 3.43 V. Αποδεικνύεται ότι για τη δημιουργία ενός θερμοστάτη πρέπει απλά να μετρήσετε την τάση στην έξοδο του αισθητήρα και να το συγκρίνετε με την τάση αναφοράς, η οποία θέτει τη θερμοκρασία θέρμανσης.

Μετά από μια τέτοια λεπτομερή εξέταση του αισθητήρα, μπορούμε να προχωρήσουμε στην περιγραφή του κυκλωματικού διαγράμματος του θερμοστάτη, ο οποίος περιέχει ένα μικρό αριθμό εξαρτημάτων, είναι απλός στην κατασκευή και σχεδόν δεν απαιτεί προσαρμογή.

Τροφοδοσία θερμοστάτη

Η παροχή ρεύματος για τον ελεγκτή θερμοκρασίας συναρμολογείται σύμφωνα με το γνωστό σχήμα με έναν πυκνωτή απόσβεσης. Στο διάγραμμα αυτό είναι C1. Παράλληλα, εγκαθίσταται μια αντίσταση R1 μέσω της οποίας ο παραπάνω πυκνωτής θα αποφορτιστεί μετά την αποσύνδεση της συσκευής από το δίκτυο.

Πάνω απ 'όλα, αυτή η απαλλαγή είναι απαραίτητη κατά την εγκατάσταση και την κατασκευή ενός ρυθμιστή θερμοκρασίας, - πρέπει να συμφωνείτε ότι δεν είναι πολύ ευχάριστο να δέχεστε ηλεκτρικούς κλονισμούς, κρατώντας έναν πυκνωτή φορτισμένο στην τάση του ρεύματος για ξεχασμό.

Ο αντιστάτης R2 μειώνει το ρεύμα εισόδου όταν είναι συνδεδεμένο στο δίκτυο και σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης λειτουργεί ως ασφάλεια. Η ισχύς του θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 1 βατ. Σε χαμηλότερες χωρητικότητες, αυτή η αντίσταση καίγεται εξαιτίας της καταστροφής του στρώματος αντίστασης ακόμη και με μια πλήρως λειτουργική συσκευή.

Η τάση που διορθώνεται από τη γέφυρα με τη βοήθεια της διόδου Zener VD2 περιορίζεται στα 12V και ο πυκνωτής C4 εξομαλύνει τις κυματιστές του. Ο πυκνωτής C6 έχει σχεδιαστεί για να εξομαλύνει τις παλμικές και υψηλής συχνότητας παρεμβολές που προέρχονται από το δίκτυο. Η τάση των 12 V χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία του chip - συγκριτή, ενδεικτικές λυχνίες LED HL1, HL2 και τρισδιάστατο optocoupler U1.

Το δεύτερο στάδιο σταθεροποίησης εκτελείται σε έναν ενσωματωμένο σταθεροποιητή 78L05, ο οποίος έχει τάση εξόδου + 5 V. Αυτή η τάση χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία του αισθητήρα θερμοκρασίας και για την απόκτηση μιας τάσης αναφοράς στην είσοδο του συγκριτή. Η σταθερότητα ολόκληρης της συσκευής ως συνόλου εξαρτάται από τη σταθερότητα αυτής της τάσης.

Ο αισθητήρας θερμοκρασίας VK1 λαμβάνει ισχύ από τον σταθεροποιητή DA2 μέσω της αντίστασης R3. Η τάση από τον αισθητήρα διαμέσου του φίλτρου καταστολής θορύβου R4, C2, R5 τροφοδοτείται στην είσοδο μη αντιστροφής 3 του συγκριτή DA1.1.

Μια τάση αναφοράς εφαρμόζεται επίσης στην είσοδο αναστροφής 2 του συγκριτή μέσω ενός φίλτρου καταστολής παρεμβολών R14, C3, R6, το οποίο καθορίζει τη θερμοκρασία θέρμανσης.

Η ρύθμιση της συσκευής μειώνεται στη ρύθμιση της τάσης που θα εκπέμπει ο αισθητήρας στη μέγιστη ρυθμισμένη θερμοκρασία χρησιμοποιώντας την αντίσταση συντονισμού R15 στο αριστερό κύκλωμα εξόδου της αντίστασης R17. Εάν περιορίσετε τη θέρμανση στους 70 ° C, τότε στην κλίμακα Kelvin αυτό αντιστοιχεί σε 343 ° K, οπότε η τάση του αισθητήρα θα είναι 3, 43 V. Σε θερμοκρασία, για παράδειγμα, 80 ° C, 3,53 V.

Με τη σειρά του, η τάση σύμφωνα με το κάτω άκρο της περιοχής πρέπει να ρυθμιστεί στη δεξιά πλευρά σύμφωνα με το κύκλωμα εξόδου της αντίστασης R17. Αυτή η ρύθμιση γίνεται επιλέγοντας την αντίσταση R18. Ο αντιστάτης R17 μπορεί επίσης να είναι κάτω από τα χέρια μιας λανθασμένης ονομαστικής τιμής, όπως υποδεικνύεται στο διάγραμμα. Λαμβάνοντας υπόψη ότι σε 0 ° C (που αντιστοιχεί σε 273 ° K), η τάση του αισθητήρα είναι 2,73 V στην έξοδο του αισθητήρα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον λόγο R17 / (3,43 - 2,73) = R18 / 2 για έναν υπολογισμό των τιμών αυτών των αντιστάσεων. 73, από την οποία είναι εύκολο να υπολογίσετε την αντίσταση οποιουδήποτε αντιστάτη.

Η αρχή της λειτουργίας του κυκλώματος

Τώρα μερικά λόγια για το πώς λειτουργεί το κύκλωμα. Η τάση από τον αισθητήρα θερμοκρασίας τροφοδοτείται στην είσοδο μη αντιστροφής του συγκριτή 3. Η τάση από τον κινητήρα αντίστασης R17 τροφοδοτείται στην είσοδο αναστροφής 2. Ενώ η τάση στην είσοδο μη αντιστροφής είναι υψηλότερη από την αντίστροφη, το τρανζίστορ εξόδου του συγκριτή είναι ανοιχτό, έτσι φωτίζεται το LED του οπτικού συζεύκτη U1. Για την ένδειξη της ανοικτής κατάστασης του οπτικού συζεύκτη, χρησιμοποιείται το κόκκινο LED HL1. Με τη σειρά του ανοίγει επίσης τριακ VS1 και συνδεδεμένος θερμαντήρας.

Καθώς το θερμαντικό σώμα θερμαίνεται, αυξάνεται η τάση στην έξοδο του αισθητήρα VK1. Μόλις η τάση αυτή υπερβεί την τάση στην αντιστρεπτή είσοδο, το τρανζίστορ εξόδου του συγκριτή κλείνει και η λυχνία LED οπτικού συζεύκτη σβήνει - το φορτίο θα σβήσει.

Αφού το ψυγείο κρυώσει κάπως, ο κύκλος θέρμανσης θα επαναληφθεί ξανά.Πόσο ψυγείο ψύχεται λόγω του πλάτους του βρόχου υστέρησης του συγκριτή, το οποίο εξαρτάται από την αντίσταση της αντίστασης R7. Ο πυκνωτής C5 εμποδίζει τον συγκριτή να διεγείρεται σε υψηλές συχνότητες.

Το LM2903N περιέχει δύο συγκριτές. Ως εκ τούτου, είναι δυνατή η συναρμολόγηση ενός δείκτη στο δεύτερο συγκριτή, υποδεικνύοντας ότι η θέρμανση είναι πλήρης και ότι υπάρχει τάση στο δίκτυο. Αυτή η ένδειξη συναρμολογείται στο DA1.2 και στην πράσινη λυχνία LED HL1, η οποία ανάβει όταν η θερμάστρα είναι απενεργοποιημένη.

Λίγα λόγια για τις λεπτομέρειες. Οι αντιστάτες R9, R12 έχουν σχεδιαστεί για να παρέχουν τους τρόπους λειτουργίας ενός φωτοηλεκτρικού τρανζίστορ οπτικού συζεύκτη και η αλυσίδα R8, C9 έχει σχεδιαστεί για να καταστέλλει τις υπερτάσεις τάσης στο triac VS1. Το εισαγόμενο τρίακ που φαίνεται στο διάγραμμα μπορεί να αντικατασταθεί επιτυχώς από τα οικιακά TS 112-16 ή TS 125-22. Με τέτοια triacs, είναι δυνατόν να μεταφέρετε τα φορτία έως 2.5 kW. Για να τα εγκαταστήσετε, θα χρειαστείτε ένα μικρό ψυγείο, από το οποίο θα πρέπει να απομονωθεί το τριακ με μαρμαρυγία ή κεραμικά παρεμβύσματα.

Ο σχεδιασμός του ρυθμιστή είναι αυθαίρετος: αν το επιτρέπει ο σχεδιασμός του ψύκτη λαδιού, τότε μπορεί να εγκατασταθεί μέσα. Μπορείτε επίσης να φτιάξετε έναν θερμοστάτη με τη μορφή ξεχωριστής μονάδας. Σε αυτή την περίπτωση, φυσικά, θα πρέπει να το βάλετε σε κάποιο περίβλημα. Τα LED HL1, HL2 και η λαβή της μεταβλητής αντίστασης R17 πρέπει να εμφανίζονται στην εξωτερική πλευρά της θήκης, με την οποία μπορείτε να ρυθμίσετε τη θερμοκρασία θέρμανσης σε κάποιο βαθμό. Τα LED HL1, HL2 μπορεί να είναι οποιουδήποτε τύπου, ενώ η HL1 είναι πράσινη και η HL2 είναι κόκκινη.

Η συσκευή κατασκευάζεται σε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος, μια πιθανή εκδοχή της οποίας φαίνεται στο σχήμα 2.

Σχήμα 2. Πίνακας κυκλώματος θερμοστάτη.

Οι ακόλουθοι τύποι εξαρτημάτων χρησιμοποιήθηκαν για την τοποθέτηση στον πίνακα: οι εγχώριοι πυκνωτές οξειδίου K50-35 ή οι εισαγόμενοι πυκνωτές μεμβράνης C1 και C9 τύπου K73-17, οι υπόλοιποι κεραμικοί πυκνωτές μικρού μεγέθους. Οι πυκνωτές οξειδίου πρέπει να έχουν επιτρεπόμενη θερμοκρασία τουλάχιστον + 105 ° C, η οποία αναφέρεται στο σώμα των πυκνωτών.

Σταθερές αντιστάσεις τύπου MLT 0.125 ή εισαγόμενες. Αντίσταση τριψίματος R1 τύπου СΠ5-28Β ή άλλη πολλαπλή περιστροφή - με τη βοήθεια του, το ανώτερο όριο της θέρμανσης θα ρυθμιστεί με μεγαλύτερη ακρίβεια.

Μεταβλητή αντίσταση R17 σύρμα τύπου PPB-3V. Ο σκοπός του είναι να ρυθμίσει τη θερμοκρασία θέρμανσης. Είναι καλύτερο να εγκαταστήσετε αυτήν την αντίσταση στη θέση του παλιού ηλεκτρομηχανικού ρυθμιστή.

Ο αισθητήρας θερμοκρασίας LM335AZ, αν το επιτρέπει ο σχεδιασμός του ψυγείου, πρέπει να εγκατασταθεί στον τόπο εγκατάστασης του ηλεκτρομηχανικού αισθητήρα. Σε αυτή την περίπτωση, ο παλιός αισθητήρας, φυσικά, θα πρέπει να αφαιρεθεί. Η σύνδεση του αισθητήρα με την πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος γίνεται καλύτερα με συστρεφόμενο ζεύγος καλωδίων. Αυτό θα μειώσει σημαντικά την επίδραση παρεμβολών στη λειτουργία ολόκληρης της συσκευής στο σύνολό της.

Όταν ο ρυθμιστής έχει σχεδιαστεί ως ξεχωριστή μονάδα, τα LED HL1, HL2 εγκαθίστανται απευθείας στον πίνακα. Και αν ο πίνακας μπορεί να κρυφτεί μέσα στο θερμαντήρα, τότε για να εγκαταστήσετε τα LED, θα πρέπει να τρυπήσετε οπές στο σώμα του θερμαντήρα. Οι ίδιες οι λυχνίες LED θα πρέπει να τοποθετηθούν σε μια πλάκα από μονωτικό υλικό, για παράδειγμα, υαλοβάμβακα ή getinaks.

Η ρύθμιση της συσκευής είναι εύκολη. Πρώτα απ 'όλα, θα πρέπει να ελέγξετε την εγκατάσταση για συμμόρφωση με το σχέδιο και την απουσία ελαττωμάτων υπό μορφή βραχυκυκλώματος των γραμμών στο σκάφος ή τη θραύση τους. Στη συνέχεια, βεβαιωθείτε ότι υπάρχει τάση +12 V στη δίοδο Zener VD1 και τάση + 5 V στην έξοδο του σταθεροποιητή DA2.

Μετά από αυτούς τους ελέγχους, χρησιμοποιήστε την αντίσταση κοπής R15 για να ρυθμίσετε την τάση 3.43 V στο αριστερό κύκλωμα εξόδου της μεταβλητής αντίστασης R17 Μπορείτε να επαληθεύσετε τη σωστή λειτουργία του ελεγκτή περιστρέφοντας τη μεταβλητή αντίσταση R17. Σε αυτή την περίπτωση, θα πρέπει να δώσετε προσοχή στους δείκτες LED.

Όλες οι μετρήσεις πρέπει να πραγματοποιηθούν σε σχέση με τον αρνητικό ακροδέκτη του πυκνωτή C4 χρησιμοποιώντας ένα ψηφιακό πολύμετρογια παράδειγμα, τύπου DT838 ή τα παρόμοια.

Μην ξεχνάτε ότι ο σχεδιασμός δεν έχει γαλβανική απομόνωση από το ηλεκτρικό δίκτυο. Ως εκ τούτου, πρέπει να είστε προσεκτικοί και προσεκτικοί, και είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε έναν μετασχηματιστή απομόνωσης. Αλλά η ισχύς ενός τέτοιου μετασχηματιστή δεν αρκεί για να τροφοδοτήσει τον ψύκτη λαδιού, οπότε για το χρόνο θέσης σε λειτουργία (ενώ όλα βρίσκονται στο τραπέζι και είναι προσβάσιμα), το στοιχείο θέρμανσης μπορεί να αντικατασταθεί από συμβατικό λαμπτήρα ισχύος 25 ... 100 watts.

Ο αισθητήρας θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ρύθμισης μπορεί να θερμανθεί απλά με συγκολλητικό σίδερο ή μόλις αναφερθείσα λυχνία. Σε αυτή την περίπτωση, η λυχνία ελέγχου θα σβήσει όταν επιτευχθεί η ρυθμισμένη θερμοκρασία και ανάβει μετά από κάποια ψύξη του αισθητήρα. Ο βαθμός ψύξης του αισθητήρα εξαρτάται από την υστέρηση του συγκριτή, όπως περιγράφηκε παραπάνω.

Μπόρις Aladyshkin