Termostato electrónico para enfriador de aceite.

Un artículo sobre cómo reemplazar un regulador de temperatura mecánico de un radiador de calentamiento de aceite.

Muy a menudo en la vida cotidiana, debe usar radiadores de aceite para la calefacción. Como regla general, tales días llegan en otoño, cuando ya hace bastante frío afuera, y los servicios públicos no tienen prisa por encender la calefacción central en los apartamentos. Estos radiadores no queman oxígeno del aire a diferencia de otros tipos de aparatos eléctricos de calefacción.

La temperatura de calentamiento para tales radiadores se establece mediante un controlador electromecánico, cuya base es una placa bimetálica: controla el funcionamiento del contacto mecánico. Este contacto apaga el calentador cuando se alcanza la temperatura establecida.

Cuando dicho regulador queda inutilizable, no puede repararse en casi el cien por ciento de los casos. Se hace imposible usar un radiador sin un controlador de temperatura: o necesita encenderlo manualmente periódicamente, apagarlo o sentarse y esperar a que ocurra un incendio. El controlador de temperatura de semiconductores descrito en este artículo ayudará a deshacerse de esta situación.

Sensores de temperatura de semiconductores

Una característica distintiva de este controlador es que no requiere calibración de temperatura, ya que utiliza el sensor LM335AZ, calibrado ya en su fabricación por el fabricante.

Existen varios tipos de sensores de temperatura calibrados, por ejemplo DS1621, DS1820 y algunos otros. Estos sensores proporcionan lecturas digitales de temperatura, por lo que el resultado de la medición solo está disponible dispositivos microcontroladoresque requieren programación

Sensor de temperatura analógico LM335AZ

El sensor LM335AZ proporciona el resultado de la medición en forma analógica (voltaje), que no requiere el uso de microcontroladores y programas de escritura. Es suficiente ensamblar un circuito simple y el dispositivo funcionará según lo previsto. El esquema del controlador de temperatura descrito se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Termostato para el enfriador de aceite.

Según el principio de funcionamiento, el LM335AZ es una de las variedades de un diodo zener controlado por semiconductores, cuyo voltaje de estabilización depende de la temperatura ambiente. Esta característica está estrictamente estandarizada y asciende a 10 mV / ° C. En este caso, el coeficiente de voltaje de temperatura (TKN) es positivo, es decir, con un aumento de temperatura en cada grado, el voltaje a la salida de dicho sensor aumenta en 10 mV.

El fabricante garantiza que cuando la temperatura cambia dentro de -40 ... + 100 ° C, la característica del sensor es lineal y el error no es superior a ± 1 ° C. Tal precisión es suficiente para controlar la temperatura del calentador. Cabe señalar por separado que dichos parámetros se lograrán a una corriente a través del diodo zener a un nivel de 0.45 ... 5.0 mA.

Los sensores LM335AZ están calibrados en la escala de temperatura Kelvin. Para transferir la temperatura de los grados Celsius que todos conocemos, tendremos que usar la siguiente fórmula: t ° K = 273 + t ° C. Dado el coeficiente de temperatura antes mencionado del sensor de 10 mV / ° C, el voltaje en milivoltios a su salida será diez veces mayor que las lecturas en grados.

Un ejemplo simple: si en nuestra habitación el termómetro de pared muestra 25 grados, entonces el voltaje a la salida del sensor LM335AZ será (273 + 25) * 10 = 2980 mV o 2.98 V. Es fácil calcular eso si el enfriador de aceite se calienta a 70 ° C el voltaje en la salida del sensor LM335AZ será (273 + 70) * 10 = 3430 mV o 3.43 V. Resulta que para crear un termostato, solo necesita medir el voltaje en la salida del sensor y compararlo con el voltaje de referencia, que establece la temperatura de calentamiento.

Después de una consideración tan detallada del sensor, podemos proceder a la descripción del diagrama de circuito del termostato, que contiene una pequeña cantidad de piezas, es simple de fabricar y casi no requiere ajuste.

Fuente de alimentación del termostato

La fuente de alimentación para el controlador de temperatura se ensambla de acuerdo con el conocido esquema con un condensador de enfriamiento. En el diagrama, este es C1. En paralelo, se instala una resistencia R1 a través de la cual se descargará el condensador anterior después de desconectar el dispositivo de la red.

Sobre todo, esta descarga es necesaria al configurar y fabricar un regulador de temperatura. Debe estar de acuerdo en que no es muy agradable recibir descargas eléctricas, agarrando un condensador cargado a la tensión de red para olvidarlo.

La resistencia R2 reduce la corriente de entrada cuando está conectada a la red, y en situaciones de emergencia actúa como un fusible. Su potencia debe ser de al menos 1 vatio. A capacidades más bajas, esta resistencia se quema debido a la destrucción de la capa resistiva incluso con un dispositivo totalmente funcional.

El voltaje rectificado por el puente con la ayuda del diodo Zener VD2 está limitado a 12V, y el capacitor C4 suaviza sus ondas. El condensador C6 está diseñado para suavizar las interferencias pulsadas y de alta frecuencia provenientes de la red. El voltaje de 12 V se usa para alimentar el chip - comparador, LED indicadores HL1, HL2 y LED opiacacoplador triac U1.

La segunda etapa de estabilización se realiza en un estabilizador integrado 78L05, que tiene un voltaje de salida de +5 V. Este voltaje se utiliza para alimentar el sensor de temperatura y obtener un voltaje de referencia en la entrada del comparador. La estabilidad de todo el dispositivo en su conjunto depende de la estabilidad de este voltaje.

El sensor de temperatura VK1 recibe energía del estabilizador DA2 a través de la resistencia R3. El voltaje del sensor a través del filtro de supresión de ruido R4, C2, R5 se suministra a la entrada no inversora 3 del comparador (comparador) DA1.1.

También se aplica un voltaje de referencia a la entrada inversora 2 del comparador a través de un filtro de supresión de interferencia R14, C3, R6, que establece la temperatura de calentamiento.

La configuración del dispositivo se reduce a la configuración del voltaje que emitirá el sensor a la temperatura máxima establecida utilizando la resistencia de sintonización R15 en el circuito de salida izquierdo de la resistencia R17. Si limita el calentamiento a 70 ° C, entonces en la escala Kelvin esto corresponde a 343 ° K, por lo que el voltaje del sensor será de 3, 43 V. A una temperatura, por ejemplo, 80 ° C, 3.53 V.

A su vez, el voltaje de acuerdo con el extremo inferior del rango debe establecerse en el lado derecho de acuerdo con el circuito de salida de la resistencia R17. Este ajuste se realiza seleccionando la resistencia R18. La resistencia R17 también puede estar bajo las manos del valor nominal incorrecto, como se indica en el diagrama. Teniendo en cuenta que a 0 ° C (que corresponde a 273 ° K) el voltaje del sensor es 2.73 V, es posible utilizar la relación R17 / (3.43 - 2.73) = R18 / 2 para un cálculo aproximado de los valores de estas resistencias. 73, a partir del cual es fácil calcular la resistencia de cualquier resistencia.

El principio de funcionamiento del circuito.

Ahora unas pocas palabras sobre cómo funciona el circuito. El voltaje del sensor de temperatura se suministra a la entrada no inversora del comparador 3. El voltaje del motor de resistencia R17 se suministra a la entrada inversora 2. Mientras que el voltaje en la entrada no inversora es mayor que en la invertida, el transistor de salida del comparador está abierto, por lo que el LED del optoacoplador triac U1 se ilumina. Para indicar el estado abierto del optoacoplador, se utiliza el LED rojo HL1. A su vez también abierto triac VS1 y calentador conectados.

A medida que el radiador se calienta, el voltaje en la salida del sensor VK1 aumenta. Tan pronto como este voltaje exceda el voltaje en la entrada inversora, el transistor de salida del comparador se cierra y el LED del optoacoplador se apaga, la carga se apagará.

Después de que el radiador se enfríe un poco, el ciclo de calentamiento se repetirá nuevamente.Cuánto se enfría el radiador debido al ancho del circuito de histéresis del comparador, que depende de la resistencia de la resistencia R7. El condensador C5 evita que el comparador se excite a altas frecuencias.

El LM2903N contiene dos comparadores. Por lo tanto, es posible ensamblar un indicador en el segundo comparador, que indica que el calentamiento se ha completado y que hay voltaje en la red. Este indicador se ensambla en DA1.2 y el LED verde HL1, que se iluminará cuando se apague el calentador.

Algunas palabras sobre los detalles. Las resistencias R9, R12 están diseñadas para proporcionar los modos de operación de un transistor fotoeléctrico optoacoplador, y la cadena R8, C9 está diseñada para suprimir las sobretensiones en el triac VS1. El triac importado que se muestra en el diagrama se puede reemplazar con éxito por TS 112-16 o TS 125-22 nacionales. Con tales triacs, es posible cambiar cargas de hasta 2.5 kW. Para instalarlos, necesitará un pequeño radiador, del cual el triac debe aislarse con mica o juntas de cerámica.

El diseño del regulador es arbitrario: si el diseño del enfriador de aceite lo permite, puede instalarse en el interior. También puede hacer un termostato en forma de una unidad separada. En este caso, por supuesto, deberá colocarlo en algún tipo de recinto. Los LED HL1, HL2 y el mango de la resistencia variable R17 deben mostrarse en el exterior de la carcasa, con lo que puede ajustar la temperatura de calentamiento hasta cierto punto. Los LED HL1, HL2 pueden ser de cualquier tipo, mientras que HL1 es verde y HL2 es rojo.

El dispositivo está hecho en una placa de circuito impreso, cuya posible versión se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Placa de circuito del termostato.

Los siguientes tipos de piezas se utilizaron para la instalación en la placa: condensadores de óxido doméstico K50-35 o importados, condensadores de película C1 y C9 tipo K73-17, los condensadores cerámicos de tamaño pequeño restantes. Los condensadores de óxido deben tener una temperatura permisible de al menos +105 ° C, que se indica en el caso de los condensadores.

Resistencias fijas tipo MLT 0.125 o importadas. Resistencia de corte R1 tipo СП5-28Б u otro giro múltiple: con su ayuda, el límite superior de la calefacción se establecerá con mayor precisión.

Resistencia variable cable R17 tipo PPB-3V. Su propósito es establecer la temperatura de calentamiento. Es mejor instalar esta resistencia en lugar del viejo regulador electromecánico.

El sensor de temperatura LM335AZ, si el diseño del radiador lo permite, debe instalarse en el lugar donde se instaló previamente el sensor electromecánico. En este caso, el viejo sensor, por supuesto, tendrá que ser eliminado. La conexión del sensor a la placa de circuito impreso se realiza mejor con un par de cables trenzados. Esto reducirá significativamente el efecto de la interferencia en el funcionamiento de todo el dispositivo en su conjunto.

Cuando el regulador está diseñado como una unidad separada, los LED HL1, HL2 se instalan directamente en la placa. Y si la placa puede ocultarse dentro del calentador, entonces para instalar los LED, deberá perforar agujeros en el cuerpo del calentador. Los LED en este caso deben colocarse en una placa de material aislante, por ejemplo, fibra de vidrio o getinaks.

Configurar el dispositivo es fácil. En primer lugar, debe verificar que la instalación cumpla con el esquema y la ausencia de defectos en forma de rutas de circuito en la placa o su rotura. Después de eso, asegúrese de que haya un voltaje de +12 V en el diodo Zener VD1 y un voltaje de +5 V en la salida del estabilizador DA2.

Después de estas comprobaciones, utilice la resistencia de corte R15 para establecer el voltaje de 3,43 V en el circuito de salida izquierdo de la resistencia variable R17. Puede verificar el funcionamiento correcto del controlador girando la resistencia variable R17. En este caso, debe prestar atención a los indicadores LED.

Todas las mediciones deben llevarse a cabo en relación con el terminal negativo del condensador C4 usando un multímetro digitalpor ejemplo, escriba DT838 o similar.

No olvide que el diseño no tiene aislamiento galvánico de la red eléctrica. Por lo tanto, debe tener cuidado y cuidado, y es mejor usar un transformador de aislamiento. Pero la potencia de dicho transformador no es suficiente para alimentar el enfriador de aceite, por lo que para el momento de la puesta en marcha (mientras todo está sobre la mesa y accesible), el elemento calefactor puede reemplazarse por una bombilla convencional con una potencia de 25 ... 100 vatios.

El sensor de temperatura durante el proceso de ajuste puede calentarse simplemente con un soldador o con una lámpara mencionada. En este caso, la lámpara de control se apagará cuando se alcance la temperatura establecida y se encenderá después de un enfriamiento del sensor. El grado de enfriamiento del sensor depende de la histéresis del comparador, como se describió anteriormente.

Boris Aladyshkin