Elektroninen termostaatti öljynjäähdyttimelle

Artikkeli öljylämmityspatterin mekaanisen lämpötilansäätimen vaihtamisesta.

Melko usein jokapäiväisessä elämässä joudut käyttämään öljypattereita lämmitykseen. Sellaisia ​​päiviä tulee yleensä syksyllä, jolloin ulkona on jo melko kylmä, ja yleishyödylliset laitokset eivät kiirehdi asettamaan keskuslämmitystä huoneistoihin. Nämä patterit eivät polta ilman happea, toisin kuin muun tyyppiset sähkölämmityslaitteet.

Tällaisten pattereiden lämmityslämpötila säädetään sähkömekaanisella säätimellä, jonka perusta on bimetallilevy - se ohjaa mekaanisen koskettimen toimintaa. Tämä kontakti sammuttaa lämmittimen, kun asetettu lämpötila saavutetaan.

Kun tällainen säädin tulee käyttökelvottomaksi, sitä ei voida korjata lähes sataprosenttisesti. Jäähdyttimen käyttäminen on mahdotonta ilman lämpötilansäädintä: joko se on kytkettävä manuaalisesti päälle säännöllisesti - kytke se pois päältä, tai istukaa odottamaan tulipalon syntymistä. Tässä artikkelissa kuvattu puolijohteen lämpötilansäädin auttaa päästä eroon tästä tilanteesta.

Puolijohteiden lämpötila-anturit

Tämän ohjaimen erottuva ominaisuus on, että se ei vaadi lämpötilan kalibrointia, koska se käyttää LM335AZ-anturia, joka on kalibroitu jo valmistajan valmistaessa.

Kalibroituja lämpötila-antureita on useita tyyppejä, esimerkiksi DS1621, DS1820 ja jotkut muut. Nämä anturit tarjoavat lämpötilalukemat digitaalisessa muodossa, joten mittaustulos on saatavana vain mikrokontrollerilaitteetjotka vaativat ohjelmoinnin.

Analoginen lämpötila-anturi LM335AZ

LM335AZ-anturi antaa mittaustuloksen analoginen muoto (jännite), joka ei vaadi mikro-ohjaimien ja kirjoitusohjelmien käyttöä. Riittää, kun kootaan yksinkertainen piiri ja laite toimii suunnitellulla tavalla. Kuvatun lämpötilasäätimen kaavio on esitetty kuvassa 1.

Kuva 1. Öljynjäähdyttimen termostaatti.

Toimintaperiaatteen mukaan LM335AZ on yksi puolijohdeohjatun zener-diodin muodoista, jonka stabilointijännite riippuu ympäristön lämpötilasta. Tämä ominaisuus on tiukasti standardisoitu ja on 10 mV / ° C. Tässä tapauksessa jännitteen lämpötilakerroin (TKN) on positiivinen, ts. Lämpötilan noustessa jokaisella asteella jännite tällaisen anturin ulostulossa kasvaa 10 mV.

Valmistaja takaa, että lämpötilan muuttuessa -40 ... + 100 ° C: seen anturin ominaispiirteet ovat lineaariset ja virhe on enintään ± 1 ° C. Tällainen tarkkuus on aivan riittävä lämmittimen lämpötilan säätämiseen. Erikseen on huomattava, että tällaiset parametrit saavutetaan Zener-diodin läpi kulkevalla virralla tasolla 0,45 ... 5,0 mA.

LM335AZ-anturit kalibroidaan Kelvin-lämpötila-asteikolla. Lämpötilan siirtämiseksi meille kaikille tutuista celsiusasteista on käytettävä seuraavaa kaavaa: t ° K = 273 + t ° C. Kun anturin edellä mainittu lämpötilakerroin on 10 mV / ° C, jännite millivoltteina sen ulostulossa on kymmenen kertaa suurempi kuin lukemat asteina.

Yksinkertainen esimerkki: jos huoneessamme seinälämpömittari näyttää 25 astetta, jännite LM335AZ-anturin ulostulossa on (273 + 25) * 10 = 2980 mV tai 2,98 V. On helppo laskea, että jos öljynjäähdytin lämmitetään 70 ° C: seen. jännite LM335AZ-anturin ulostulossa on (273 + 70) * 10 = 3430 mV tai 3,43 V. Termostaatin luomiseksi sinun on vain mitattava anturin lähdössä oleva jännite ja verrattava sitä vertailujännitteeseen, joka asettaa lämmityslämpötilan.

Sen jälkeen kun anturi on tutkittu yksityiskohtaisesti, voimme edetä termostaatin piirikaavion kuvaukseen, joka sisältää pienen määrän osia, on helppo valmistaa eikä vaadi melkein mitään säätöä.

Termostaatin virtalähde

Lämpötilansäätimen tehonsyöttö kootaan tunnetun kaavion mukaisesti sammutuskondensaattorilla. Kaaviossa tämä on C1. Samanaikaisesti asennetaan vastus R1, jonka kautta yllä oleva kondensaattori purkautuu laitteen irrottamisen jälkeen verkosta.

Tätä purkausta tarvitaan ennen kaikkea lämpötilansäätimen asettamisessa ja valmistamisessa. - Sinun on hyväksyttävä, että sähköiskujen saaminen, joka katkaisee verkkojännitteeseen ladatun kondensaattorin unohduksesta, ei ole kovin miellyttävää.

Vastus R2 vähentää tunkeutumisvirtaa verkkoon kytkettäessä ja toimii hätätilanteissa sulakeena. Sen tehon tulisi olla vähintään 1 wattia. Pienemmillä kapasiteeteilla tämä vastus palaa resistiivisen kerroksen tuhoutumisen vuoksi jopa täysin toimivan laitteen kanssa.

Sillan Zener-diodin VD2 avulla tasasuorittama jännite on rajoitettu 12 V: iin, ja kondensaattori C4 tasoittaa värinän. Kondensaattori C6 on suunniteltu tasoittamaan verkosta tulevia pulssi- ​​ja korkeataajuisia häiriöitä. Sirun virrankäyttöön käytetään 12 V jännitettä - komparaattori, merkkivalot HL1, HL2 ja LED triac-optoerotin U1.

Toinen stabilointivaihe suoritetaan integroidulle stabilisaattorille 78L05, jonka lähtöjännite on +5 V. Tätä jännitettä käytetään lämpötila-anturin virran saamiseksi ja vertailujännitteen saamiseksi vertailijan tuloon. Koko laitteen stabiilisuus riippuu tämän jännitteen vakaudesta.

Lämpötila-anturi VK1 vastaanottaa tehoa stabilisaattorilta DA2 vastuksen R3 kautta. Anturin jännite kohinanvaimentimen R4, C2, R5 kautta syötetään vertailijan (vertailijan) DA1.1 ei-invertoivaan tuloon 3.

Vertailujännitettä johdetaan myös vertailijan käänteistuloon 2 häiriönvaimentimen R14, C3, R6 kautta, joka asettaa lämmityslämpötilan.

Laitteen asettaminen pienenee sen jännitteen asettamiseen, jonka anturi tuottaa enimmäislämpötilassa viritysvastuksen R15 avulla vastuksen R17 vasemmassa lähtöpiirissä. Jos rajaat lämmityksen 70 ° C: seen, Kelvin-asteikolla tämä vastaa 343 ° K, joten anturin jännite on 3, 43 V. Esimerkiksi lämpötilassa 80 ° C, 3,53 V.

Vaihteen alajännitteen mukainen jännite tulisi puolestaan ​​asettaa oikealle puolelle vastuksen R17 lähtöpiirin mukaan. Tämä asetus tehdään valitsemalla vastus R18. Vastus R17 voi myös olla väärän nimellisarvon käsissä, kuten kaaviossa on osoitettu. Ottaen huomioon, että lämpötilassa 0 ° C (mikä vastaa 273 ° K) anturin jännite on 2,73 V anturin lähdössä, voit käyttää suhdetta R17 / (3,43 - 2,73) = R18 / 2 näiden vastusten arvojen likimääräiseksi laskemiseksi. 73, josta on helppo laskea minkä tahansa vastuksen resistanssi.

Piirin toimintaperiaate

Nyt muutama sana piirin toiminnasta. Lämpötila-anturin jännite syötetään vertailijan 3 ei-invertoivaan tuloon. Vastuksen moottorin R17 jännite syötetään invertointituloon 2. Vaikka jännite ei-invertoivassa tulossa on korkeampi kuin invertoivassa, komparaattorin lähtötransistori on auki, joten triac-optoerottimen U1 LED palaa. Osoittimen avoimen tilan ilmaisemiseksi käytetään punaista LED HL1. Vuorostaan ​​myös auki triac VS1 ja lämmitin kytketty.

Jäähdyttimen lämpeneessä VK1-anturin lähdössä jännite kasvaa. Heti kun tämä jännite ylittää käänteisen tulon jännitteen, komparaattorin lähtötransistori sulkeutuu ja optoerottimen LED sammuu - kuorma sammuu.

Kun jäähdytin on jonkin verran jäähtynyt, lämmityssykli toistetaan uudelleen.Kuinka paljon jäähdytin jäähtyy vertailijan hystereesisilmukan leveyden vuoksi, mikä riippuu vastuksen R7 vastuksesta. Kondensaattori C5 estää vertailijan kiihtymistä korkeilla taajuuksilla.

LM2903N sisältää kaksi vertailuainetta. Siksi on mahdollista koota indikaattori toiseen komparaattoriin, joka osoittaa, että lämmitys on valmis ja että verkossa on jännitettä. Tämä merkkivalo on koottu DA1.2: een ja vihreä LED HL1, joka syttyy, kun lämmitin kytketään pois päältä.

Muutama sana yksityiskohdista. Vastukset R9, R12 on suunniteltu tarjoamaan optoerottimen valosähköisen transistorin toimintatilat, ja ketju R8, C9 on suunniteltu vaimentamaan jännitteen nousua triacilla VS1. Kaavion mukainen tuotu triac voidaan korvata onnistuneesti kotimaisella TS 112-16 tai TS 125-22. Tällaisilla triaseilla on mahdollista vaihtaa kuormitusta jopa 2,5 kW: iin. Niiden asentamiseen tarvitaan pieni jäähdytin, josta triac tulisi eristää kiillellä tai keraamisilla tiivisteillä.

Säätimen suunnittelu on mielivaltainen: jos öljynjäähdyttimen suunnittelu sallii, se voidaan asentaa sisälle. Voit myös valmistaa termostaatin erillisenä yksikönä. Tässä tapauksessa sinun on tietysti asetettava se jonkinlaiseen koteloon. LED-merkkivalot HL1, HL2 ja muuttuvan vastuksen R17 kahva tulisi näkyä kotelon ulkopuolella, jolla voit säätää lämmityslämpötilaa jossain määrin. LEDit HL1, HL2 voivat olla mitä tahansa tyyppiä, kun taas HL1 on vihreä ja HL2 on punainen.

Laite on valmistettu piirilevylle, jonka mahdollinen versio on esitetty kuvassa 2.

Kuva 2. Termostaatin piirilevy.

Asennukseen levylle käytettiin seuraavan tyyppisiä osia: kotioksidikondensaattorit K50-35 tai maahantuodut, kalvokondensaattorit C1 ja C9 tyypit K73-17, loput pienikokoiset keraamiset kondensaattorit. Oksidikondensaattorien sallitun lämpötilan on oltava vähintään +105 ° C, mikä on osoitettu kondensaattoreille.

Kiinteät vastukset, tyyppi MLT 0,125 tai tuodut. Trimmerivaste R1, tyyppi СП5-28Б tai muu monikierros - sen avulla lämmityksen yläraja asetetaan tarkemmin.

Vaihteleva vastus R17-lanka, tyyppi PPB-3V. Sen tarkoituksena on asettaa lämmityslämpötila. Tämä vastus on parasta asentaa vanhan sähkömekaanisen säätimen tilalle.

Lämpötila-anturi LM335AZ, mikäli jäähdyttimen malli sallii, tulee asentaa paikkaan, johon sähkömekaaninen anturi oli aiemmin asennettu. Tässä tapauksessa vanha anturi on tietysti poistettava. Anturin kytkeminen piirilevyyn on parasta tehdä kierretyillä johdinparilla. Tämä vähentää merkittävästi häiriöiden vaikutusta koko laitteen toimintaan kokonaisuutena.

Kun säädin on suunniteltu erilliseksi yksiköksi, ledit HL1, HL2 asennetaan suoraan levylle. Ja jos levy voidaan piilottaa lämmittimen sisään, ledien asentamiseksi joudut poraamaan reikiä lämmittimen runkoon. Itse ledit tässä tapauksessa tulee sijoittaa eristysmateriaalilevylle, esimerkiksi lasikuitulle tai getinaksille.

Laitteen asentaminen on helppoa. Ensinnäkin, sinun on tarkistettava asennus järjestelmän noudattamisen suhteen ja ettei levyllä ole virtapiirejä tai niiden rikkoutumista. Tämän jälkeen varmista, että Zener-diodissa VD1 on +12 V jännitettä ja DA2-stabilointiaineen lähdössä +5 V jännitettä.

Näiden tarkistusten jälkeen aseta korjausvastuksella R15 asettaaksesi jännitteen 3,43 V muuttuvan vastuksen R17 vasempaan lähtöpiiriin. Voit tarkistaa säätimen oikean toiminnan kiertämällä muuttuvan vastuksen R17. Tässä tapauksessa sinun tulee kiinnittää huomiota LED-merkkivaloihin.

Kaikki mittaukset tulisi suorittaa suhteessa kondensaattorin C4 negatiiviseen napaan käyttämällä digitaalista yleismittariakirjoita esimerkiksi DT838 tai vastaava.

Muista, että suunnittelussa ei ole galvaanista eristystä sähköverkosta. Siksi sinun on oltava varovainen ja varovainen, ja on parasta käyttää eristysmuuntajaa. Mutta tällaisen muuntajan teho ei riitä öljynjäähdyttimen virran saamiseen, joten käyttöönoton ajaksi (kun kaikki on pöydällä ja pääsee käsiksi) lämmityselementti voidaan korvata tavanomaisella lampulla, jonka teho on 25 ... 100 wattia.

Lämpötila-anturi säätöprosessin aikana voidaan lämmittää yksinkertaisesti juottamalla tai juuri mainitussa lampussa. Tässä tapauksessa merkkivalo sammuu, kun asetettu lämpötila on saavutettu, ja syttyy anturin jonkin verran jäähtymisen jälkeen. Anturin jäähdytysaste riippuu vertailijan hystereesistä, kuten yllä on kuvattu.

Boris Aladyshkin