Elektrinio katilo termostatas

Paprastos ir patikimos šildymo sistemos temperatūros reguliatoriaus grandinės aprašymas.

Rusijos žiema yra atšiauri ir šalta, ir visi apie tai žino. Todėl patalpos, kuriose įsikūrę žmonės, turi būti šildomos. Labiausiai paplitęs yra centrinis šildymas arba individualūs dujiniai katilai.

Dažnai būna situacijų, kai nėra nei vieno, nei kito: pavyzdžiui, švariame lauke yra nedidelė vandens tiekimo siurblinės patalpa, o ten vairuotojas budi visą parą. Tai taip pat gali būti sargybos bokštas arba atskira patalpa dideliame negyventame pastate. Tokių pavyzdžių yra daug.

Visais šiais atvejais būtina organizuoti šildymą naudojant elektrą. Jei kambarys yra mažas, tai visiškai įmanoma padaryti naudojant įprastą elektrinį radiatorių, užpildytą buitiniu būdu. Didesniame kambaryje, kurio plotas yra apie 15 - 20 kvadratinių metrų, vandens šildymas dažniausiai organizuojamas naudojant iš vamzdžių suvirintą radiatorių, kuris dažnai vadinamas registru.

Jei leisite daiktams vykti savarankiškai ir neprižiūrėsite vandens temperatūros, tada anksčiau ar vėliau jis tiesiog užvirs ir byla gali baigtis viskuo nepavykus elektrinis katilasVisų pirma, jo kaitinimo elementas. Norint išvengti tokio nelaimingo įvykio, šildymo temperatūra kontroliuojama termostatu.

Šiame straipsnyje siūloma viena iš galimų tokio įrenginio variantų. Žinoma, ši žiema jau pasibaigė, tačiau neturėtume pamiršti, kad rogės geriausiai paruošiamos vasarą.

Funkcionaliai prietaisą galima padalyti į kelis mazgus: patį temperatūros jutiklį, lyginimo įrenginys (komparatorius) ir krovinio valdymo įtaisas. Toliau aprašomos atskiros dalys, jų schema ir veikimo principas.

Temperatūros jutiklis

Išskirtinis aprašyto dizaino bruožas yra tas, kad jis naudojamas kaip temperatūros jutiklis įprastas bipolinis tranzistoriustai leidžia atsisakyti paieškos ir pirkimo termistoriai arba įvairių tipų jutikliai, pavyzdžiui, TCM.

Tokio jutiklio veikimas grindžiamas tuo, kad tranzistorių parametrai, kaip ir visi puslaidininkiniai įtaisai, didžiąja dalimi priklauso nuo aplinkos temperatūros. Visų pirma, tai atvirkštinė kolektoriaus srovė, kuri didėja didėjant temperatūrai, o tai turi įtakos, pavyzdžiui, stiprinimo pakopų veikimui. Jų veikimo taškas pasislenka taip, kad įvyksta reikšmingas signalo iškraipymas, ir ateityje tranzistorius paprasčiausiai nustoja reaguoti į įvesties signalą.

Ši situacija būdinga grandinėms, turinčioms fiksuotą bazinę srovę. Todėl naudojamos tranzistorinės kaskados grandinės su grįžtamojo ryšio elementais, kurie stabilizuoja viso kaskados veikimą, taip pat sumažina temperatūros įtaką tranzistoriaus veikimui.

Tokia priklausomybė nuo temperatūros stebima ne tik tranzistoriams, bet ir diodams. Norint tai patikrinti, naudojant skaitmeninį multimetrą, pakanka bet kurį diodą „paskambinti“ į priekį. Paprastai prietaisas parodys skaičių, artimą 700. Tai tik tiesioginis įtampos kritimas ant atviro diodo, kurį prietaisas rodo milivoltais. Silicio diodams, esant 25 laipsnių Celsijaus temperatūrai, šis parametras yra maždaug 700 mV, o germanio diodams - apie 300.

Jei dabar šis diodas šiek tiek pašildomas, bent jau naudojant lituoklį, tada šis skaičius pamažu mažės, todėl laikoma, kad diodų įtampos temperatūros koeficientas yra -2mV / laipsnis. Minuso ženklas šiuo atveju rodo, kad kylant temperatūrai diodo įtampa mažės.

Ši priklausomybė taip pat leidžia naudoti diodus kaip temperatūros jutiklius.Jei tranzistorių perėjimai „skamba“ tuo pačiu prietaisu, rezultatai bus labai panašūs, todėl tranzistoriai dažnai naudojami kaip temperatūros jutikliai.

Mūsų atveju viso temperatūros reguliatoriaus veikimas tiksliai pagrįstas šia „neigiama“ kaskados savybe su fiksuota bazine srove. Temperatūros reguliatoriaus grandinė parodyta 1 paveiksle.

1 paveikslas. Termostato schema (spustelėjus paveikslėlį, schema bus atidaryta didesniu mastu).

Temperatūros jutiklis sumontuotas ant tranzistoriaus VT1 tipo KT835B. Šios kaskados apkrova yra rezistorius R1, o rezistoriai R2, R3 nustatyti nuolatinio tranzistoriaus veikimo režimas. Fiksuotas poslinkis, kuris buvo paminėtas aukščiau, nustatomas rezistoriumi R3 taip, kad tranzistoriaus emiterio įtampa kambario temperatūroje būtų apie 6,8 V. Todėl šio rezistoriaus žymėjime grandinėje yra žvaigždutė (*). Nereikia čia pasiekti konkretaus tikslumo, jei tik ši įtampa nebuvo daug mažesnė ar didesnė. Matavimai turėtų būti atliekami atsižvelgiant į tranzistoriaus kolektorių, kuris yra prijungtas prie bendro maitinimo šaltinio laido.

P-n-p struktūros tranzistorius KT835B nebuvo pasirinktas atsitiktinai: jo kolektorius yra prijungtas prie korpuso metalinės plokštės, kurioje yra anga, skirta tranzistoriui pritvirtinti prie radiatoriaus. Už šios skylės tranzistorius pritvirtinamas prie mažos metalinės plokštės, prie kurios taip pat pritvirtinamas švininis laidas.

Gautas jutiklis pritvirtinamas metaliniais spaustukais prie šildymo vamzdžio. Kadangi, kaip jau pažymėta, kolektorius yra prijungtas prie bendro maitinimo šaltinio laido, tarp vamzdžio ir jutiklio nereikia montuoti izoliacinės tarpinės, o tai supaprastina dizainą ir pagerina šiluminį kontaktą.

Komparatorius

Temperatūrai nustatyti naudojamas komparatorius, pagamintas iš operacinio stiprintuvo OP1 tipo K140UD608. Per rezistorių R5 į tranzistoriaus VT1 spinduolio įtampa tiekiama į jo invertuojamąjį įėjimą, o kintamo rezistoriaus R7 variklio įtampa tiekiama į neinversinį įėjimą per rezistorių R6.

Ši įtampa nustato temperatūrą, kurioje apkrova atsijungs. Rezistoriai R8, R9 nustato viršutinį ir apatinį komparatoriaus slenksčio nustatymo diapazonus, taigi ir temperatūros reguliavimo ribas. Naudojant rezistorių R4, gaunama reikalinga komparatoriaus histerezė.

Krovinio valdymo įtaisas

Apkrovos valdymo įtaisas pagamintas ant tranzistoriaus VT2 ir relės Rel1. Čia pateikiami termostato veikimo režimai. Šie šviesos diodai yra raudoni HL1 ir žaliai. Raudona spalva reiškia šildymą, o žalia spalva, kai pasiekiama nustatyta temperatūra. Diodas VD1, sujungtas lygiagrečiai su relės ritė Rel1, apsaugo tranzistorių VT2 nuo savaiminės įtampos, atsirandančios ant relės ritė Rel1 išjungimo metu.

Šiuolaikinės mažo dydžio relės leidžia perjungti pakankamai dideles sroves. Tokios relės pavyzdys yra Tianbo relė, parodyta 2 paveiksle.

2 pav. „Tianbo“ mažo dydžio relės.

Kaip matyti paveikslėlyje, relė leidžia perjungti srovę iki 16A, o tai leidžia valdyti iki 3 kW apkrovą. Tai maksimali apkrova. Norint šiek tiek palengvinti kontaktinės grupės darbą, apkrovos galia turėtų būti ribojama iki 2 ... 2,5 kW. Šiuo metu tokios relės yra labai plačiai naudojamos automobilių ir buitiniuose prietaisuose, pavyzdžiui, skalbimo mašinose. Tuo pačiu metu relės matmenys neviršija degtukų dėžutės dydžio!

Temperatūros reguliatoriaus darbas ir reguliavimas

Kaip buvo pasakyta straipsnio pradžioje, kambario temperatūroje VT1 tranzistoriaus emiterio įtampa yra apie 6,8 V, o įkaitinus iki 90 ° C, įtampa nukrenta iki 5,99 V. Tokiems eksperimentams kaip šildytuvą tinka stalo lemputė su metaliniu lempos apvalkalu. temperatūrai matuoti - kinų skaitmeninis multimetras su termopora, pavyzdžiui, DT838.Jei surinkto prietaiso jutiklis yra sumontuotas ant lempos šešėlio, o lempa įjungiama per relės kontaktą, tokiu būdu bus galima patikrinti surinktos grandinės veikimą.

Komparatorius veikia taip, kad jei įtampa ties apverstiniu įėjimu (temperatūros jutiklio įtampa) yra didesnė nei įtampa neinvertuojančiojo įvestyje (temperatūros nustatymo vertės įtampa), įtampa komparatoriaus išvestyje yra artima maitinimo šaltinio įtampai, tokiu atveju ji gali būti vadinama loginiu vienetu. Todėl tranzistoriaus jungiklis VT2 yra atidarytas, relė yra įjungta, o relės kontaktuose yra šildymo elementas.

Šildant šildymo sistemą, įkaista ir temperatūros jutiklis VT1. Jo emiterio įtampa mažėja didėjant temperatūrai, o kai ji tampa lygi, o gal šiek tiek mažesnė nei kintamo rezistoriaus R7 variklyje įmontuota įtampa, komparatorius pereina į loginio nulio būseną, todėl tranzistorius užrakinamas, o relė išjungiama.

Šildymo elementas neveikia, o radiatorius pradeda atvėsti. Tranzistoriaus jutiklis VT1 taip pat atvėsta, o jo emiterio įtampa pakyla. Kai tik ši įtampa tampa didesnė nei rezistoriaus R7 nustatyta, komparatorius pereina į aukštą būseną, relė įsijungs ir procesas bus pakartotas dar kartą.

Šiek tiek apie ekrano grandinės veikimą, tiksliau, apie jo elementų paskirtį. Raudonas šviesos diodas HL1 įsijungia kartu su relės ritė Rel1 ir rodo, kad šildymo sistema šildo. Šiuo metu tranzistorius VT2 yra atidarytas, o HL2 šviesos diodas mirksi per diodą D2, žalioji lemputė neveikia.

Pasiekus nustatytą temperatūrą, tranzistorius užsidarys ir išjungs relę, o kartu su juo - raudoną LED HL1. Tuo pačiu metu uždaras tranzistorius nebepasieks apeiti HL2 LED, kuris užsidegs. D2 diodas yra būtinas, kad HL1 šviesos diodas ir kartu su juo esanti relė negalėtų įsijungti per HL2 šviesos diodą. Tinka bet kokie šviesos diodai, todėl jų tipas nenurodytas. Kaip diodai D1, D2, plačiai naudojami importuoti diodai 1N4007 arba buitiniai KD105B yra gana tinkami.

Termostato maitinimas

Grandinės sunaudojama maža energija, todėl kaip maitinimo šaltinį galite naudoti bet kurį Kinijoje pagamintą kintamosios srovės adapterį arba surinkti stabilizuotą 12 V lygintuvą. Dabartinis grandinės suvartojimas yra ne didesnis kaip 200mA, todėl tinka bet koks transformatorius, kurio galia ne didesnė kaip 5W, o išėjimo įtampa yra 15 ... 17V.

Maitinimo grandinė parodyta 3 paveiksle. Diodų tiltas taip pat pagamintas ant diodų 1N4007, o įtampos reguliatorius yra +12 V ant integruoto 7812 tipo stabilizatoriaus. Energijos sąnaudos yra nedidelės, todėl nereikia montuoti stabilizatoriaus ant radiatoriaus.

3 pav. Termostato maitinimas.

Termostato dizainas yra savavališkas, dauguma dalių yra sumontuotos ant spausdintinės plokštės, geriau, jei maitinimo šaltinis taip pat būtų sumontuotas ten. Tranzistoriaus jutiklis yra prijungtas ekranuotu dviejų laidų kabeliu, o tranzistoriaus kolektorius yra prijungtas per ekraną.

Pageidautina, kad kabelio gale būtų trijų kontaktų jungtis, o plokštėje - jo atitikmuo. Taip pat ant lentos galite įdiegti mažo dydžio gnybtų bloką, nors tai yra mažiau patogu nei jungtis. Toks ryšys labai palengvins jutiklio ir viso prietaiso įrengimą naudojimo vietoje.

Gatavą prietaisą reikia sudėti į plastikinį dėklą, o lauke sumontuoti temperatūros nustatymo varžą R7 bei šviesos diodus HL1 ir HL2. Geriau, jei šios dalys taip pat yra lituotos ant lentos, o joms padarytos skylės.

Jungtis prie elektros tinklo ir šildytuvo yra sujungta per gnybtų juostelę, kuri turėtų būti pritvirtinta plastikinio korpuso viduje. Norint apsaugoti visą įrenginį, jį reikia sujungti pagal PUE, naudojant apsauginę įrangą.

Buvo pagaminti keli iš šių termostatų ir visi jie rodė priimtiną temperatūros reguliavimo tikslumą bei labai aukštą patikimumą, nes esant tokiam grandinės paprastumui iš tikrųjų nėra ko sulaužyti.

Borisas Aladyshkinas