Elektronische thermostaat voor oliekoeler

Een artikel over het vervangen van een mechanische temperatuurregelaar van een olieverwarmingsradiator.

Heel vaak in het dagelijks leven moet je olieradiatoren gebruiken voor verwarming. In de regel komen dergelijke dagen in de herfst, wanneer het buiten al behoorlijk koud is en openbare nutsbedrijven geen haast hebben om centrale verwarming in appartementen aan te zetten. Deze radiatoren verbranden geen zuurstof, in tegenstelling tot andere soorten elektrische verwarmingstoestellen.

De verwarmingstemperatuur voor dergelijke radiatoren wordt ingesteld met behulp van een elektromechanische regelaar, waarvan de basis een bimetalen plaat is - deze regelt de werking van het mechanische contact. Dit contact schakelt de verwarming uit wanneer de ingestelde temperatuur is bereikt.

Wanneer een dergelijke regelaar onbruikbaar wordt, kan deze in bijna honderd procent van de gevallen niet worden gerepareerd. Het wordt onmogelijk om een ​​radiator te gebruiken zonder een temperatuurregelaar: ofwel moet u deze periodiek handmatig inschakelen - schakel hem uit, of zitten en wachten op een brand. De in dit artikel beschreven halfgeleider-temperatuurregelaar helpt deze situatie te verhelpen.

Halfgeleider temperatuursensoren

Een onderscheidend kenmerk van deze controller is dat hij geen temperatuurkalibratie vereist, omdat hij de LM335AZ-sensor gebruikt, die al bij de fabricage door de fabrikant is gekalibreerd.

Er zijn verschillende soorten gekalibreerde temperatuursensoren, bijvoorbeeld DS1621, DS1820 en enkele andere. Deze sensoren leveren temperatuurmetingen in digitale vorm, dus het meetresultaat is alleen beschikbaar microcontroller-apparatendie moeten worden geprogrammeerd.

Analoge temperatuursensor LM335AZ

De LM335AZ-sensor levert het meetresultaat in analoge vorm (spanning), waarvoor geen microcontrollers en schrijfprogramma's nodig zijn. Het is voldoende om een ​​eenvoudig circuit samen te stellen en het apparaat werkt zoals bedoeld. Het schema van de beschreven temperatuurregelaar is weergegeven in figuur 1.

Figuur 1. Thermostaat voor de oliekoeler.

Volgens het werkingsprincipe is de LM335AZ een van de variëteiten van een halfgeleider-bestuurde zenerdiode, waarvan de stabilisatiespanning afhankelijk is van de omgevingstemperatuur. Deze eigenschap is strikt gestandaardiseerd en bedraagt ​​10 mV / ° C. In dit geval is de temperatuurcoëfficiënt van spanning (TKN) positief, dat wil zeggen met een toename van de temperatuur met elke graad neemt de spanning aan de uitgang van een dergelijke sensor met 10 mV toe.

De fabrikant garandeert dat wanneer de temperatuur binnen -40 ... + 100 ° C verandert, de karakteristiek van de sensor lineair is en de fout niet meer dan ± 1 ° C is. Een dergelijke nauwkeurigheid is voldoende om de temperatuur van de verwarmer te regelen. Er moet apart worden opgemerkt dat dergelijke parameters worden bereikt bij een stroom door de zenerdiode op een niveau van 0,45 ... 5,0 mA.

LM335AZ-sensoren zijn gekalibreerd op Kelvin-temperatuurschaal. Om de temperatuur over te dragen van de graden die we allemaal kennen, moeten we de volgende formule gebruiken: t ° K = 273 + t ° C. Gegeven de bovengenoemde temperatuurcoëfficiënt van de sensor 10 mV / ° C, zal de spanning in millivolt aan zijn uitgang tien keer hoger zijn dan de metingen in graden.

Een eenvoudig voorbeeld: als in onze kamer de wandthermometer 25 graden aangeeft, dan is de spanning aan de uitgang van de LM335AZ-sensor (273 + 25) * 10 = 2980 mV of 2,98 V. Het is gemakkelijk om te berekenen dat als de oliekoeler wordt verwarmd tot 70 ° C de spanning aan de uitgang van de LM335AZ-sensor is (273 + 70) * 10 = 3430 mV of 3,43 V. Het blijkt dat om een ​​thermostaat te creëren, u gewoon de spanning aan de uitgang van de sensor moet meten en vergelijken met de referentiespanning, die de verwarmingstemperatuur instelt.

Na een dergelijke gedetailleerde overweging van de sensor, kunnen we doorgaan met de beschrijving van het schakelschema van de thermostaat, dat een klein aantal onderdelen bevat, eenvoudig te vervaardigen is en bijna geen aanpassing vereist.

Thermostaat voeding

De voeding voor de temperatuurregelaar is samengesteld volgens het bekende schema met een bluscondensator. In het diagram is dit C1. Parallel is een weerstand R1 geïnstalleerd waardoor de bovengenoemde condensator wordt ontladen nadat het apparaat van het netwerk is losgekoppeld.

Bovenal is deze ontlading nodig bij het instellen en vervaardigen van een temperatuurregelaar, - u moet het ermee eens zijn dat het niet erg prettig is om elektrische schokken te ontvangen, waarbij een condensator wordt gekoppeld aan de netspanning voor vergeetachtigheid.

Weerstand R2 vermindert de inschakelstroom bij aansluiting op het netwerk en fungeert in noodsituaties als een zekering. Het vermogen moet minimaal 1 watt zijn. Bij lagere capaciteiten brandt deze weerstand door de vernietiging van de weerstandslaag zelfs met een volledig functioneel apparaat.

De spanning gecorrigeerd door de brug met behulp van de Zener-diode VD2 is beperkt tot 12V en de condensator C4 strijkt zijn rimpelingen glad. Condensator C6 is ontworpen om gepulseerde en hoogfrequente interferentie uit het netwerk glad te strijken. De spanning van 12 V wordt gebruikt om de chip van stroom te voorzien - comparator, indicatieleds HL1, HL2 en LED triac optocoupler U1.

De tweede stabilisatietrap wordt uitgevoerd op een geïntegreerde stabilisator 78L05, met een uitgangsspanning van +5 V. Deze spanning wordt gebruikt om de temperatuursensor van stroom te voorzien en een referentiespanning aan de ingang van de comparator te verkrijgen. De stabiliteit van het gehele apparaat als geheel hangt af van de stabiliteit van deze spanning.

De temperatuursensor VK1 ontvangt stroom van de stabilisator DA2 via de weerstand R3. De spanning van de sensor door het ruisonderdrukkingsfilter R4, C2, R5 wordt geleverd aan de niet-inverterende ingang 3 van de comparator (comparator) DA1.1.

Een referentiespanning wordt ook geleverd aan de inverterende ingang 2 van de comparator via een interferentieonderdrukkingsfilter R14, C3, R6, die de verwarmingstemperatuur instelt.

De opstelling van het apparaat is beperkt tot het instellen van de spanning die de sensor zal uitvoeren op de maximale ingestelde temperatuur met behulp van de trimmerweerstand R15 op het linker uitgangscircuit van de weerstand R17. Als u de verwarming beperkt tot 70 ° C, komt dit op de Kelvin-schaal overeen met 343 ° K, dus de sensorspanning zal 3, 43 V zijn. Bij een temperatuur, bijvoorbeeld 80 ° C, 3,53 V.

Op zijn beurt moet de spanning aan de onderkant van het bereik worden ingesteld aan de rechterkant volgens het uitgangscircuit van de weerstand R17. Deze instelling wordt gedaan door weerstand R18 te selecteren. Weerstand R17 kan ook in handen zijn van de verkeerde nominale waarde, zoals aangegeven in het diagram. Aangezien bij 0 ° C (wat overeenkomt met 273 ° K), de spanning van de sensor 2,73 V aan de uitgang van de sensor is, kunt u de verhouding R17 / (3,43 - 2,73) = R18 / 2 gebruiken voor een benadering van de waarden van deze weerstanden. 73, waaruit het gemakkelijk is om de weerstand van elke weerstand te berekenen.

Het werkingsprincipe van het circuit

Nu een paar woorden over hoe het circuit werkt. De spanning van de temperatuursensor wordt geleverd aan de niet-inverterende ingang van de comparator 3. De spanning van de weerstandsmotor R17 wordt geleverd aan de inverterende ingang 2. Terwijl de spanning op de niet-inverterende ingang hoger is dan op de inverterende ingang, is de uitgangstransistor van de comparator open, zodat de LED van de triac optocoupler U1 verlicht is. Om de open toestand van de optocoupler aan te geven, wordt de rode LED HL1 gebruikt. Op zijn beurt ook open triac VS1 en verwarming aangesloten.

Naarmate de radiator opwarmt, neemt de spanning aan de uitgang van de VK1-sensor toe. Zodra deze spanning de spanning op de inverterende ingang overschrijdt, sluit de uitgangstransistor van de comparator en gaat de optocoupler-LED uit - de belasting wordt uitgeschakeld.

Nadat de radiator enigszins is afgekoeld, wordt de verwarmingscyclus opnieuw herhaald.Hoeveel koelt de radiator vanwege de breedte van de hysteresislus van de comparator, die afhangt van de weerstand van de weerstand R7. Condensator C5 voorkomt dat de comparator wordt opgewonden bij hoge frequenties.

De LM2903N bevat twee comparators. Daarom is het mogelijk om een ​​indicator op de tweede comparator te monteren, die aangeeft dat de verwarming voltooid is en dat er spanning in het netwerk is. Deze indicator is gemonteerd op DA1.2 en de groene LED HL1, die oplicht wanneer de verwarming wordt uitgeschakeld.

Een paar woorden over de details. Weerstanden R9, R12 zijn ontworpen om de werkingsmodi van een optocoupler foto-elektrische transistor te bieden, en de ketting R8, C9 is ontworpen om spanningspieken op de triac VS1 te onderdrukken. De geïmporteerde triac in het diagram kan met succes worden vervangen door binnenlandse TS 112-16 of TS 125-22. Met dergelijke triacs is het mogelijk om belastingen tot 2,5 kW te schakelen. Om ze te installeren, hebt u een kleine radiator nodig, waaruit de triac moet worden geïsoleerd met mica of keramische pakkingen.

Het ontwerp van de regelaar is willekeurig: als het ontwerp van de oliekoeler het toelaat, kan deze binnen worden geïnstalleerd. Je kunt ook een thermostaat maken in de vorm van een afzonderlijke eenheid. In dit geval moet u het natuurlijk in een soort behuizing plaatsen. De LED's HL1, HL2 en het handvat van de variabele weerstand R17 moeten aan de buitenkant van de behuizing worden weergegeven, waarmee u de verwarmingstemperatuur enigszins kunt aanpassen. LED's HL1, HL2 kunnen van elk type zijn, terwijl HL1 groen is en HL2 rood is.

Het apparaat is gemaakt op een printplaat, waarvan een mogelijke versie wordt getoond in figuur 2.

Figuur 2. Printplaat van de thermostaat.

De volgende soorten onderdelen werden gebruikt voor installatie op het bord: huishoudelijke oxidecondensatoren K50-35 of geïmporteerde, filmcondensatoren C1 en C9 type K73-17, de resterende kleine keramische condensatoren. Oxidecondensatoren moeten een toelaatbare temperatuur hebben van minimaal +105 ° C, zoals aangegeven op het geval van condensatoren.

Vaste weerstanden type MLT 0.125 of geïmporteerd. Trimmerweerstand R1 type СП5-28Б of een andere multi-bocht - met behulp hiervan wordt de bovengrens van de verwarming nauwkeuriger ingesteld.

Variabele weerstand R17 draadtype PPB-3V. Het doel is om de verwarmingstemperatuur in te stellen. Het is het beste om deze weerstand te installeren in plaats van de oude elektromechanische regelaar.

De temperatuursensor LM335AZ moet, indien het ontwerp van de radiator dit toelaat, worden geïnstalleerd op de plaats waar de elektromechanische sensor eerder was geïnstalleerd. In dit geval moet de oude sensor natuurlijk worden verwijderd. De aansluiting van de sensor op de printplaat kan het beste worden gedaan met een getwist paar draden. Dit zal het effect van interferentie op de werking van het gehele apparaat als geheel aanzienlijk verminderen.

Wanneer de regelaar als een afzonderlijke eenheid is ontworpen, worden de LED's HL1 en HL2 rechtstreeks op de kaart geïnstalleerd. En als het bord in de kachel kan worden verborgen, moet u om de LED's te installeren gaten in de behuizing van de kachel boren. De LED's zelf moeten in dit geval op een plaat van isolatiemateriaal worden geplaatst, bijvoorbeeld glasvezel of getinaks.

Het instellen van het apparaat is eenvoudig. Allereerst moet u controleren of de installatie voldoet aan het schema en de afwezigheid van defecten in de vorm van kortsluiting van sporen op het bord of hun breuk. Controleer daarna of er +12 V spanning is op de Zener-diode VD1 en +5 V spanning op de uitgang van de DA2-stabilisator.

Gebruik na deze controles de trimweerstand R15 om de spanning van 3,43 V in te stellen op het linker uitgangscircuit van de variabele weerstand R17.U kunt de juiste werking van de regelaar controleren door de variabele weerstand R17 te draaien. In dit geval moet u op de LED-indicatoren letten.

Alle metingen moeten worden uitgevoerd ten opzichte van de negatieve aansluiting van de condensator C4 met behulp van een digitale multimetertyp bijvoorbeeld DT838 of iets dergelijks.

Vergeet niet dat het ontwerp geen galvanische isolatie heeft van het elektrische netwerk. Daarom moet u voorzichtig en voorzichtig zijn, en het is het beste om een ​​scheidingstransformator te gebruiken. Maar het vermogen van een dergelijke transformator is niet genoeg om de oliekoeler van stroom te voorzien, dus voor de inbedrijfstelling (terwijl alles op tafel ligt en toegankelijk is), kan het verwarmingselement worden vervangen door een conventionele gloeilamp met een vermogen van 25 ... 100 watt.

De temperatuursensor tijdens het aanpassingsproces kan eenvoudig worden verwarmd met een soldeerbout of zojuist genoemde lamp. In dit geval gaat het controlelampje uit wanneer de ingestelde temperatuur is bereikt en gaat branden na enige afkoeling van de sensor. De mate van koeling van de sensor hangt af van de hysterese van de comparator, zoals hierboven beschreven.

Boris Aladyshkin