Thermostaat voor elektrische boiler

Beschrijving van een eenvoudig en betrouwbaar temperatuurregelcircuit voor een verwarmingssysteem.

De Russische winter is hard en koud, en iedereen weet ervan. Daarom moet het gebouw waar mensen zich bevinden, worden verwarmd. De meest voorkomende is centrale verwarming of individuele gasketels.

Vaak zijn er situaties waarin geen van beide beschikbaar is: bijvoorbeeld in een schoon veld is er een kleine kamer van een watergemaal en daar is de chauffeur de klok rond dienst. Het kan ook een wachttoren zijn of een aparte ruimte in een groot onbewoond gebouw. Er zijn veel van dergelijke voorbeelden.

In al deze gevallen is het noodzakelijk om verwarming te regelen met behulp van elektriciteit. Als de kamer klein is, is het heel goed mogelijk om te doen met een conventionele oliegevulde elektrische radiator voor huishoudelijk gebruik. Voor een grotere kamer met een oppervlakte van ongeveer 15 - 20 vierkante meter, wordt waterverwarming meestal geregeld met behulp van een radiator gelast uit buizen, die vaak een register wordt genoemd.

Als je dingen vanzelf laat gaan en de temperatuur van het water niet bewaakt, dan zal het vroeg of laat gewoon koken en de zaak kan eindigen in het falen van alles elektrische boilerAllereerst het verwarmingselement. Om zo'n ongelukkige gebeurtenis te voorkomen, wordt de verwarmingstemperatuur geregeld door een thermostaat.

In dit artikel wordt een van de mogelijke opties voor een dergelijk apparaat voorgesteld. Natuurlijk is deze winter al op, maar we moeten niet vergeten dat sleeën het beste in de zomer worden voorbereid.

Functioneel kan het apparaat in verschillende knooppunten worden verdeeld: de temperatuursensor zelf, apparaat vergelijken (comparator) en een load control device. Het volgende is een beschrijving van de afzonderlijke onderdelen, hun diagram en werkingsprincipe.

Temperatuur sensor

Een onderscheidend kenmerk van het beschreven ontwerp is dat het wordt gebruikt als een temperatuursensor conventionele bipolaire transistor, waarmee u het zoeken en kopen kunt verlaten thermistors of sensoren van verschillende typen, bijvoorbeeld TCM.

De werking van een dergelijke sensor is gebaseerd op het feit dat, net als alle halfgeleiderapparaten, de parameters van transistoren in grote mate afhankelijk zijn van de omgevingstemperatuur. Allereerst is dit de omgekeerde collectorstroom, die toeneemt met toenemende temperatuur, wat de werking van bijvoorbeeld versterkingsfasen beïnvloedt. Hun werkpunt is verschoven zodat significante signaalvervorming optreedt, en in de toekomst reageert de transistor eenvoudig niet meer op het ingangssignaal.

Deze situatie is vooral inherent aan circuits met een vaste basisstroom. Daarom worden transistorcascascircuits met terugkoppelelementen gebruikt die de werking van de cascade als geheel stabiliseren en ook het effect van temperatuur op de werking van de transistor verminderen.

Een dergelijke temperatuurafhankelijkheid wordt niet alleen waargenomen voor transistoren, maar ook voor diodes. Om dit te verifiëren, volstaat het om met een digitale multimeter elke diode in voorwaartse richting te "rinkelen". Meestal zal het apparaat een getal van bijna 700 tonen. Dit is slechts een directe spanningsval op de open diode, die het apparaat in millivolt weergeeft. Voor siliciumdioden bij een temperatuur van 25 graden Celsius is deze parameter ongeveer 700 mV en voor germaniumdioden ongeveer 300.

Als nu deze diode enigszins wordt opgewarmd, althans met een soldeerbout, dan zal dit cijfer geleidelijk afnemen, daarom wordt aangenomen dat de temperatuurcoëfficiënt van de spanning van de diodes -2mV / deg is. Het minteken geeft in dit geval aan dat bij toenemende temperatuur de voorwaartse spanning op de diode zal afnemen.

Deze afhankelijkheid maakt ook het gebruik van diodes als temperatuursensoren mogelijk.Als de transistorovergangen "ring" met hetzelfde apparaat, zullen de resultaten zeer vergelijkbaar zijn, daarom worden transistors vaak gebruikt als temperatuursensoren.

In ons geval is de werking van de gehele temperatuurregelaar precies gebaseerd op deze "negatieve" eigenschap van de cascade met een vaste basisstroom. Het circuit van de temperatuurregelaar wordt getoond in figuur 1.

Figuur 1. Schema van de thermostaat (klikken op de afbeelding opent het schema op een grotere schaal).

De temperatuursensor is gemonteerd op een transistor VT1 type KT835B. De belasting van deze cascade is de weerstand R1 en de weerstanden R2, R3 ingesteld DC transistor werkingsmodus. De vaste voorspanning, die net hierboven werd genoemd, wordt ingesteld door de weerstand R3 zodat de spanning op de emitter van de transistor bij kamertemperatuur ongeveer 6,8 V is. Daarom is er een asterisk (*) aanwezig in de aanduiding van deze weerstand in het circuit. Het is niet nodig om hier een bepaalde nauwkeurigheid te bereiken, al was deze spanning niet veel minder of meer. Er moeten metingen worden verricht ten opzichte van de collector van de transistor, die is aangesloten op de gemeenschappelijke draad van de stroombron.

De transistor van de p-n-p-structuur KT835B is niet toevallig gekozen: de collector is verbonden met een metalen plaat van de behuizing, die een opening heeft voor het monteren van de transistor op de radiator. Voor dit gat is de transistor bevestigd aan een kleine metalen plaat, waaraan ook de geleidingsdraad is bevestigd.

De resulterende sensor wordt met behulp van metalen klemmen aan de verwarmingsbuis bevestigd. Omdat, zoals reeds opgemerkt, de collector is verbonden met de gemeenschappelijke draad van de stroombron, is het niet nodig om een ​​isolerende pakking tussen de pijp en de sensor te installeren, wat het ontwerp vereenvoudigt en het thermische contact verbetert.

comparator

Om de temperatuur in te stellen, een comparator gemaakt op de operationele versterker OP1 type K140UD608. Via weerstand R5 wordt spanning van de emitter van transistor VT1 toegevoerd aan zijn inverterende ingang en spanning van de motor van variabele weerstand R7 wordt toegevoerd aan de niet-inverterende ingang via weerstand R6.

Deze spanning bepaalt de temperatuur waarbij de belasting wordt verbroken. Weerstanden R8, R9 stellen het bovenste en onderste bereik in voor het instellen van de drempel van de comparator, en daarom de grenzen van de temperatuurregeling. Het gebruik van de weerstand R4 levert de noodzakelijke hysterese van de comparator.

Lastregelapparaat

Het belastingbesturingsapparaat wordt gemaakt op de transistor VT2 en relais Rel1. Hier is een indicatie van de bedrijfsmodi van de thermostaat. Deze LED's zijn HL1 rood en HL2 groen. Rode kleur betekent verwarming en groene kleur dat de ingestelde temperatuur is bereikt. De diode VD1, parallel verbonden met de relaisspoel Rel1, beschermt de transistor VT2 tegen zelfinductiespanningen die optreden op de relaisspoel Rel1 op het moment van afsluiten.

Moderne kleine relais maken het mogelijk om voldoende grote stromen te schakelen. Een voorbeeld van een dergelijk relais is het Tianbo-relais dat wordt getoond in figuur 2.

Figuur 2. Tianbo kleine relais.

Zoals te zien is in de afbeelding, maakt het relais stroomomschakeling mogelijk tot 16A, waarmee u een belasting tot 3 kW kunt regelen. Dit is de maximale belasting. Om de werking van de contactgroep enigszins te vergemakkelijken, moet het belastingsvermogen worden beperkt tot 2 ... 2,5 kW. Dergelijke relais worden momenteel zeer veel gebruikt in auto- en huishoudelijke apparaten, bijvoorbeeld in wasmachines. Tegelijkertijd zijn de afmetingen van het relais niet groter dan de luciferdoos!

Werk en aanpassing van een temperatuurregelaar

Zoals aan het begin van het artikel werd gezegd, is de spanning bij de emitter van de VT1-transistor bij kamertemperatuur ongeveer 6,8 V en bij verwarming tot 90 ° C daalt de spanning tot 5,99 V. Voor dergelijke experimenten is een tafellamp met een metalen lampenkap geschikt als verwarming. en voor het meten van de temperatuur, een Chinese digitale multimeter met een thermokoppel, bijvoorbeeld DT838.Als de sensor van het geassembleerde apparaat op de lampenkap is gemonteerd en de lamp wordt ingeschakeld via het relaiscontact, kan de werking van het geassembleerde circuit in een dergelijke opstelling worden gecontroleerd.

De comparator werkt zodanig dat als de spanning op de inverterende ingang (spanning van de temperatuursensor) hoger is dan de spanning op de ingang van de niet-inverterende (spanning van het temperatuurinstelpunt), de spanning aan de uitgang van de comparator dicht bij de spanning van de stroombron ligt, in dit geval kan dit een logische eenheid worden genoemd. Daarom is de transistorschakelaar VT2 open, is het relais ingeschakeld en bevatten de relaiscontacten een verwarmingselement.

Terwijl het verwarmingssysteem opwarmt, warmt ook de temperatuursensor VT1 op. De spanning op de emitter neemt af met toenemende temperatuur, en wanneer deze gelijk wordt, of liever iets minder dan de spanning geïnstalleerd op de motor van de variabele weerstand R7, gaat de comparator in een staat van logische nul, zodat de transistor wordt vergrendeld en het relais wordt uitgeschakeld.

Het verwarmingselement wordt spanningsloos en de radiator begint af te koelen. De transistor-sensor VT1 koelt ook en de spanning op de zender stijgt. Zodra deze spanning hoger wordt dan die ingesteld door weerstand R7, gaat de comparator in een hoge toestand, wordt het relais ingeschakeld en wordt het proces opnieuw herhaald.

Een beetje over de werking van het displaycircuit, meer bepaald over het doel van de elementen. De rode LED HL1 gaat samen met de relaisspoel Rel1 branden en geeft aan dat het verwarmingssysteem aan het verwarmen is. Op dit moment is de transistor VT2 open en de HL2-LED shunt door de diode D2, het groene lampje is uit.

Wanneer de ingestelde temperatuur is bereikt, zal de transistor sluiten en het relais uitschakelen, en daarmee de rode LED HL1. Tegelijkertijd zal een gesloten transistor de HL2-LED niet langer omzeilen, die oplicht. Diode D2 is nodig zodat de HL1-LED en daarmee het relais niet via de HL2-LED kan worden ingeschakeld. Alle LED's zijn geschikt, dus hun type is niet opgegeven. Als diodes D1, D2 zijn veel gebruikte geïmporteerde diodes 1N4007 of binnenlandse KD105B zeer geschikt.

Thermostaat voeding

Het stroomverbruik van het circuit is klein, dus u kunt elke in China gemaakte wisselstroomadapter gebruiken als voeding of een gestabiliseerde 12V-gelijkrichter monteren. Het stroomverbruik van het circuit is niet meer dan 200 mA, dus elke transformator met een vermogen van niet meer dan 5 W en een uitgangsspanning van 15 ... 17 V is geschikt.

Het voedingscircuit wordt weergegeven in figuur 3. De diodebrug wordt ook gemaakt op dioden 1N4007 en de spanningsregelaar is + 12V op een integrale stabilisator van het type 7812. Het stroomverbruik is klein, dus u hoeft de stabilisator niet op de radiator te installeren.

Figuur 3. Voeding thermostaat.

Het ontwerp van de thermostaat is willekeurig, de meeste onderdelen zijn gemonteerd op een printplaat, het is beter als de voeding daar ook is gemonteerd. De transistor sensor is verbonden met behulp van een afgeschermde tweedraads kabel, terwijl de collector van de transistor is verbonden via een scherm.

Het is wenselijk dat er een drie-pins connector is aan het uiteinde van de kabel en zijn tegenhanger op de kaart. U kunt ook een klein klemmenblok op de kaart installeren, hoewel dit minder handig is dan de connector. Een dergelijke verbinding zal de installatie van de sensor en het gehele apparaat als geheel op de plaats van gebruik aanzienlijk vergemakkelijken.

Het afgewerkte apparaat moet in een plastic behuizing worden geplaatst en een temperatuurinstellingsweerstand R7 en LED's HL1 en HL2 buiten installeren. Het is beter als deze onderdelen ook op het bord worden gesoldeerd en er gaten in worden gemaakt.

De verbinding met het stroomnet en de verwarmer zijn verbonden via de klemmenstrook, die in de plastic behuizing moet worden bevestigd. Om het hele apparaat als geheel te beschermen, moet de verbinding worden gemaakt volgens de PUE, met behulp van beveiligingsapparatuur.

Verschillende van deze temperatuurregelaars werden gemaakt, en ze vertoonden allemaal een acceptabele nauwkeurigheid van temperatuurregeling, evenals een zeer hoge betrouwbaarheid, omdat er met zo'n eenvoud van het circuit eigenlijk niets te breken is.

Boris Aladyshkin