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Termostato elettronico per radiatore olio
Un articolo su come sostituire un regolatore di temperatura meccanico di un radiatore di riscaldamento dell'olio.
Abbastanza spesso nella vita di tutti i giorni devi usare i radiatori ad olio per il riscaldamento. Di norma, tali giorni arrivano in autunno, quando fuori fa già abbastanza freddo, e i servizi pubblici non hanno fretta di accendere il riscaldamento negli appartamenti. Questi radiatori non bruciano ossigeno nell'aria, a differenza di altri tipi di apparecchi elettrici di riscaldamento.
La temperatura di riscaldamento per tali radiatori viene impostata mediante un controller elettromeccanico, la cui base è una piastra bimetallica - controlla il funzionamento del contatto meccanico. Questo contatto spegne il riscaldatore quando viene raggiunta la temperatura impostata.
Quando un tale regolatore diventa inutilizzabile, non può essere riparato in quasi il cento per cento dei casi. Diventa impossibile usare un radiatore senza un termoregolatore: o è necessario accenderlo manualmente periodicamente - spegnerlo o sedersi e attendere che accenda un incendio. Il termoregolatore a semiconduttore descritto in questo articolo aiuterà a sbarazzarsi di questa situazione.
Sensori di temperatura a semiconduttore
Una caratteristica distintiva di questo controller è che non richiede la calibrazione della temperatura, poiché utilizza il sensore LM335AZ, calibrato già al momento della produzione dal produttore.
Esistono diversi tipi di sensori di temperatura calibrati, ad esempio DS1621, DS1820 e alcuni altri. Questi sensori forniscono letture della temperatura in forma digitale, quindi il risultato della misurazione è disponibile solo dispositivi di microcontrolloreche richiedono programmazione.
Sensore di temperatura analogico LM335AZ
Il sensore LM335AZ fornisce il risultato della misurazione forma analogica (tensione), che non richiede l'uso di microcontrollori e programmi di scrittura. È sufficiente assemblare un circuito semplice e il dispositivo funzionerà come previsto. Lo schema del regolatore di temperatura descritto è mostrato nella Figura 1.
Figura 1. Termostato per il radiatore dell'olio.
Secondo il principio di funzionamento, LM335AZ è una delle varietà di un diodo zener controllato a semiconduttore, la cui tensione di stabilizzazione dipende dalla temperatura ambiente. Questa caratteristica è rigorosamente standardizzata e ammonta a 10 mV / ° C. In questo caso, il coefficiente di temperatura della tensione (TKN) è positivo, cioè con un aumento della temperatura di ciascun grado, la tensione all'uscita di tale sensore aumenta di 10 mV.
Il produttore garantisce che quando la temperatura cambia tra -40 ... + 100 ° C, la caratteristica del sensore è lineare e l'errore non è superiore a ± 1 ° C. Tale precisione è abbastanza per controllare la temperatura del riscaldatore. Va notato separatamente che tali parametri saranno raggiunti ad una corrente attraverso il diodo zener a un livello di 0,45 ... 5,0 mA.
I sensori LM335AZ sono calibrati sulla scala di temperatura Kelvin. Per trasferire la temperatura dai gradi Celsius a noi familiari, dovremo usare la seguente formula: t ° K = 273 + t ° C. Dato il suddetto coefficiente di temperatura del sensore 10 mV / ° C, la tensione in millivolt alla sua uscita sarà dieci volte superiore alle letture in gradi.
Un semplice esempio: se nella nostra stanza il termometro a parete mostra 25 gradi, la tensione all'uscita del sensore LM335AZ sarà (273 + 25) * 10 = 2980 mV o 2,98 V. È facile calcolare che se il radiatore dell'olio viene riscaldato a 70 ° C la tensione all'uscita del sensore LM335AZ sarà (273 + 70) * 10 = 3430 mV o 3,43 V. Si scopre che per creare un termostato è sufficiente misurare la tensione all'uscita del sensore e confrontarla con la tensione di riferimento, che imposta la temperatura di riscaldamento.
Dopo una considerazione così dettagliata del sensore, possiamo procedere alla descrizione dello schema circuitale del termostato, che contiene un piccolo numero di parti, è semplice da fabbricare e quasi non richiede regolazione.
Alimentazione termostato
L'alimentatore per il termoregolatore è assemblato secondo il noto schema con un condensatore di spegnimento. Nel diagramma, questo è C1. Parallelamente, viene installato un resistore R1 attraverso il quale il condensatore di cui sopra verrà scaricato dopo aver scollegato il dispositivo dalla rete.
Soprattutto, questa scarica è necessaria durante l'installazione e la produzione di un regolatore di temperatura, - devi ammettere che non è molto piacevole ricevere scosse elettriche, stringendo un condensatore caricato alla tensione di rete a causa dell'oblio.
Il resistore R2 riduce la corrente di spunto quando è collegato alla rete e in situazioni di emergenza funge da fusibile. La sua potenza dovrebbe essere di almeno 1 watt. A capacità inferiori, questo resistore si brucia a causa della distruzione dello strato resistivo anche con un dispositivo completamente funzionale.
La tensione rettificata dal ponte con l'aiuto del diodo Zener VD2 è limitata a 12V e il condensatore C4 attenua le sue increspature. Il condensatore C6 è progettato per appianare le interferenze pulsate e ad alta frequenza provenienti dalla rete. La tensione di 12 V viene utilizzata per alimentare il chip - comparatore, indicatori LED HL1, HL2 e accoppiatore ottico triac LED U1.
Il secondo stadio di stabilizzazione viene eseguito su uno stabilizzatore integrato 78L05, che ha una tensione di uscita di +5 V. Questa tensione viene utilizzata per alimentare il sensore di temperatura e ottenere una tensione di riferimento all'ingresso del comparatore. La stabilità dell'intero dispositivo nel suo insieme dipende dalla stabilità di questa tensione.
Il sensore di temperatura VK1 riceve energia dallo stabilizzatore DA2 attraverso la resistenza R3. La tensione dal sensore attraverso il filtro di soppressione del rumore R4, C2, R5 viene fornita all'ingresso non invertente 3 del comparatore (comparatore) DA1.1.
Una tensione di riferimento viene anche applicata all'ingresso invertente 2 del comparatore attraverso un filtro di soppressione delle interferenze R14, C3, R6, che imposta la temperatura di riscaldamento.
L'impostazione del dispositivo si riduce all'impostazione della tensione che il sensore emetterà alla massima temperatura impostata utilizzando la resistenza di sintonia R15 sul circuito di uscita sinistro della resistenza R17. Se si limita il riscaldamento a 70 ° C, sulla scala Kelvin ciò corrisponde a 343 ° K, quindi la tensione del sensore sarà 3, 43 V. A una temperatura, ad esempio 80 ° C, 3,53 V.
A sua volta, la tensione in base all'estremità inferiore dell'intervallo deve essere impostata sul lato destro in base al circuito di uscita del resistore R17. Questa impostazione viene effettuata selezionando la resistenza R18. Il resistore R17 può anche essere sotto il valore nominale errato, come indicato nel diagramma. Tenendo conto che a 0 ° C (che corrisponde a 273 ° K) la tensione del sensore è 2,73 V, è possibile utilizzare il rapporto R17 / (3,43 - 2,73) = R18 / 2 per un calcolo approssimativo dei valori di questi resistori. 73, da cui è facile calcolare la resistenza di qualsiasi resistenza.
Il principio di funzionamento del circuito
Ora qualche parola su come funziona il circuito. La tensione dal sensore di temperatura viene fornita all'ingresso non invertente del comparatore 3. La tensione dal motore di resistenza R17 viene fornita all'ingresso invertente 2. Mentre la tensione sull'ingresso non invertente è maggiore rispetto a quella invertita, il transistor di uscita del comparatore è aperto, quindi il LED dell'accoppiatore ottico Triac U1 è illuminato. Per indicare lo stato aperto dell'accoppiatore ottico, viene utilizzato il LED rosso HL1. A sua volta anche aperto triac VS1 e riscaldatore collegati.
Mentre il radiatore si riscalda, la tensione all'uscita del sensore VK1 aumenta. Non appena questa tensione supera la tensione all'ingresso invertente, il transistor di uscita del comparatore si chiude e il LED dell'accoppiatore ottico si spegne - il carico si spegne.
Dopo che il radiatore si è leggermente raffreddato, il ciclo di riscaldamento verrà ripetuto di nuovo.Quanto si raffredda il radiatore a causa della larghezza del circuito di isteresi del comparatore, che dipende dalla resistenza del resistore R7. Il condensatore C5 impedisce al comparatore di eccitarsi alle alte frequenze.
LM2903N contiene due comparatori. Pertanto, è possibile assemblare un indicatore sul secondo comparatore, indicando che il riscaldamento è completo e che c'è tensione nella rete. Questo indicatore è montato su DA1.2 e sul LED verde HL1, che si illuminerà quando il riscaldatore è spento.
Qualche parola sui dettagli. I resistori R9, R12 sono progettati per fornire le modalità operative di un transistor fotoelettrico fotoaccoppiatore e la catena R8, C9 è progettata per sopprimere i picchi di tensione sul triac VS1. Il triac importato mostrato nel diagramma può essere sostituito con successo dal TS 112-16 o TS 125-22 domestico. Con tali triac, è possibile commutare carichi fino a 2,5 kW. Per installarli, avrai bisogno di un piccolo radiatore, dal quale il triac dovrebbe essere isolato con guarnizioni in mica o ceramica.
Il design del regolatore è arbitrario: se il design del radiatore dell'olio lo consente, può essere installato all'interno. Puoi anche creare un termostato sotto forma di un'unità separata. In questo caso, ovviamente, dovrai metterlo in una sorta di custodia. I LED HL1, HL2 e l'impugnatura della resistenza variabile R17 devono essere visualizzati all'esterno del case, con il quale è possibile regolare la temperatura di riscaldamento in una certa misura. I LED HL1, HL2 possono essere di qualsiasi tipo, con HL1 verde e HL2 rosso.
Il dispositivo è realizzato su un circuito stampato, una possibile versione della quale è mostrata in Figura 2.
Figura 2. Circuito stampato del termostato.
I seguenti tipi di parti sono stati utilizzati per l'installazione sulla scheda: condensatori di ossido domestico K50-35 o importati, condensatori a film C1 e C9 tipo K73-17, i restanti condensatori ceramici di piccole dimensioni. I condensatori di ossido devono avere una temperatura consentita di almeno +105 ° C, indicata sul caso dei condensatori.
Resistori fissi tipo MLT 0.125 o importati. Resistenza trimmer tipo R1 СП5-28Б o un altro multigiro - con il suo aiuto, il limite superiore del riscaldamento verrà impostato in modo più accurato.
Tipo di filo a resistenza variabile R17 PPB-3V. Il suo scopo è impostare la temperatura di riscaldamento. È meglio installare questo resistore al posto del vecchio regolatore elettromeccanico.
Il sensore di temperatura LM335AZ, se il progetto del radiatore lo consente, deve essere installato nel luogo in cui era stato precedentemente installato il sensore elettromeccanico. In questo caso, il vecchio sensore, ovviamente, dovrà essere rimosso. Il collegamento del sensore al circuito stampato viene eseguito al meglio con una coppia di fili intrecciati. Ciò ridurrà significativamente l'effetto dell'interferenza sul funzionamento dell'intero dispositivo nel suo insieme.
Quando il regolatore è progettato come un'unità separata, i LED HL1, HL2 sono installati direttamente sulla scheda. E se la scheda può essere nascosta all'interno del riscaldatore, quindi per installare i LED, sarà necessario praticare dei fori nel corpo del riscaldatore. I LED stessi in questo caso devono essere posizionati su una lastra di materiale isolante, ad esempio fibra di vetro o getinak.
La configurazione del dispositivo è semplice. Prima di tutto, è necessario verificare l'installazione per la conformità con lo schema e l'assenza di difetti sotto forma di percorsi del circuito sulla scheda o la loro rottura. Successivamente, assicurarsi che sia presente una tensione di +12 V sul diodo Zener VD1 e una tensione di +5 V sull'uscita dello stabilizzatore DA2.
Dopo questi controlli, utilizzare la resistenza di taglio R15 per impostare la tensione di 3,43 V sul circuito di uscita sinistro della resistenza variabile R17. È possibile verificare il corretto funzionamento del controller ruotando la resistenza variabile R17. In questo caso, è necessario prestare attenzione agli indicatori LED.
Tutte le misurazioni devono essere eseguite in relazione al terminale negativo del condensatore C4 usando un multimetro digitalead esempio, digitare DT838 o simili.
Non dimenticare che il design non ha isolamento galvanico dalla rete elettrica. Pertanto, devi essere attento e attento ed è meglio usare un trasformatore di isolamento. Ma la potenza di un tale trasformatore non è sufficiente per alimentare il radiatore dell'olio, quindi per il momento della messa in servizio (mentre tutto è sul tavolo e accessibile), l'elemento riscaldante può essere sostituito da una lampadina convenzionale con una potenza di 25 ... 100 watt.
Il sensore di temperatura durante il processo di regolazione può essere riscaldato semplicemente con un saldatore o una lampada appena menzionata. In questo caso, la spia di controllo si spegnerà al raggiungimento della temperatura impostata e si accenderà dopo un certo raffreddamento del sensore. Il grado di raffreddamento del sensore dipende dall'isteresi del comparatore, come sopra descritto.
Boris Aladyshkin
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