קטגוריות: אלקטרוניקה מעשית, אוטומציה ביתית
מספר צפיות: 93247
הערות לכתבה: 8
תרמוסטט לדוד חשמלי
תיאור מעגל ויסות טמפרטורה פשוט ואמין למערכת חימום.
החורף הרוסי קשה וקור, וכולם יודעים עליו. לפיכך, יש לחמם את המקום בו הם נמצאים. הנפוץ ביותר הוא הסקה מרכזית או דודי גז בודדים.
לעיתים קרובות ישנם מצבים בהם לא קיים האחד והשני: למשל, בשדה נקי ישנו חדר קטן של תחנת שאיבת מים, ושם הנהג נמצא בתפקיד מסביב לשעון. זה יכול להיות גם מגדל שמירה או חדר נפרד בבניין גדול שאינו מיושב. יש הרבה דוגמאות כאלה.
בכל המקרים הללו, יש צורך להסדיר חימום באמצעות חשמל. אם החדר קטן, אפשר בהחלט לעשות זאת עם רדיאטור חשמלי מלא שמן, לשימוש ביתי. לחדר גדול יותר בשטח של 15 - 20 מ"ר, חימום מים מסודר לרוב באמצעות רדיאטור מרותך מצינורות, מה שמכונה לעתים קרובות מרשם.
אם אתה נותן לדברים לעבור מעצמם ולא מפקח על טמפרטורת המים, במוקדם או במאוחר זה פשוט ירתח והתיק עלול להסתיים בכישלון של הכל דוד חשמליקודם כל, גוף החימום שלו. כדי למנוע אירוע כל כך מצער, טמפרטורת החימום נשלטת על ידי תרמוסטט.
אחת האפשרויות האפשריות למכשיר כזה מוצעת במאמר זה. כמובן שהחורף הזה כבר אזל, אך אל לנו לשכוח שמזחלות מוכנות בצורה הטובה ביותר בקיץ.
באופן פונקציונלי ניתן לחלק את המכשיר למספר צמתים: חיישן הטמפרטורה עצמו, מכשיר השוואה (משווה) ומתקן לבקרת עומס. להלן תיאור החלקים הבודדים, תרשים ועיקרון הפעולה שלהם.
חיישן טמפרטורה
מאפיין ייחודי של העיצוב המתואר הוא שהוא משמש כחיישן טמפרטורה טרנזיסטור דו קוטבי קונבנציונאלי, המאפשרת לך לנטוש את החיפוש והרכישה תרמיסטורים או חיישנים מסוגים שונים, למשל TCM.
פעולתו של חיישן כזה מתבססת על העובדה שכמו כל התקני המוליכים למחצה, הפרמטרים של טרנזיסטורים במידה רבה תלויים בטמפרטורת הסביבה. ראשית כל, זהו הזרם ההפוך של הקולט, שמתגבר עם עליית הטמפרטורה, שמשפיע על פעולת שלבי הגברה, למשל. נקודת ההפעלה שלהם מוזזת כך שמתרחש עיוות משמעותי של האות, ובעתיד הטרנזיסטור פשוט מפסיק להגיב לאות הקלט.
מצב זה טבוע בעיקר במעגלים עם זרם בסיס קבוע. לפיכך משתמשים במעגלי מפל טרנזיסטור עם אלמנטים משוב המייצבים את פעולת המפקד בכללותם, ומפחיתים גם את השפעת הטמפרטורה על פעולת הטרנזיסטור.
תלות טמפרטורה כזו נצפתה לא רק עבור טרנזיסטורים, אלא גם עבור דיודות. כדי לאמת זאת, באמצעות מולטימטר דיגיטלי, זה מספיק "לצלצל" לכל דיודה בכיוון קדימה. בדרך כלל, המכשיר יציג נתון קרוב ל 700. זהו רק ירידת מתח ישירה על הדיודה הפתוחה, אותה מציג המכשיר במיליוולט. עבור דיודות סיליקון בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס, פרמטר זה הוא בערך 700 mV, ועבור דיודות גרמניום כ -300.
אם עכשיו דיודה זו מתחממת מעט, לפחות עם מגהץ, אז הנתון הזה יקטן בהדרגה, ולכן נחשב שמקדם הטמפרטורה של מתח הדיודות הוא -2mV / deg. סימן המינוס במקרה זה מציין שעם עליית הטמפרטורה מתח הקדימה על הדיודה יקטן.
תלות זו מאפשרת גם שימוש בדיודות כחיישני טמפרטורה.אם מעברי הטרנזיסטור "מצלצלים" עם אותו מכשיר, התוצאות יהיו דומות מאוד, ולכן טרנזיסטורים משמשים לעתים קרובות כחיישני טמפרטורה.
במקרה שלנו, פעולת ווסת הטמפרטורה כולה מבוססת במדויק על המאפיין ה"שלילי "הזה של המפל עם זרם בסיס קבוע. מעגל בקרת הטמפרטורה מוצג באיור 1.
איור 1. תרשים של התרמוסטט (לחיצה על התמונה תפתח את הסכימה בקנה מידה גדול יותר).
חיישן הטמפרטורה מורכב על טרנזיסטור VT1 מסוג KT835B. העומס של מפל זה הוא הנגד R1, והנגדים R2, R3 מוגדרים מצב פעולת טרנזיסטור dc. ההטיה הקבועה, שהוזכרה ממש למעלה, מוגדרת על ידי הנגד R3 כך שהמתח על פולט הטרנזיסטור בטמפרטורת החדר הוא כ 6.8 V. לכן, כוכבית (*) קיימת בייעוד הנגד הזה במעגל. אין הכרח להשיג כאן דיוק מסוים, אילו רק מתח זה לא היה הרבה פחות או יותר. יש לבצע מדידות יחסית לאספני הטרנזיסטור המחובר לחוט המשותף של מקור הכוח.
הטרנזיסטור של מבנה ה- p-n-p KT835B לא נבחר במקרה: הקולט שלו מחובר לפלטת מתכת של המקרה, שיש בה פתח להרכבת הטרנזיסטור לרדיאטור. עבור חור זה, הטרנזיסטור מחובר לפלטת מתכת קטנה, שאליה מחובר גם חוט העופרת.
החיישן שנוצר מחובר באמצעות מלחציים מתכתיים לצינור החימום. מכיוון שכאמור, הקולט מחובר לחוט המשותף של מקור הכוח, אין צורך להתקין אטם בידוד בין הצינור לחיישן, מה שמפשט את העיצוב ומשפר את המגע התרמי.
משווה
כדי לקבוע את הטמפרטורה, משווה שנעשה על מגבר התפעול OP1 מסוג K140UD608. דרך הנגד R5, המתח מפולט הטרנזיסטור VT1 מועבר לכניסתו ההפוכה, ומתח מהמנוע של הנגד R7 המשתנה מועבר לכניסה הלא הפיכה דרך הנגד R6.
מתח זה קובע את הטמפרטורה בה העומס יתנתק. נגדים R8, R9 קובעים את הטווח העליון והתחתון לקביעת סף המשווה, ולכן את גבולות בקרת הטמפרטורה. השימוש בנגן R4 מספק את ההיסטריה הדרושה של המשווה.
מתקן בקרת עומס
מכשיר בקרת העומס מיוצר בטרנזיסטור VT2 ובממסר Rel1. להלן אינדיקציה למצבי ההפעלה של התרמוסטט. נוריות LED אלה הן HL1 אדום, ו- HL2 ירוק. צבע אדום פירושו חימום, וצבע ירוק שאליו מגיעים לטמפרטורה שנקבעה. הדיודה VD1, המחוברת במקביל לסליל הממסר Rel1, מגנה על הטרנזיסטור VT2 מפני מתחי אינדוקציה עצמית המתרחשים בסליל הממסר Rel1 בזמן הכיבוי.
ממסרים מודרניים בגודל קטן מאפשרים לעבור זרמים גדולים מספיק. דוגמא לממסר כזה הוא ממסר Tianbo שמוצג באיור 2.
איור 2. ממסרים קטנים בגודל Tianbo.
כפי שניתן לראות באיור, הממסר מאפשר החלפת זרם עד 16A, המאפשר לשלוט בעומס של עד 3 קילוואט. זה העומס המרבי. על מנת להקל מעט על פעולת קבוצת המגע, יש להגביל את כוח העומס ל -2 ... 2.5 קילוואט. ממסרים כאלה משמשים כיום באופן נרחב במכשירי רכב ובבית, למשל במכונות כביסה. במקביל, ממדי הממסר אינם חורגים מגודל קופסת הגפרורים!
עבודה והתאמה של ווסת טמפרטורה
כפי שנאמר בתחילת המאמר, בטמפרטורת החדר המתח בפולט של טרנזיסטור VT1 הוא כ 6.8 וולט, וכאשר הוא מחומם ל 90 מעלות צלזיוס המתח יורד ל 5.99 V. לניסויים כאלה, מנורת שולחן עם אהיל מתכת מתאימה לתנור חימום. ולמדידת טמפרטורה, מודד דיגיטלי סיני עם צמד תרמי, למשל, DT838.אם החיישן של המכשיר המורכב מותקן על אהיל המנורה ומופעל דרך מגע הממסר, ניתן יהיה לבדוק את פעולת המעגל המורכב בהגדרה כזו.
המשווה פועל בצורה כזו שאם המתח בכניסה ההפוכה (מתח של חיישן הטמפרטורה) גבוה יותר מהמתח בכניסה של הלא-הפוך (מתח של נקודת ההגדרה של הטמפרטורה), המתח ביציאת המשווה קרוב למתח של מקור הכוח, במקרה זה אפשר לקרוא לזה יחידה לוגית. לכן מתג הטרנזיסטור VT2 פתוח, הממסר מופעל, ומגעי הממסר כוללים גוף חימום.
כאשר מערכת החימום מתחממת, גם חיישן הטמפרטורה VT1 מתחמם. המתח בפולט שלו יורד עם עליית הטמפרטורה, וכשהוא הופך להיות שווה, או ליתר דיוק מעט מהמתח המותקן במנוע של הנגד המשתנה R7, המשווה נכנס למצב של אפס לוגי, כך הטרנזיסטור ננעל והממסר נכבה.
גוף החימום מופעל ללא אנרגיה והרדיאטור מתחיל להתקרר. גם חיישן הטרנזיסטור VT1 מתקרר, והמתח בפולט שלו עולה. ברגע שמתח זה יהיה גבוה יותר מזה שקבע הנגד R7, המשווה יעבור למצב גבוה, המסר יופעל והתהליך יחזור שוב.
קצת על פעולת מעגל התצוגה, ליתר דיוק, על מטרת האלמנטים שלו. נורת הלד האדומה HL1 נדלקת יחד עם סליל הממסר Rel1 ומציין שמערכת החימום מתחממת. בשלב זה הטרנזיסטור VT2 פתוח, ונורת ה- HL2 מתכווצת דרך הדיודה D2, האור הירוק כבה.
עם הגעת הטמפרטורה שנקבעה, הטרנזיסטור ייסגר ויכבה את הממסר, ואיתו הנורית האדומה HL1. במקביל, טרנזיסטור סגור כבר לא יעקוף את LED HL2 שידלק. דיודה D2 נחוצה כדי שנורית ה- HL1, ואיתה הממסר, לא תוכל להדליק דרך נורית ה- HL2. נוריות נוריות מתאימות, ולכן לא צוין סוגן. כדיודות D1, D2, דיודות מיובאות בשימוש נרחב 1N4007 או KD105B ביתיות מתאימות למדי.
ספק כוח תרמוסטט
הכוח הנצרך על ידי המעגל קטן, כך שתוכלו להשתמש בכל מתאם AC מתוצרת סין כאספקת חשמל, או להרכיב מיישר 12V מייצב. הצריכה הנוכחית של המעגל אינה גבוהה מ- 200mA, ולכן כל שנאי עם הספק של לא יותר מ- 5W ומתח יציאה של 15 ... 17V מתאים.
מעגל אספקת החשמל מוצג באיור 3. גשר הדיודה מיוצר גם על דיודות 1N4007, וסת המתח הוא + 12 וולט על מייצב אינטגרלי מסוג 7812. צריכת החשמל קטנה, כך שלא צריך להתקין את המייצב על הרדיאטור.
איור 3. אספקת חשמל לתרמוסטט.
העיצוב של התרמוסטט הוא שרירותי, רוב החלקים מותקנים על גבי מעגל מודפס, עדיף אם אספקת החשמל תותקן גם שם. חיישן הטרנזיסטור מחובר באמצעות כבל דו-חוטי מסוכך ואילו אספן הטרנזיסטור מחובר דרך מסך.
רצוי שיהיה מחבר בעל שלושה פינים בקצה הכבל, ומקבילתו ללוח. ניתן גם להתקין בלוח מסוף בגודל קטן בלוח, אם כי זה פחות נוח מהמחבר. חיבור כזה יאפשר מאוד את התקנת החיישן והמכשיר כולו בכללותו במקום השימוש.
יש למקם את המכשיר המוגמר בתיק פלסטיק ולהתקין בחוץ נגן נגד הגדרת טמפרטורה R7 ונורות LED HL1 ו- HL2. עדיף אם גם חלקים אלה מולחמים על הלוח, וחורים נעשים במקרה עבורם.
החיבור לרשת החשמל והתנור מחוברים דרך רצועת המסוף, אותה יש לתקן בתוך מארז הפלסטיק. כדי להגן על המכשיר כולו, יש ליצור את החיבור לפי ה- PUE, באמצעות ציוד הגנה.
כמה מבקרי טמפרטורה אלה נעשו, וכולם הראו דיוק מקובל של בקרת טמפרטורה, כמו גם אמינות גבוהה מאוד, מכיוון שעם פשטות כזו של המעגל אין למעשה מה לשבור.
בוריס אלאדישקין
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: