Thể loại: Điện tử thực hành, Tự động hóa nhà
Số lượt xem: 93247
Bình luận về bài viết: 8
Bình giữ nhiệt cho nồi hơi điện
Mô tả một mạch điều chỉnh nhiệt độ đơn giản và đáng tin cậy cho một hệ thống sưởi ấm.
Mùa đông nước Nga khắc nghiệt và lạnh lẽo, và mọi người đều biết về nó. Do đó, các cơ sở nơi mọi người được đặt phải được sưởi ấm. Phổ biến nhất là sưởi ấm trung tâm hoặc nồi hơi gas cá nhân.
Thường có những tình huống khi không có cái này hay cái kia: ví dụ, trong một khu vực sạch sẽ có một căn phòng nhỏ của một trạm bơm nước, và ở đó người lái xe đang làm nhiệm vụ suốt ngày đêm. Nó cũng có thể là một tháp canh hoặc một phòng riêng biệt trong một tòa nhà lớn không có người ở. Có rất nhiều ví dụ như vậy.
Trong tất cả các trường hợp này, cần phải bố trí hệ thống sưởi bằng điện. Nếu căn phòng nhỏ, thì hoàn toàn có thể làm với một bộ tản nhiệt điện đầy dầu thông thường để sử dụng trong gia đình. Đối với một căn phòng lớn hơn với diện tích khoảng 15 - 20 mét vuông, nước nóng thường được bố trí nhất bằng cách sử dụng bộ tản nhiệt được hàn từ các đường ống, thường được gọi là thanh ghi.
Nếu bạn để mọi thứ tự đi và không theo dõi nhiệt độ của nước, thì sớm hay muộn nó sẽ sôi lên và vụ án có thể kết thúc trong thất bại của mọi thứ nồi hơi điệnTrước hết, yếu tố làm nóng của nó. Để ngăn chặn một sự cố đáng tiếc như vậy, nhiệt độ sưởi ấm được kiểm soát bởi một bộ điều nhiệt.
Một trong những lựa chọn khả thi cho một thiết bị như vậy được đề xuất trong bài viết này. Tất nhiên, mùa đông này đã hết, nhưng chúng ta không nên quên rằng xe trượt tuyết được chuẩn bị tốt nhất vào mùa hè.
Về mặt chức năng, thiết bị có thể được chia thành nhiều nút: cảm biến nhiệt độ, thiết bị so sánh (bộ so sánh) và một thiết bị kiểm soát tải. Sau đây là mô tả về các bộ phận riêng lẻ, sơ đồ và nguyên tắc hoạt động của chúng.
Cảm biến nhiệt độ
Một tính năng đặc biệt của thiết kế được mô tả là nó được sử dụng làm cảm biến nhiệt độ bóng bán dẫn lưỡng cực thông thường, cho phép bạn từ bỏ tìm kiếm và mua hàng nhiệt điện hoặc các cảm biến của nhiều loại, ví dụ TCM.
Hoạt động của một cảm biến như vậy dựa trên thực tế là, giống như tất cả các thiết bị bán dẫn, các thông số của bóng bán dẫn ở mức độ lớn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Trước hết, đây là dòng điện ngược của bộ thu, tăng khi nhiệt độ tăng, ảnh hưởng đến hoạt động của, ví dụ, các giai đoạn khuếch đại. Điểm hoạt động của chúng được dịch chuyển để xảy ra hiện tượng méo tín hiệu đáng kể và trong tương lai, bóng bán dẫn chỉ dừng lại để đáp ứng với tín hiệu đầu vào.
Tình trạng này là chủ yếu trong các mạch với một dòng cơ sở cố định. Do đó, các mạch tầng bán dẫn với các yếu tố phản hồi được sử dụng để ổn định toàn bộ hoạt động của tầng, và cũng làm giảm ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động của bóng bán dẫn.
Sự phụ thuộc nhiệt độ như vậy được quan sát không chỉ đối với các bóng bán dẫn, mà còn đối với điốt. Để xác minh điều này, bằng cách sử dụng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số, nó là đủ để Vòng gọi bất kỳ diode nào theo hướng chuyển tiếp. Thông thường, thiết bị sẽ hiển thị một con số gần 700. Đây chỉ là sự sụt giảm điện áp trực tiếp trên diode mở, mà thiết bị hiển thị ở dạng millivolts. Đối với điốt silicon ở nhiệt độ 25 độ C, thông số này xấp xỉ 700 mV và đối với điốt Germanium khoảng 300.
Nếu bây giờ diode này được làm ấm lên một chút, ít nhất là với một que hàn, thì con số này sẽ giảm dần, do đó người ta coi rằng hệ số nhiệt độ của điện áp của điốt là -2mV / độ. Dấu trừ trong trường hợp này cho thấy rằng với nhiệt độ tăng, điện áp chuyển tiếp trên diode sẽ giảm.
Sự phụ thuộc này cũng cho phép sử dụng điốt làm cảm biến nhiệt độ.Nếu các bóng bán dẫn chuyển đổi vòng tròn chuông điện tử với cùng một thiết bị, kết quả sẽ rất giống nhau, do đó các bóng bán dẫn thường được sử dụng làm cảm biến nhiệt độ.
Trong trường hợp của chúng tôi, hoạt động của toàn bộ bộ điều chỉnh nhiệt độ chính xác dựa trên đặc tính âm bản âm thanh này của dòng thác với dòng điện cơ sở cố định. Mạch điều khiển nhiệt độ được hiển thị trong Hình 1.
Hình 1. Sơ đồ của bộ điều chỉnh nhiệt (nhấp vào hình ảnh sẽ mở sơ đồ ở quy mô lớn hơn).
Cảm biến nhiệt độ được lắp ráp trên một bóng bán dẫn VT1 loại KT835B. Tải của tầng này là điện trở R1 và các điện trở R2, R3 được đặt chế độ hoạt động bóng bán dẫn dc. Độ lệch cố định, được đề cập ở trên, được đặt bởi điện trở R3 sao cho điện áp trên bộ phát của bóng bán dẫn ở nhiệt độ phòng là khoảng 6,8 V. Do đó, một dấu hoa thị (*) có trong chỉ định của điện trở này trong mạch. Không cần thiết phải đạt được độ chính xác cụ thể ở đây, nếu chỉ có điện áp này không nhiều hơn hoặc ít hơn. Các phép đo phải được thực hiện liên quan đến bộ thu của bóng bán dẫn, được kết nối với dây chung của nguồn điện.
Transitor của cấu trúc p-n-p KT835B không được chọn ngẫu nhiên: bộ thu của nó được kết nối với một tấm kim loại của vỏ, có một lỗ để gắn bóng bán dẫn vào bộ tản nhiệt. Đối với lỗ này, bóng bán dẫn được gắn vào một tấm kim loại nhỏ, mà dây dẫn cũng được gắn vào.
Cảm biến kết quả được gắn bằng kẹp kim loại vào ống sưởi. Vì, như đã lưu ý, bộ thu được kết nối với dây chung của nguồn điện, không cần thiết phải lắp một miếng đệm cách điện giữa đường ống và cảm biến, giúp đơn giản hóa thiết kế và cải thiện tiếp xúc nhiệt.
So sánh
Để đặt nhiệt độ, một bộ so sánh được thực hiện trên bộ khuếch đại hoạt động OP1 loại K140UD608. Thông qua điện trở R5, điện áp từ bộ phát của bóng bán dẫn VT1 được cung cấp cho đầu vào đảo ngược của nó và điện áp từ động cơ của biến trở R7 được cung cấp cho đầu vào không đảo qua điện trở R6.
Điện áp này đặt nhiệt độ tại đó tải sẽ ngắt kết nối. Các điện trở R8, R9 đặt phạm vi trên và dưới để đặt ngưỡng của bộ so sánh, và do đó giới hạn của điều khiển nhiệt độ. Sử dụng điện trở R4 cung cấp độ trễ cần thiết của bộ so sánh.
Thiết bị điều khiển tải
Thiết bị kiểm soát tải được chế tạo trên bóng bán dẫn VT2 và rơle Rel1. Dưới đây là một chỉ dẫn về các chế độ hoạt động của bộ điều chỉnh nhiệt. Các đèn LED này có màu đỏ HL1 và màu xanh lá cây HL2. Màu đỏ có nghĩa là sưởi ấm và màu xanh lá cây đạt được nhiệt độ cài đặt. Diode VD1, được kết nối song song với cuộn dây rơle Rel1, bảo vệ bóng bán dẫn VT2 khỏi các điện áp tự cảm xảy ra trên cuộn dây rơle Rel1 tại thời điểm tắt máy.
Rơle kích thước nhỏ hiện đại cho phép chuyển đổi dòng điện đủ lớn. Một ví dụ về rơle như vậy là rơle Tianbo được hiển thị trong Hình 2.
Hình 2. Rơle kích thước nhỏ Tianbo.
Như có thể thấy trong hình, rơle cho phép chuyển đổi dòng điện lên đến 16A, cho phép bạn điều khiển tải lên đến 3 kW. Đây là tải tối đa. Để tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động của nhóm tiếp xúc, công suất tải phải được giới hạn ở mức 2 ... 2,5 kW. Rơle như vậy hiện đang được sử dụng rất rộng rãi trong các thiết bị gia dụng và ô tô, ví dụ, trong máy giặt. Đồng thời, kích thước của rơle không vượt quá kích thước của hộp diêm!
Làm việc và điều chỉnh một bộ điều chỉnh nhiệt độ
Như đã nói ở đầu bài viết, ở nhiệt độ phòng, điện áp ở bộ phát của bóng bán dẫn VT1 là khoảng 6,8 V, và khi được làm nóng đến 90 ° C, điện áp giảm xuống 5,99 V. Đối với các thí nghiệm như vậy, đèn bàn có chao đèn bằng kim loại thích hợp làm lò sưởi. và để đo nhiệt độ, ví dụ, đồng hồ vạn năng kỹ thuật số của Trung Quốc có cặp nhiệt điện, ví dụ, DT838.Nếu cảm biến của thiết bị lắp ráp được gắn trên chao đèn và đèn được bật thông qua tiếp điểm rơle, thì có thể kiểm tra hoạt động của mạch lắp ráp trong thiết lập như vậy.
Bộ so sánh hoạt động theo cách mà nếu điện áp ở đầu vào đảo ngược (điện áp của cảm biến nhiệt độ) cao hơn điện áp ở đầu vào không đảo (điện áp của điểm đặt nhiệt độ), thì điện áp ở đầu ra của bộ so sánh gần với điện áp của nguồn điện, trong trường hợp này có thể được gọi là điện áp của nguồn so sánh. Do đó, công tắc bóng bán dẫn VT2 mở, rơle được bật và các tiếp điểm rơle bao gồm một bộ phận làm nóng.
Khi hệ thống sưởi ấm lên, cảm biến nhiệt độ VT1 cũng nóng lên. Điện áp trên bộ phát của nó giảm khi nhiệt độ tăng và khi nó trở nên bằng nhau, hoặc thấp hơn một chút so với điện áp được cài đặt trên động cơ của biến trở R7, bộ so sánh chuyển sang trạng thái không logic, vì vậy bóng bán dẫn bị khóa và rơle bị tắt.
Bộ phận làm nóng được khử điện và bộ tản nhiệt bắt đầu làm mát. Cảm biến bóng bán dẫn VT1 cũng nguội đi, và điện áp trên bộ phát của nó tăng lên. Ngay khi điện áp này trở nên cao hơn điện áp R7 đặt, bộ so sánh chuyển sang trạng thái cao, rơle sẽ bật và quá trình sẽ lặp lại.
Một chút về hoạt động của mạch hiển thị, chính xác hơn là về mục đích của các yếu tố của nó. Đèn LED đỏ HL1 bật cùng với cuộn dây rơle Rel1 và cho biết hệ thống sưởi đang sưởi ấm. Tại thời điểm này, bóng bán dẫn VT2 đang mở và đèn LED HL2 chuyển qua diode D2, đèn xanh tắt.
Khi đạt được nhiệt độ cài đặt, bóng bán dẫn sẽ đóng và tắt rơle, và với nó là đèn LED đỏ HL1. Đồng thời, một bóng bán dẫn kín sẽ không còn bỏ qua đèn LED HL2, nó sẽ sáng lên. Diode D2 là cần thiết để đèn LED HL1 và với nó là rơle, không thể bật thông qua đèn LED HL2. Bất kỳ đèn LED đều phù hợp, vì vậy loại của chúng không được chỉ định. Như điốt D1, D2, điốt được sử dụng rộng rãi 1N4007 hoặc KD105B trong nước khá phù hợp.
Cung cấp năng lượng nhiệt
Công suất tiêu thụ của mạch là nhỏ, do đó, bất kỳ bộ chuyển đổi AC nào do Trung Quốc sản xuất đều có thể được sử dụng làm nguồn điện hoặc bộ chỉnh lưu 12V ổn định có thể được lắp ráp. Mức tiêu thụ hiện tại của mạch không quá 200mA, do đó, bất kỳ máy biến áp nào có công suất không quá 5W và điện áp đầu ra 15 ... 17V là phù hợp.
Mạch cấp nguồn được hiển thị trong Hình 3. Cầu diode cũng được chế tạo trên điốt 1N4007 và bộ điều chỉnh điện áp là + 12V trên bộ ổn định loại 7812. Mức tiêu thụ điện nhỏ, do đó bạn không cần phải cài đặt bộ ổn định trên bộ tản nhiệt.
Hình 3. Cung cấp năng lượng nhiệt.
Thiết kế của bộ điều chỉnh nhiệt là tùy ý, hầu hết các bộ phận được gắn trên bảng mạch in, sẽ tốt hơn nếu nguồn điện cũng được gắn ở đó. Cảm biến bóng bán dẫn được kết nối bằng cáp hai dây được bảo vệ, trong khi bộ thu của bóng bán dẫn được kết nối qua màn hình.
Điều mong muốn là có một đầu nối ba chân ở cuối cáp và đối tác của nó trên bảng. Bạn cũng có thể cài đặt một khối thiết bị đầu cuối kích thước nhỏ trên bảng, mặc dù điều này không thuận tiện hơn đầu nối. Kết nối như vậy sẽ hỗ trợ rất nhiều cho việc lắp đặt cảm biến và toàn bộ thiết bị tại nơi sử dụng.
Thiết bị đã hoàn thành phải được đặt trong vỏ nhựa và lắp đặt điện trở cài đặt nhiệt độ R7 và đèn LED HL1 và HL2 bên ngoài. Sẽ tốt hơn nếu các bộ phận này cũng được hàn trên bảng, và các lỗ được tạo ra trong trường hợp cho chúng.
Kết nối với mạng điện và lò sưởi được kết nối thông qua dải đầu cuối, cần được cố định bên trong vỏ nhựa. Để bảo vệ toàn bộ thiết bị, toàn bộ kết nối phải được thực hiện theo PUE, sử dụng thiết bị bảo vệ.
Một vài trong số các bộ điều khiển nhiệt độ này đã được chế tạo, và tất cả chúng đều cho thấy độ chính xác chấp nhận được của điều khiển nhiệt độ, cũng như độ tin cậy rất cao, bởi vì với sự đơn giản như vậy của mạch, thực sự không có gì để phá vỡ.
Boris Aladyshkin
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: