Термостат с раздельными порогами включения и выключения

Грунеев Н.П.
Если температура должна поддерживаться в определенных пределах будет удобнее термостат, в котором можно установить нижний и верхний пределы температуры, а не нижнюю температуру и гистерезис, как это бывает обычно. К тому же, такой термостат будет более бережно работать с отопительным оборудованием,
поскольку процесс включения и выключения оборудования будет происходить не так часто.


Принципиальная схема прибора показана на рисунке 1.
Датчик температуры -полупроводниковый терморезистор R2, он устанавливается в теплице или другом помещении, где нужно поддерживать температуру, и соединяется со схемой термостата экранированным кабелем (можно использовать кабель телевизионный типа РК-75), как это сделано у автора, либо все устройство можно расположить в теплице, соединив его с отопительным прибором и источником питания 4-про-водным кабелем.
Для измерения сопротивления терморезистора есть два компаратора на ОУ микросхемы А1. Компаратор на А1.1 следит за нижним порогом температуры, а компаратор А1.2 - за верхним. На измерительные входы компараторов поступает постоянное напряжение с делителя, образованного резисторами R1 и R2. Конденсатор С4 нужен для подавления помех или наводок, радиопомех, которые могут поступать на провод, соединяющий терморезистор со схемой или на сам терморезистор из окружающей среды.
На опорные выводы компараторов поступает постоянное напряжение, соответственно, с делителей R3-R4 и R8-R9. Резистором R3 устанавливается минимально допустимая температура, а резистором R9 - максимально допустимая.
Когда температура понижается ниже допустимого контрольного предела напряжение на терморезисторе оказывается больше напряжения на R4. Поэтому на выходе А1.1 появляется высокий логический уровень. Это приводит к тому, что открываются транзисторы VT1 и VT3 открываются и включают электромагнитное реле К1. Реле с двумя замыкающими контактными группами. Одна группа служит для включения отопительного прибора, а вторая для самоблокировки реле, работающего здесь как «электромеханический триггер». Поскольку транзисторы VT3 и VT4 так же открыты, реле этой контактной группой через них самоблокируется.
В процессе работы отопителя температура в теплице (или другом помещении, где установлен отопитель и термостат) повышается. Сопротивление терморезистора R2 снижается, и снижается напряжение на нем. Довольно быстро оно становится ниже напряжения на R4 и на выходе компаратора А1.1 появляется низкий логический уровень. Транзисторы VT1 и VT2 закрываются, но реле остается включенным за счет своих контактов, используемых для самоблокировки.
С дальнейшим нагревом температура достигает верхнего предела, установленного резистором R9. И напряжение на терморезисторе оказывается ниже напряжения на R10. На выходе А1.2 появляется логический ноль, транзисторы VT3 и VT4 закрываются и реле К1 выключает отопительный прибор.
Температура начинает снижаться, а напряжение на R2 увеличиваться. Довольно быстро напряжение на R2 становится больше напряжения на R10, и на выходе компаратора А1.2 появляется логическая единица. Транзисторы VT3 и VT4 открываются, но реле остается выключенным до тех пор, пока напряжение на R2 не достигнет напряжения на R4.
Далее весь процесс повторяется.
В схеме есть светодиоды HL1 и HL2, но их главная задача не в индикации. Дело в том, что верхний и нижний уровень на выходе операционного усилителя К157УД2 отличается от, соответственно, напряжения питания и нуля напряжения. Поэтому, когда на выходе К157УД2 логический ноль, там на самом деле есть некоторое напряжение около 2-3V. Этого вполне достаточно чтобы открыть транзисторный ключ. Чтобы этого не происходило данное напряжение нужно компенсировать, подавая на базу транзистора напряжение через пороговое устройство, вроде стабилитрона. Так как стабилитроны на 3V довольно редкая вещь, вместо стабилитронов были использованы зеленые индикаторные светодиоды АЛ307ВМ, у которых прямое напряжение 2,8V (плюс падение по 0,7V на базах транзисторов, и того 4,2V, -более чем достаточно для надежного закрывания ключей). Вместо светодиодов можно так же использовать и цепочки из 4-5 кремниевых диодов.
Здесь используется полупроводниковый терморезистор (с отрицательным коэффициентом изменения сопротивления) номинальным сопротивлением 6,8 кОм. Совсем не обязательно чтобы он был именно таким. Можно взять терморезистор практически любого номинального сопротивления в пределах от 3 до 100 кОм. Только в этом случае нужно соответственно изменить и сопротивление резистора R1, которое должно составлять примерно 25% от номинального сопротивления терморезистора. Если будет терморезистор с положительным изменением сопротивления (то есть, чем выше температура, тем выше сопротивление), тогда нужно R1 и R2 поменять местами.
Конструктивно терморезистор нужно выполнить в водозащищенном виде, но при этом обеспечить хорошую теплопроводность. Можно в качестве корпуса использовать стеклянную колбу или небольшую баночку от лекарств. Поместить в неё терморезистор и засыпать хорошо промытым и высушенным речным песком. Затем закрыть резиновой крышкой или пробкой, через которую выпустить провода.
Сдвоенный ОУ К157УД2 можно заменить любым другим сдвоенным, или двумя одиночными ОУ, например, такими как К140УД6, КР140УД608. Конденсаторы С1 и С2 устанавливаются в зависимости от необходимости по типовой схеме используемых ОУ.
Транзисторы ВС548 можно заменить на КТ3102, КТ315. Транзисторы BD135 можно заменить на BD137, BD139 или КТ815, КТ817.
Реле типа TR99-12VDC-SB-CD - реле с обмоткой на 12V и двумя переключающими контактными группами, допускающими ток 5А и напряжение 230V. Можно использовать другое аналогичное реле или реле с аналогичными параметрами. Но, обычно в продаже встречаются реле с одной контактной группой. В таком случае нужно приобрести два реле, - одно более мощное для управления отопителем, и другое маломощное для самоблокировки. Их обмотки включить параллельно.
Для налаживания нужен образцовый термометр, емкость с водой и нагреватель воды.
На втором рисунке привожу схему сигнализатора, который можно использовать при ручном управлении отопительным прибором. Светодиод HL1 индицирует снижение температуры до нижнего предела, a HL2 - повышение температуры до верхнего предела. Зуммер (со встроенным генератором) индицирует выход температуры за заданный интервал в любую сторону (он для привлечения внимания).

РК 04-2015

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Счетчик тИЦ и PR