فئات: إلكترونيات عملية, أتمتة المنزل
مرات المشاهدة: 93247
تعليقات على المادة: 8
ترموستات للغلاية الكهربائية
وصف دائرة منظم درجة حرارة بسيطة وموثوق بها لنظام التدفئة.
الشتاء الروسي قاسٍ وبارد ، والجميع يعرفون ذلك. لذلك ، يجب تسخين الأماكن التي يوجد فيها الأشخاص. الأكثر شيوعا هو التدفئة المركزية أو غلايات الغاز الفردية.
غالبًا ما تنشأ المواقف عندما لا يتوفر أحد أو الآخر: على سبيل المثال ، في غرفة نظيفة توجد غرفة صغيرة من محطة ضخ إمدادات المياه ، وهناك يكون السائق في الخدمة على مدار الساعة. كما يمكن أن يكون برج حراسة أو غرفة منفصلة في مبنى كبير غير مأهول. هناك العديد من هذه الأمثلة.
في كل هذه الحالات ، من الضروري ترتيب التدفئة باستخدام الكهرباء. إذا كانت الغرفة صغيرة ، فمن الممكن تمامًا استخدام المبرد الكهربائي المملوء بالنفط للاستخدام المنزلي. بالنسبة للغرفة الكبيرة التي تبلغ مساحتها حوالي 15 - 20 مترًا مربعًا ، يتم ترتيب تسخين المياه في أغلب الأحيان باستخدام مشعاع ملحوم من الأنابيب ، والذي يُسمى غالبًا السجل.
إذا تركت الأشياء تسير بمفردها ولا تراقب درجة حرارة الماء ، فحينها ستغلي عاجلاً أم آجلاً ، وقد تنتهي الحالة في فشل كل شيء غلاية كهربائيةبادئ ذي بدء ، عنصر التدفئة. لمنع حدوث مثل هذا الحدث المؤسف ، يتم التحكم في درجة حرارة التسخين بواسطة ترموستات.
أحد الخيارات الممكنة لمثل هذا الجهاز مقترحة في هذه المقالة. بالطبع ، هذا الشتاء ينفد بالفعل ، لكن لا ينبغي أن ننسى أن الزلاجات أفضل استعدادًا في الصيف.
وظيفيا ، يمكن تقسيم الجهاز إلى العديد من العقد: جهاز استشعار درجة الحرارة نفسه ، جهاز المقارنة (المقارنة) وجهاز التحكم في الحمل. فيما يلي وصف للأجزاء الفردية ومخططها ومبدأ عملها.
استشعار درجة الحرارة
من الخصائص المميزة للتصميم الموضح أنه يتم استخدامه كجهاز استشعار لدرجة الحرارة الترانزستور ثنائي القطب التقليديوالذي يسمح لك بالتخلي عن البحث والشراء الثرمستورات أو أجهزة استشعار من أنواع مختلفة ، على سبيل المثال TCM.
يعتمد تشغيل هذا المستشعر على حقيقة أن معلمات الترانزستورات ، مثلها مثل جميع أجهزة أشباه الموصلات ، تعتمد إلى حد كبير على درجة الحرارة المحيطة. بادئ ذي بدء ، هذا هو التيار المعاكس للمجمع ، والذي يزداد مع زيادة درجة الحرارة ، مما يؤثر على تشغيل ، على سبيل المثال ، مراحل التضخيم. يتم تبديل نقطة التشغيل الخاصة بهم بحيث يحدث تشويه كبير للإشارة ، وفي المستقبل يتوقف الترانزستور ببساطة عن الاستجابة لإشارة الدخل.
هذا الموقف متأصل بشكل أساسي في الدوائر ذات تيار قاعدة ثابت. لذلك ، يتم استخدام دوائر تتالي الترانزستور مع عناصر التغذية المرتدة التي تعمل على استقرار تشغيل المتتالية ككل ، وكذلك تقلل من تأثير درجة الحرارة على تشغيل الترانزستور.
ويلاحظ اعتماد درجة الحرارة هذا ليس فقط بالنسبة للترانزستورات ، ولكن أيضًا بالنسبة للثنائيات. للتحقق من ذلك ، باستخدام مقياس رقمي متعدد ، يكفي "رنين" أي الصمام الثنائي في الاتجاه الأمامي. عادةً ما يُظهر الجهاز رقمًا يقارب 700. وهذا مجرد انخفاض في الجهد المباشر على الصمام الثنائي المفتوح ، والذي يعرضه الجهاز بالميليفولت. بالنسبة إلى ثنائيات السيليكون عند درجة حرارة 25 درجة مئوية ، تبلغ هذه المعلمة حوالي 700 mV ، وبالنسبة لثنائيات الجرمانيوم حوالي 300.
إذا تم الآن تسخين هذا الصمام الثنائي قليلاً ، على الأقل باستخدام مكواة لحام ، فإن هذا الرقم سوف ينخفض تدريجياً ، وبالتالي يعتبر معامل درجة الحرارة لجهد الثنائيات هو -2 مللي فولت / درجة. تشير علامة الطرح في هذه الحالة إلى أنه مع زيادة درجة الحرارة ، سينخفض الجهد الأمامي على الصمام الثنائي.
يسمح هذا الاعتماد أيضًا باستخدام الثنائيات كأجهزة استشعار لدرجة الحرارة.إذا تحولت الترانزستور "رنين" مع الجهاز نفسه ، فإن النتائج ستكون مشابهة جدا ، لذلك غالبا ما تستخدم الترانزستورات وأجهزة استشعار درجة الحرارة.
في حالتنا ، يعتمد تشغيل منظم درجة الحرارة بالكامل على وجه التحديد على هذه الخاصية "السلبية" للتتالي مع تيار قاعدة ثابت. تظهر دائرة تحكم درجة الحرارة في الشكل 1.
الشكل 1. مخطط الترموستات (النقر على الصورة سيفتح المخطط على نطاق أوسع).
يتم تجميع جهاز استشعار درجة الحرارة على نوع الترانزستور VT1 KT835B. الحمل من هذا الشلال هو المقاوم R1 ، ومجموعة المقاومات R2 ، R3 وضع التشغيل الترانزستور العاصمة. تم تحديد التحيز الثابت ، الذي تم ذكره أعلاه فقط ، بواسطة المقاوم R3 بحيث يصل الجهد عند باعث الترانزستور عند درجة حرارة الغرفة إلى حوالي 6.8 فولت. لذلك ، توجد علامة نجمية (*) في تسمية هذا المقاوم في الدائرة. ليس من الضروري تحقيق دقة معينة هنا ، إذا كان هذا الجهد فقط لم يكن أقل بكثير أو أكثر. يجب إجراء القياسات بالنسبة إلى مجمع الترانزستور ، الذي يتصل بالسلك المشترك لمصدر الطاقة.
لم يتم اختيار الترانزستور لهيكل p-n-p KT835B عن طريق الصدفة: جامعها متصل بلوحة معدنية في العلبة ، والتي لها فتحة لتركيب الترانزستور على المبرد. بالنسبة لهذه الفتحة ، يتم توصيل الترانزستور بلوحة معدنية صغيرة ، يتم توصيل سلك الرصاص بها أيضًا.
يتم توصيل المستشعر الناتج باستخدام المشابك المعدنية لأنبوب التدفئة. نظرًا لما ذُكر سابقًا ، فإن المُجمع متصل بالسلك المشترك لمصدر الطاقة ، فليست هناك حاجة إلى تثبيت حشية عازلة بين الأنبوب والمستشعر ، مما يبسط التصميم ويحسن الاتصال الحراري.
المقارنة
لضبط درجة الحرارة ، والمقارنة المحرز في مكبر للصوت التشغيلية OP1 اكتب K140UD608. من خلال R5 المقاوم ، يتم توفير الجهد من باعث الترانزستور VT1 إلى مدخلاتها المقلوبة ، ويتم توفير الجهد من محرك المقاوم المتغير R7 إلى المدخلات غير المقلوبة من خلال المقاوم R6.
يحدد هذا الجهد درجة الحرارة التي سيتم عندها قطع الاتصال. تقوم المقاومات R8 و R9 بتعيين النطاق العلوي والسفلي لتحديد عتبة المقارنة ، وبالتالي حدود التحكم في درجة الحرارة. باستخدام المقاوم R4 يوفر التباطؤ الضروري للمقارنة.
تحميل جهاز التحكم
يتكون جهاز التحكم في الحمل على الترانزستور VT2 والتتابع Rel1. هنا هو إشارة إلى أوضاع التشغيل من الحرارة. هذه المصابيح هي الأحمر HL1 ، والأخضر HL2. اللون الأحمر يعني التدفئة ، واللون الأخضر الذي يتم الوصول إلى درجة الحرارة المحددة. يحمي الصمام الثنائي VD1 ، المتصل بالتوازي مع ملف الترحيل Rel1 ، الترانزستور VT2 من الفولتية الذاتية الاستحثاث التي تحدث على ملف الترحيل Rel1 في وقت إيقاف التشغيل.
مرحلات صغيرة الحجم الحديثة تسمح التبديل التيارات الكبيرة بما فيه الكفاية. مثال على هذا التتابع هو تتابع Tianbo الموضح في الشكل 2.
الشكل 2. مرحلات تيانبو صغيرة الحجم.
كما يتضح من الشكل ، فإن التتابع يسمح بالتبديل الحالي حتى 16A ، مما يسمح لك بالتحكم في حمولة تصل إلى 3 كيلوواط. هذا هو الحد الأقصى للحمل. من أجل تسهيل عمل مجموعة الاتصال قليلاً ، يجب أن تكون قدرة التحميل محدودة بـ 2 ... 2.5 كيلو واط. تُستخدم هذه المرحلات حاليًا على نطاق واسع جدًا في السيارات والأجهزة المنزلية ، على سبيل المثال ، في الغسالات. في الوقت نفسه ، لا تتجاوز أبعاد التتابع حجم علبة الثقاب!
العمل وتعديل منظم درجة الحرارة
كما قيل في بداية المقال ، في فولطية درجة حرارة الغرفة عند باعث الترانزستور VT1 حوالي 6.8 فولت ، وعند تسخينه إلى 90 درجة مئوية ، ينخفض الجهد إلى 5.99 فولت. في مثل هذه التجارب ، يكون مصباح الطاولة مع عاكس الضوء المعدني مناسبًا كسخان. وللقياس درجة الحرارة ، وهو مقياس رقمي متعدد صيني مزود بحرارية ، على سبيل المثال ، DT838.إذا تم تثبيت مستشعر الجهاز المجمع على عاكس الضوء ، وتم تشغيل المصباح من خلال جهة اتصال الترحيل ، فسيكون من الممكن التحقق من تشغيل الدائرة المجمعة في مثل هذا الإعداد.
يعمل المقارنة بطريقة تجعل الجهد عند دخل المقلوب (جهد مستشعر درجة الحرارة) أعلى من الجهد عند مدخلات غير المقلوب (الجهد من نقطة ضبط درجة الحرارة) ، والجهد عند خرج المقارن قريب من جهد مصدر الطاقة ، في هذه الحالة يمكن أن يسمى وحدة منطقية. لذلك ، يكون مفتاح الترانزستور VT2 مفتوحًا ، ويتم تشغيل التتابع ، وتتضمن جهات اتصال التتابع عنصر تسخين.
مع ارتفاع درجة حرارة نظام التدفئة ، يزداد مستشعر درجة الحرارة VT1 أيضًا. ينخفض الجهد على باعثه مع زيادة درجة الحرارة ، وعندما يصبح مساوياً ، أو أقل قليلاً من الجهد المركب على محرك المقاوم المتغير R7 ، ينتقل المقارن إلى حالة من الصفر المنطقي ، وبالتالي يتم قفل الترانزستور ويتم إيقاف تشغيل المرحل.
يتم إلغاء تنشيط عنصر التسخين ويبدأ المبرد في البرودة. يبرد مستشعر الترانزستور VT1 أيضًا ، ويزداد الجهد على باعثه. بمجرد أن يصبح هذا الجهد أعلى من ذلك الذي حدده المقاوم R7 ، يذهب المقارنة إلى حالة عالية ، سيتم تشغيل التتابع وستتكرر العملية مرة أخرى.
قليلا عن تشغيل دائرة العرض ، وبشكل أكثر دقة ، عن الغرض من عناصرها. يتم تشغيل LED HL1 الأحمر مع ملف الترحيل Rel1 ، ويشير إلى أن نظام التدفئة يتم تسخينه. في هذا الوقت ، يكون الترانزستور VT2 مفتوحًا ، ويضيء مصباح HL2 من خلال الصمام الثنائي D2 ، الضوء الأخضر مطفأ.
عند الوصول إلى درجة الحرارة المحددة ، فإن الترانزستور سيغلق وينطفئ التتابع ، ومعه LED HL1 الأحمر. في الوقت نفسه ، لن يتجاوز الترانزستور المغلق مصباح HL2 ، الذي سيضيء. يعد الصمام الثنائي D2 ضروريًا بحيث لا يمكن تشغيل مصباح HL1 ، ومعه التتابع ، عبر مصباح HL2. أي مصابيح LED مناسبة ، لذلك لم يتم تحديد نوعها. كما الثنائيات D1 ، D2 ، الثنائيات المستوردة على نطاق واسع 1N4007 أو KD105B المحلية مناسبة تماما.
ترموستات امدادات الطاقة
الطاقة التي تستهلكها الدائرة صغيرة ، لذلك يمكنك استخدام أي محول تيار متردد صيني الصنع كمصدر طاقة ، أو تجميع مقوم ثابت بجهد 12 فولت. الاستهلاك الحالي للدائرة لا يزيد عن 200 مللي أمبير ، لذلك فإن أي محول بقدرة لا تزيد عن 5 وات ويبلغ جهد الخرج 15 ... 17V مناسب.
يظهر الشكل 3 دائرة تزويد الطاقة في جسر الصمام الثنائي أيضًا في الثنائيات 1N4007 ، ومنظم الجهد هو 12 فولت على عامل تثبيت متكامل من النوع 7812. استهلاك الطاقة صغير ، لذلك لا تحتاج إلى تثبيت المثبت على الرادياتير.
الشكل 3. ترموستات امدادات الطاقة.
تصميم الترموستات تعسفي ، حيث يتم تركيب معظم الأجزاء على لوحة دوائر مطبوعة ، فمن الأفضل إذا تم تركيب مصدر الطاقة هناك أيضًا. يتم توصيل مستشعر الترانزستور باستخدام كبل محمي من سلكين ، بينما يتم توصيل مجمّع الترانزستور عبر شاشة.
من المرغوب فيه وجود موصل بثلاثة أسنان في نهاية الكبل ونظيره في اللوحة. يمكنك أيضًا تثبيت كتلة طرفية صغيرة الحجم على اللوحة ، رغم أن هذا أقل ملاءمة من الموصل. مثل هذا الاتصال سوف يسهل إلى حد كبير تثبيت المستشعر والجهاز بأكمله ككل في مكان الاستخدام.
يجب وضع الجهاز النهائي في علبة بلاستيكية ، وتثبيت مقاوم ضبط درجة الحرارة R7 و LEDs HL1 و HL2 بالخارج. من الأفضل أن تكون هذه الأجزاء ملحومة أيضًا على السبورة ، وتُصنع ثقوب في هذه الحالة.
يتم توصيل الاتصال بشبكة الطاقة والسخان من خلال الشريط الطرفي ، الذي يجب أن يكون ثابتًا داخل العلبة البلاستيكية. لحماية الجهاز بأكمله ككل ، يجب إجراء الاتصال وفقًا لـ PUE ، باستخدام معدات الحماية.
تم إجراء العديد من هذه الترموستات ، وأظهرت جميعها دقة مقبولة للتحكم في درجة الحرارة ، بالإضافة إلى موثوقية عالية للغاية ، لأنه مع هذه البساطة من الدائرة لا يوجد شيء يمكن كسره بالفعل.
بوريس الأديشين
انظر أيضا في electro-ar.tomathouse.com
: