Термостат для масляного радиатора

Прибор предназначен для мас­ляных радиаторов, не имею­щих непрерывной регулировки тем­пературы (только одну или две сту­пени). Получается слишком грубая установка (либо чрезмерно силь­ный нагрев, либо недостаточный). Несоответствующая температура порождает дискомфорт, особенно во время сна.

Предлагаемый термостат состо­ит из четырех основных блоков: измерительного мостика, генера­тора пилообразного сигнала, ком­паратора и силового каскада. Блок-схема устройства приведена на рис.1.

 В процессе работы при­бора сигнал рассогласования (ошибки) измерительного мостика поступает на компаратор, где сравнивается с медленно нараста­ющим пилообразным напряжени­ем. Если сигнал датчика превыша­ет мгновенное значение пилооб­разного сигнала, то на выходе ком­паратора формируется высокий уровень, приближающийся к пита­ющему напряжению. Этот уровень включает контрольный светодиод и через оптоэлектронную развязку открывает триак (симистор), осуще­ствляющий коммутацию силовой цепи, в которую включен нагреватель.

Включенный нагреватель повыша­ет температуру, вследствие чего уменьшается сигнал ошибки, со­зданный измерительным мостиком.

При совпадении измерительного сигнала ошибки с пилообразным (температура в помещении соответ­ствует заданной) на выходе компа­ратора появляется низкий уровень, оптосимистор отключается и вы­ключает триак. Нагреватель обесто­чивается.

Схема устройства показана на рис.2. Для контроля температуры использован датчик типа KTY81-120 с положительным температурным коэффициентом. Сопротивление датчика при температуре 20°С со­ставляет примерно 1 кОм. Этот дат­чик включен в одно из плеч моста Уитстона (Wheatstone), тогда как во второе плечо включена цепочка из нескольких подстроечных резисто­ров, задающих минимальную и мак­симальную температуру, и перемен­ного регулировочного потенциомет­ра. Выходной сигнал моста посту­пает на операционный усилитель 1С1а. Усиление каскада, зависящее от чувствительности термостата, задается при помощи резистора обратной связи R4. Операционный усилитель 1С1Ь включен как повто­ритель напряжения, подобно бу­ферному каскаду.

Генератор пилообразного сигнала построен на микросхеме таймера серии 555. Период пилообразного сигнала составляет примерно 2 с, однако точное его значение не кри­тично. Пилообразный сигнал снима­ется с конденсатора СЗ, его ампли­туда изменяется между 4 и 8 В. Он поступает на буферный каскад, по­строенный с помощью операционно­го усилителя IC1d. На выходах обоих буферных каскадов отмечены конт­рольные точки М1 и М2, облегчаю­щие настройку. В качестве компара­тора служит операционный усили­тель 1С1с, на который подаются вы­ходные сигналы буферных каскадов.

Если значение сигнала ошибки превышает мгновенное значение пилообразного сигнала, на выходе появляется высокий уровень. При увеличении сигнала ошибки пило­образный сигнал позже достигает значения сигнала ошибки, вслед­ствие этого на выходе продолжает поддерживаться высокий уровень, и масляный радиатор остается включенным.

К выходу компаратора подклю­чен контрольный светодиод D с токоограничительным резистором R9, информирующий о текущем режиме работы термостата. Сюда же подсоединен вход олтоэлектронного симистора типа МОСЗОбЗ. Этот оптосимистор обеспечивает гальваническую развязку схемы управления от силовой цепи и включает силовой симистор в моменты времени, когда сетевое на­пряжение переходит через ноль. Тем самым минимизируется вели­чина помех, поступающих от уст­ройства в сеть (по сравнению с фазоимпульсным управлением симистором). Резистор R11 огра­ничивает ток оптосимистора и уп­равляющего электрода триака, цепочка R12-C4 фильтрует воз­можные помехи. Важно, чтобы ра­бочее напряжение конденсатора С4 было не менее 600 В.

Питание схемы управления осу­ществляется от источника питания, приведенного на рис.3. 

Выходное напряжение стабилизируется мик­росхемой 78L12. Блок питания вы­полнен на отдельной плате.

Детали термостата размещаются на печатной плате из односторон­него стеклотекстолита размерами 84x40 мм, чертеж которой и схема размещения элементов представ­лены на рис.4. После изготовления платы тщательно проверяем ее (особенно возле оптосимистора) на отсутствие коротких замыканий пе­чатных дорожек.

Монтаж деталей начинаем с пе­ремычки, после чего установка де­талей продолжается в традицион­ном порядке (начиная с самых мел­ких). Регулировочный потенцио­метр Р1, как и индикаторный светодиод D, размещаем на передней панели. Триак устанавливаем на радиатор с эффективной поверхно­стью 80x98 мм. Радиатор такой пло­щади достаточен для управления масляным радиатором мощностью 2 кВт. Для фиксации термочувстви­тельного элемента на передней па­нели прибора сверлится отверстие, в которое вставляется пробка и про­деваются насквозь выводы термистора. К выводам внутри корпуса припаивем провода, которые соеди­няем с печатной платой.

После монтажа платы подключа­ем к ней светодиод, потенциометр и термочувствительный элемент. Триак пока не включаем. Подаем на плату напряжение 12 В. Переводим потенциометр Р1 (рис.2) и триммер РЗ в среднее положение, затем с помощью триммера Р2 задаем на­пряжение 6 В на выходе IC1 b (в точ­ке М1). При этом контрольный све­тодиод должен периодически вспы­хивать с коэффициентом заполне­ния примерно 50%. При уменьше­нии сопротивления Р1 или подогре­ве термочувствительного элемента коэффициент заполнения при све­чении должен уменьшаться.

Для окончательной настройки под­ключаем нагреватель. Потенцио­метр и триммеры устанавливаем так, чтобы светодиод непрерывно светился. Нагреватель должен вклю­читься. Ждем, пока температура достигнет значения, которое мы хотим задать минимальным. Устанав­ливаем потенциометр Р1 на мини­мальное сопротивление, после чего на выходе IC1 b задаем напряжение 4...4,5 В при помощи триммера Р2. При этом светодиод периодически вспыхивает. Затем устанавливаем потенциометр Р1 и триммер РЗ в максимальное положение и ждем, пока температура достигнет желае­мого максимума. Задав напряжение 4.. .4,5 В на выходе IC1 b триммером Р2, контролируем отключение нагре­вателя. Для удобства пользования возле оси (ручки) потенциометра Р1 стоит нарисовать шкалу.

В качестве термочувствительного элемента используется любой из се­рии KTY81-1XX без преобразования схемы. Можно использовать также элементы серии KTY81-2XX, но в этом случае сопротивление R3 должно быть 1,8 кОм. То же самое относится и к серии KTY83, различие между ними состоит только в маркировке.

Вместо IC1 можно использовать схему любого другого типа, содержа­щую четыре операционных усилите­ля. Если важны малые размеры, то буферные каскады IC1 b и IC1 d мож­но исключить, поскольку входное со­противления компаратора достаточ­но велико. В преобразованной таким образом схеме можно использовать практически любые сдвоенные опе­рационные усилители широкого при­менения.

Если в процессе эксплуатации наблюдается нестабильность за­данной температуры, возможно, схема обладает слишком большой инерционностью.Тогда следует уве­личить сопротивление R4.

Radiotechnika №5/07.

Перевод В. Стасюка.

A.LORINCZ.