Поиск по этому блогу

28 дек. 2013 г.

Простые терморегуляторы

Многим радиолюбителям известен так называемый "триггерный эффект" на пороге срабатывания термо-, фотореле, автоматического зарядного устройства и т.п. Устройство может сработать нормально десятки раз, но иногда бывает такой неприятный момент, когда исполнительное реле включится, сразу же выключится, опять включится и т.д. Такое явление может проявляться довольно длительное время - "подгорают" контакты реле, да и ресурс времени работы реле не безграничен. Если в схеме применены тиристоры, то при частом включении-выключении они могут греться и выходить из строя, а также давать помехи в питающую сеть. На рис.1 показана схема терморегулятора на реле, в котором такое вредное явление, как "триггерный эффект", отсутствует.
Терморегулятор на реле
Предположим, что данный терморегулятор используют для регулировки температуры воздуха в инкубаторе. Если температура в инкубаторе ниже +38°С (выставляют переменным резистором R4), сопротивление терморезистора R3 сравнительно большое и компаратор на DA1 находится в режиме положительного насыщения, транзисторы VT1 и VT2 открыты, реле К1 притянуто, и происходит нагревание воздуха в инкубаторе. При достижении в инкубаторе температуры +38°С сопротивление терморезистора R3 становится меньше и компаратор перебрасывается в состояние отрицательного насыщения (на выходе потенциал общего провода), закрываются транзисторы VT1 и VT2, реле К1 отпускает. В связи с тем, что последовательно с резистором R1 включен резистор R2, который шунтируется нормально замкнутыми контактами реле К1, реле включается при одной температуре, а выключается при другой, т.е. поддерживается температура в инкубаторе в пределах, например, +37,5...38°С. Необходимая разность температур обеспечивается подбором резистора R2. Таким образом, такое вредное явление, как "триггерный эффект", в данной схеме терморегулятора отсутствует. Напряжение срабатывания реле К1 должно быть не ниже 10 В, контакты реле должны выдерживать коммутируемый переменный ток и быть рассчитаны на напряжение не менее 250 В. Печатная плата терморегулятора показана на рис.2.
Печатная плата терморегулятора
На рис.3 показана схема терморегулятора с тиристором в силовой части, которая также свободна от явления "триггерного эффекта".
Терморегулятор с тиристором
Предположим, что данный терморегулятор также используют для инкубатора, необходимая температура воздуха в нем должна быть в пределах +38...39°С (данный диапазон температур выставляют переменным резистором R4). На ОУ микросхемы DA1 выполнен двухпороговый компаратор. Если температура в инкубаторе ниже +38°С, сопротивление терморезистора R3 сравнительно большое, и оба компаратора находятся в состоянии положительного насыщения (уровень лог."1" на их выходах). На логических элементах DD1.2, DD1.3 построен RS-триггер. Если температура воздуха в инкубаторе ниже +38°С, на входе S RS-триггера присутствует лог."0" (после инвертора DD1.1), на входе R - лог."1", триггер находится в "единичном" состоянии (лог."0" на его инверсном выходе 4 DD1.3). При этом транзистор VT1 закрыт, на управляющий электрод тиристора VS1 подается положительный потенциал относительно его катода, тиристор открыт, нагревательный элемент Rн включен. При достижении температуры воздуха в инкубаторе +38°С сопротивление терморезистора R3 уменьшается, компаратор на DA1.1 перебрасывается из состояния положительного насыщения в состояние отрицательного насыщения, на его выходе устанавливается лог."0", на входе S триггера - лог."1", но триггер остается в "единичном" состоянии, нагревательный элемент RH включен. Когда температура воздуха в инкубаторе достигнет значения +39°С, лог."0" появится и на выходе компаратора DA1.2, который по входу R RS-триггера установит его в "нулевое" состояние. При этом на выводе 4 DD1.3 появится лог."1", которая откроет транзистор VT1, на управляющем электроде тиристора VS1 установится низкий потенциал относительно его катода, тиристор закроется, и нагреватель отключится от питающей сети. Когда температура воздуха в инкубаторе станет ниже +39°С, но выше +38°С, в состояние положительного насыщения установится компаратор DA1.2, но лог."1" на входе R триггера не изменит его нулевого состояния, и нагреватель по-прежнему будет отключен. И только при понижении температуры воздуха в инкубаторе ниже +38°С, в состояние положительного насыщения установится компаратор DА 1.1, на вход S триггера поступит лог."0", который включит в работу нагреватель Rн. Таким образом, температура в инкубаторе поддерживается в пределах +38...+39°С (необходимую разность температур достигают подбором сопротивления резистора R2), и явление "триггерного эффекта" в данной схеме терморегулятора отсутствует. Печатная плата терморегулятора показана на рис.4.
Печатная плата терморегулятора
При налаживании и эксплуатации устройства необходимо соблюдать осторожность и не касаться деталей, так как в схеме присутствует потенциал сети. Целесообразно для более точной и плавной регулировки температуры подобрать переменный резистор R4 (также и в схеме рис.1). Диоды VD1-VD4 можно исключить. В этом случае на нагревателе Rн будет только одна полуволна сетевого напряжения, т.е. при мощности 500 Вт на нагревателе будет выделяться 250 Вт, и значительно возрастет надежность и долговечность самого нагревателя. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора Т1 должно быть в пределах 13...16 В.

Регулятор температуры паяльника.
Этот очень простой регулятор позволяет поддерживать па­яльник в горячем состоянии, но с недогревом. С помощью регулирующего элемента мощность паяльника, рассчитанно­го на 50 Вт, устанавливается в пределах от 25 до 48 Вт. Прин­ципиальная схема регулятора приведена на рис.
Регулятор температуры паяльника
С помощью диода Д1 на паяльник подаются положитель­ные полупериоды сетевого напряжения 220 В. Отрицатель­ные полупериоды подаются через тринистор Д2, который управляется переменным резистором R2. Резистор R1 слу­жит для ограничения тока управляющего электрода и вмес­те с конденсатором С1 создает необходимый для регулиров­ки сдвиг фазы.
Простой терморегулятор
Этот терморегулятор предназначен для поддержания темпе­ратуры в замкнутом объеме, например в термостате, с помо­щью включения или выключения вентилятора. Пределы регу­лировки составляют от 28 до 40 °С, точность ±1 °С. Питание осуществляется от батарей или внешнего блока питания на­пряжением 12 В. Принципиальная схема регулятора показана на рис.
Простой терморегулятор
На транзисторах Т1 и Т2 собран триггер Шмитта, работа которого управляется делителем напряжения, состоящим из резистора R2 и термистора R8. Питание делителя произво­дится стабилизированным напряжением с помощью стаби­литрона Д1 и резистора R1.
При пониженной температуре в контролируемом объеме сопротивление термистора и напряжение на базе транзисто­ра Т1 велико, он открыт, а транзистор Т2 заперт. Поэтому электромагнитное реле Р1 обесточено и его контакты разом­кнуты. При увеличении температуры, сверх установленной переменным резистором R4, напряжение на базе Т1 умень­шается и триггер опрокидывается. Теперь отпирается тран­зистор Т2 и срабатывает реле, замыкающимися контактами которого включается вентилятор. Диод ДЗ предохраняет транзистор Т2 вследствие пробоя от воздействия ЭДС само­индукции обмотки реле.
Вместо указанных на схеме элементов можно использо­вать транзисторы КТ315Б, стабилитрон КС147А, диоды Д101, термистор СТ1-17. В качестве реле можно установить РЭС10, паспорт РС4.524.312.
Терморегулятор по схеме триггера Шмитта.
Этот автоматический регулятор предназначен для поддержа­ния постоянной температуры в диапазоне от 10 до 50 °С с максимальной ошибкой не более ±1 °С. Максимальная мощ­ность нагревателя составляет 500 Вт. Принципиальная схе­ма регулятора приведена на рис.
Терморегулятор по схеме триггера Шмитта
На транзисторах Т1 и Т2 собран триггер Шмитта. Пере­менные резисторы R2 и R5 служат для установки порога его опрокидывания. В качестве термочувствительного элемента использован терморезистор R1 типа КМТ-10. Назначением резистора R3 является снижение сопротивления между ба­зой Т1 и шиной питания до 30 кОм. В цепь коллектора тран­зистора Т2 включена обмотка реле Р1. Диод Д2 защищает ранзистор от пробоя возникающей ЭДС самоиндукции об­мотки реле.
Триггер питается стабилизированным напряжением бла­годаря использованию стабилитрона ДЗ. Схема имеет бес­трансформаторное питание с гасящим конденсатором СЗ и выпрямительным мостом на диодах Д4-Д7. Конденсаторы С1 и С4 предназначены для устойчивого срабатывания реле и снижения нагрузки на его контакты Р1/1. Лампочка Л1 сигнализирует о подаче питания на устройство.
Вместо транзисторов МП42Б можно использовать КТ361Б, а вместо диодов Д226Б - КД105Б. В регуляторе ис­пользовано открытое электромагнитное реле типа МРЦ-1, паспорт Ю.171.80.33.
Терморегулятор на тиристоре.
Этот терморегулятор рассчитан на подключение нагрева­тельного прибора мощностью до 500 Вт. Принципиальная схема терморегулятора приведена на рис.
Терморегулятор на тиристоре
Чувствительным элементом в этой схеме служит терморе­зистор R5 типа ММТ-4, который вместе с резисторами R4 и R11 включен на входе триггера Шмитта на транзисторах Т1 и Т2. Пока температура равна или больше установленной переменным резистором R11, транзистор Т1 заперт, Т2 от­крыт, ТЗ заперт. Поэтому потенциал катода тиристора Д10 такой же, как потенциал управляющего электрода. Тиристор заперт, и напряжение сети не проходит через диодный мост Д6-Д9. К нагревателю питание не поступает.
Если температура меньше заданной, сопротивление тер­морезистора увеличивается, напряжение на базе транзисто­ра Т1 тоже увеличивается и триггер опрокидывается. Тогда транзистор ТЗ отпирается, и падением напряжения на рези­сторе R9 отпирается тиристор. В результате диодный мост становится проводящим, и к нагревателю поступает напря­жение сети.
Трансформатор Tpl собирается на сердечнике Ш 12x25. Обмотка I содержит 8000 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,1 мм, а обмотка II - 170 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,4 мм. В качестве ТЗ можно использовать транзистор КТ315А. В связи с тем, что тиристоры КУ201Л допускают прямое на­пряжение в запертом состоянии не более 300 В, а амплитуд­ное значение сетевого напряжения составляет 311 В, во из­бежание пробоя тиристора рекомендуется вместо КУ201Л использовать тиристор КУ202М или КУ202Н, допускающие указанное напряжение до 400 В.