Стабілізатори температури у побутових пристроях. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Регулятори потужності, термометри, термостабілізатори

 Коментарі до статті

Опублікована стаття присвячена вибору та практиці реалізації електронних автоматів, призначених для підтримки необхідної температури у різних побутових пристроях. Рекомендації автора можуть бути корисними багатьом радіоаматорам - конструкторам.

Область застосування стабілізаторів температури у пристроях, які у домашньому господарстві, досить широка. Це, наприклад, сховища овочів, акваріуми, малогабаритні інкубатори, камери теплової обробки бджіл, теплиці та багато іншого. Конструювання термостабілізаторів різного призначення, опису їх роботи присвячена велика література. Проте ця тема, на мій погляд, залишається актуальною, особливо для тих, хто вирішив самостійно побудувати такі пристрої. Враховуючи певні труднощі, пов'язані з придбанням ряду деталей, та різні умови експлуатації стабілізаторів, хотілося б перед описом конкретних конструкцій зупинитись на деяких загальних питаннях.

Насамперед, приступаючи до конструювання термостабілізатора, необхідно визначити потужність нагрівача, що забезпечує необхідну температуру заданому обсязі. Це - окреме, часом складне завдання, яке потребує теплотехнічних розрахунків. Для орієнтовних розрахунків можна скористатися простими формулами. Так, наприклад, для захисту від замерзання продуктів у вашому сховищі для овочів при температурі зовнішнього повітря до -30°С в ящику, виконаному з дощок або ДСП товщиною 20 мм, з шаром пінопласту товщиною 25...30 мм, необхідна потужність нагрівача повинна бути такою , Як зазначено в [1]: Р = V2/3, де Р - потужність нагрівача, виражена у ВАТ; V- внутрішній обсяг ящика в літрах.

Для лоджії, каркасної теплиці з покриттям зі скла або поліетилену необхідну сумарну потужність нагрівача визначають за такою формулою [2]:

Р = 1,23 · Sп · Kт (tвн - tнap),

де Р - потужність нагрівача у ватах; Sп - сумарна площа поверхні охолодження (стіни, підлога, стеля) м2; Кт - коефіцієнт теплопередачі у Вт/м2 °С; tвн і tнар - відповідно внутрішня та зовнішня температура у градусах. Значення коефіцієнта Кт може бути від Кт = 3,3 (для подвійного скління) до Кт = 7,5 (для одношарової поліетиленової плівки).

Будь-який стабілізатор температури включає чутливий елемент - датчик температури і підсилювач сигналу датчика; пристрій порівняння сигналів чи компаратор; електронний ключ, який виконує функції виконавчого пристрою; блок живлення та нагрівальний елемент.

Як датчик температури зазвичай використовують терморезистори серій KMT, MMT, СТ, температурний коефіцієнт опору (ТКС) яких негативний - 2...7 %/град. - і змінюється залежно від температури, а допуск значення опору терморезистора становить 10...30%. У аматорських термостабілізаторах терморезистори застосовують найчастіше через великий ТКС. Однак їх суттєва нелінійність і великі допуски вимагають індивідуального регулювання термостабілізаторів, що конструюються, градуювання шкал, ускладнює заміну у разі ремонту.

Розрахунок параметрів моста з напівпровідниковим терморезистором, при підвищених вимогах до точності, викладено, наприклад, [3, 4].

Найкращі метрологічні характеристики мають термодатчики серії ТСМ - мідні. Їх ТКС - позитивний, але становить всього 0,3% / град. = 1/293 °, причому лінійність характеристики забезпечується в широкому діапазоні температур. Вони відносяться до приладів високого класу точності (0,1...0,5%) і можуть працювати навіть у агресивних середовищах. Недолік ТСМ – відносно велика довжина (близько 300 мм) та висока вартість.

Менш відомий як термодатчик кремнієвий діод, негативний коефіцієнт перетворення якого дорівнює 2 мВ/град. [5, 6]. Практично будь-який малопотужний кремнієвий діод забезпечить лінійне перетворення температури на напругу.

Будь-який із перерахованих тут термоперетворювачів зазвичай включають в одне з плечей резистивного моста, джерело живлення якого стабілізовано. Вихідний сигнал моста подають на вхід пристрою порівняння або, якщо це необхідно, підсилюють попередньо. Для порівняння сигналів найзручніше використовувати компаратор, що є операційним підсилювачем (ОУ) з позитивним зворотним зв'язком. Функцію порівняння можуть виконувати будь-які ОУ серії К140, К553 або спеціально розроблені компаратори серії К554. Найбільш кращим є компаратор К554САЗ, що забезпечує вихідний струм до 50 мА, що дозволяє без додаткового підсилювача безпосередньо включати електромагнітне реле виконавчого механізму.

Вибір того чи іншого типу реле визначається двома факторами - значенням струму спрацьовування та допустимою напругою та струмом його комутуючих контактів. При напрузі мережі 220 контакти реле повинні надійно комутувати струм нагрівача. Найбільш поширені малопотужні реле – РЕМ8, РЕН18 [7]. Обмотки реле РЕН20 та МКУ-48 (паспорт 4.509.146) розраховані на роботу безпосередньо від мережі змінної напруги 220 В при допустимому струмі контактів 5 А, що на практиці дозволяє використовувати їх у більшості випадків. При паралельному з'єднанні двох контактних груп ці реле забезпечують включення нагрівачів загальною потужністю до 2,2 кВт. Крім електромагнітного реле елементом виконавчого пристрою, що включає нагрівач, може бути триністор або симістор.

Ці прилади дозволяють комутувати струм нагрівачів до 80 А. Відсутність контактів робить їх застосування кращим. Щоправда, сама конструкція термостабілізатора стає складнішою, ніж з електромагнітним реле у виконавчій ланці.

Блок живлення термостабілізатора - це, як правило, трансформатор, що знижує напругу мережі до 13...16 В, з одним - двома випрямлячами та найпростішими стабілізаторами випрямленої напруги. Потужність мережевого трансформатора зазвичай не перевищує 10...15 Вт. Можна використовувати уніфіковані трансформатори серії ТПП, які мають необхідний набір вторинних обмоток [8].

Як джерело тепла, особливо сточки зору електробезпеки, найкраще використовувати трубчасті електронагрівачі - ТЕН; придатні, звичайно, і звичайні лампи розжарювання, які розраховані на напругу мережі.

Сьогодні існує чимало схемотехнічних рішень побудови термостабілізаторів, у яких перелічені елементи поєднуються у різних комбінаціях. Для орієнтування у виборі стабілізатора температури, що конструюється, можна скористатися запропонованою тут таблицею, в якій наведені основні технічні дані деяких термостабілізаторів, опублікованих раніше в "Радіо".

Одночасно пропоную для повторення термостабілізатор широкого застосування (рис. 1), в якому датчиком температури служить кремнієвий діод або мідний резистор. Інша відмінність цього варіанта електронного автомата – відсутність у ньому транзисторів та наявність мікроамперметра для вимірювання температури.

(Натисніть для збільшення)

Як і більшість термостабілізаторів, зазначених у таблиці, він складається з чотирьох вузлів: чутливого елемента, компаратора, виконавчого пристрою та мережевого блоку живлення. Датчик температури, функцію якого виконує діод VD1, включений у вимірювальний міст з резисторами R1 - R4 у трьох інших плечах. Сигнал з виходу моста надходить (через резистори R5 і R6) на обидва входи операційного підсилювача DA1, охопленого негативним зворотним зв'язком (ланцюг R8R9), а з його виходу - на інвертуючий вхід компаратора DA2. Необхідну температуру в закритому обсязі встановлюють змінним резистором R12, з відповідною шкалою.

Функцію виконавчого пристрою виконує електромагнітне реле К1. Спрацьовуючи по вихідному сигналу компаратора, контакти К1.1 реле включають світлодіод HL1 сигналізує про включення нагріву, а контакти К1.2 - нагрівач (Rн).

Блок живлення утворюють трансформатор Т1, випрямний міст VD6, фільтри, що згладжують C5R17 і C6R18. Стабілітрони VD4 і VD5 забезпечують мікросхемам пристрою живильну двополярну напругу ±10 В.

Для візуального контролю температури повітря в обігрівається в пристрій введений мікроамперметр РА1 на струм повного відхилення стрілки 100 мкА (М4248), шкала якого проградуирована в градусах. Якщо електронна частина пристрою буде знаходитися поза об'ємом, що обігрівається, то діодний датчик (VD1) з'єднують з резистивним мостом екранованим проводом.

При вказаних на рис. 1 мікросхеми, номінали резисторів та інших деталей пристрій забезпечує стабілізацію температури в діапазоні 0...20°С. Для стабілізації температури в межах +36...+45°С, необхідної, наприклад, інкубатора, номінальний опір резистора R13 має бути 2 кОм.

Усі постійні резистори, що використовуються в термостабілізаторі, - МЛТ, а змінні - СП5-2 (R4, R9 та R14), ППЗ-40 або ППБ (R12). Конденсатори C3 - С6 - оксидні К50-6, К50-16 або К50-29, решта - КМ-5 або КМ-6. Діодний міст КЦ407А замінимо на складання КЦ402 з будь-яким буквеним індексом. Стабілітрон VD2 - на напругу стабілізації 8...8,5, a VD4 і VD5 - на 9,5...10,5 В.

Реле К1 – РЕН18 (паспорт РХ4.564.509) або МКУ-48 (паспорт 4.500.232).

Датчик температури VD1 – будь-який кремнієвий. Краще, однак, у металевому корпусі, наприклад, серії Д207 або Д226 з будь-яким буквеним індексом, так як такий діод має меншу теплову інерцію.

Потужність мережевого трансформатора Т1 блоку живлення – приблизно 5 Вт. Його вторинна обмотка повинна забезпечувати змінну напругу 2x12 при струмі навантаження 80...100 мА.

Термостабілізатор змонтований у корпусі розміром 170x90x60 мм. Більшість його деталей розміщена на друкованій платі розмірами 100x85 мм (рис. 2), виконаної з одностороннього фольгованого склотекстоліту. Трансформатор Т1 та реле К1 змонтовані окремо, а мікроамперметр РА1, змінний резистор R12 та світлодіоди HL1 та HL2 винесені на лицьову панель корпусу.

Налаштування приладу краще проводити у такій послідовності. Діод VD1 помістити в середу з температурою, що відповідає нижній межі регулювання (0°С), і збалансувати міст резистором R4. При цьому показання мікроамперметра мають бути нульовими. Потім температуру діода підвищити до максимального значення (20 ° С) і резистором R9 досягти максимального відхилення стрілки мікроамперметра до 100 мкА.

Далі потрібно відрегулювати роботу компаратора DA2. Для цього двигун резистора R12 встановлюють у крайнє верхнє за схемою положення, а діод VD1 нагрівають до максимальної температури (20 ° С). Підстроювальним резистором R14 домагаються перемикання компаратора в інший стан, спрацьовування реле К1 і світлодіода загоряння HL2. При цьому розподіл на шкалі резистора R12 буде відповідати температурі 20°С. Потім, не змінюючи опору резистора R14, градуюють шкалу резистора R12 у кількох точках, домагаючись спрацювання компаратора при різних значеннях температури діода-датчика VD1.

Якщо як датчик температури використовується мідний терморезистор, ТКЕ якого позитивний, його вимірювальний міст включають на місце резисторів R3 і R4, а ці резистори - на місце діода VD1. Порядок припасування нижньої та верхньої меж діапазону температури залишається таким же.

Якщо електронна частина термостабілізатора знаходиться поза об'ємом, що обігрівається, стабілітрон VD2 для підвищення точності роботи пристрою слід встановити термокомпенсований, наприклад, серії Д818 або КС191.

література

1. Баранов Н. Простий термостабілізатор. – Радіо, 1988, № 8, с. 29, 30.
2. Кисле В. В. Обладнання теплиць для підсобних та особистих господарств. - М: Енергоатоміздат, 1992, с. 96.
3. Ткачов Ф. Розрахунок термочутливого моста. – Радіо, 1995, № 8, с. 46.
4. Альошин П. Лінеарізація терморезисторного мосту. – Радіо, 1997, № 11, с. 59.
5. Цибін В. Цифровий термометр. - Радіо, 1996 №10, с. 41.
6. Бірюков С. Простий цифровий термометр. – Радіо, 1997, № 1, с. 40-42.
7. Ігловський І. Г., Володимиров Г. В. Слаботкові електричні реле. - М: КУБК-а, 1996.
8. Шульгін Г. Уніфіковані трансформатори. – Радіо, 1982, № 1, с. 59, 60.
9. Габов С. Стабілізатор температури в домашньому "овочесховище". – Радіо, 1993, № 9, с. 28, 29.
10. Мерзлікін А., Пахомов Ю. Потужний термостабілізатор. – Радіо, 1988, № 2. с. 52.53.
11. Маяцький Ю. Простий термостабілізатор. – Радіо, 1991, № 7, с. 32 – 34.
12. Цигікало Г. Високоточний термостабілізатор. – Радіо, 1993, № 4, с. 35 – 37.

Автор: Ю.Андрєєв, м.Санкт-Петербург

Дивіться інші статті розділу Регулятори потужності, термометри, термостабілізатори.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Застигання сипких речовин 30.04.2024

У світі науки існує досить загадок, і однією з них є дивна поведінка сипких матеріалів. Вони можуть поводитися як тверде тіло, але раптово перетворюватися на текучу рідину. Цей феномен став об'єктом уваги багатьох дослідників, і, можливо, нарешті ми наближаємося до розгадки цієї загадки. Уявіть собі пісок у пісочному годиннику. Зазвичай він тече вільно, але в деяких випадках його частинки починають застрягати, перетворюючись з рідкого стану на тверде. Цей перехід має важливе значення для багатьох областей, починаючи від виробництва ліків та закінчуючи будівництвом. Дослідники зі США спробували описати цей феномен і наблизитися до його розуміння. У ході дослідження вчені провели моделювання в лабораторії, використовуючи дані про пакети полістиролових кульок. Вони виявили, що вібрації усередині цих комплектів мають певні частоти, що означає, що через матеріал можуть поширюватись лише певні типи вібрацій. Отримані ...>>

Імплантований стимулятор мозку 30.04.2024

В останні роки наукові дослідження в галузі нейротехнологій зробили величезний прогрес, відкриваючи нові обрії для лікування різних психіатричних та неврологічних розладів. Одним із значних досягнень стало створення найменшого імплантованого стимулятора мозку, представленого лабораторією Університету Райса. Цей новаторський пристрій, який отримав назву Digitally Programmable Over-brain Therapeutic (DOT), обіцяє революціонізувати методи лікування, забезпечуючи більше автономії та доступності для пацієнтів. Імплантат, розроблений у співпраці з Motif Neurotech та клініцистами, запроваджує інноваційний підхід до стимуляції мозку. Він живиться через зовнішній передавач, використовуючи магнітоелектричну передачу енергії, що виключає необхідність дротів та великих батарей, типових для існуючих технологій. Це робить процедуру менш інвазивною та надає більше можливостей для покращення якості життя пацієнтів. Крім застосування у лікуванні резист ...>>

Сприйняття часу залежить від того, на що людина дивиться 29.04.2024

Дослідження у галузі психології часу продовжують дивувати нас своїми результатами. Нещодавні відкриття вчених з Університету Джорджа Мейсона (США) виявилися дуже примітними: вони виявили, що те, на що ми дивимося, може сильно впливати на наше відчуття часу. У ході експерименту 52 учасники проходили серію тестів, оцінюючи тривалість перегляду різних зображень. Результати були дивовижні: розмір і деталізація зображень значно впливали на сприйняття часу. Більші і менш захаращені сцени створювали ілюзію уповільнення часу, тоді як дрібні та більш завантажені зображення викликали відчуття його прискорення. Дослідники припускають, що візуальний безлад чи перевантаження деталями можуть утруднити наше сприйняття навколишнього світу, що у свою чергу може призвести до прискорення сприйняття часу. Таким чином було доведено, що наше сприйняття часу тісно пов'язане з тим, що ми дивимося. Більші і менш ...>>

Випадкова новина з Архіву Процесор на надпровідниках 06.01.2021 Дослідники з Йокогамського національного університету в Японії розробили прототип мікропроцесора з використанням надпровідникових компонентів, які приблизно в 80 разів більш енергоефективні, ніж сучасні напівпровідникові пристрої, які традиційно використовуються в сучасних мікропроцесорах. Розробка може допомогти знизити споживання ЦОД і мережевої інфраструктури, яка скоро вимагатиме до половини енергії, що виробляється людиною. Вважається, що сьогодні телекомунікації та ЦОД споживають близько 10% електроенергії, що виробляється людством. Якщо нічого не змінювати в технологіях виробництва чіпів, то через десять років, як вважають фахівці, інформаційно-телекомунікаційна галузь споживатиме до половини всієї енергії, що генерується (а хтось побоюється, що проблемою енергетиків стануть електромобілі). Біда в тому, що робота сучасної електронної бази все ще супроводжується величезними втратами через тепло, що виробляються, витоків і безтурботних програмістів. Японські розробники вирішили боротися із проблемою докорінно. Якщо сучасні процесори та архітектури неефективні, то треба все почати спочатку і навіть відмовитися від транзистора. Замінити цей елемент вчені з Японії пропонують елементом, вигаданим у цій країні близько 70 років тому - це параметрон, який перемикається зі стану 0 у стан 1 завдяки зміні фази внутрішньої частоти, яку він сам підтримує. У п'ятдесяті роки минулого століття в Японії параметрони прийшли на заміну вакуумній лампі в ЕОМ, поки світ не підкорили простіші та надійніші напівпровідникові транзистори. На відміну від транзистора, параметрон не боїться наднизьких температур, адже він працює на інших принципах. У компанії NEC, наприклад, на параметрон створюють квантові обчислювачі. У той же час вчені з Йокогамського національного університету використовували параметрон як базовий елемент для звичайної класичної або майже класичної обчислювальної архітектури. Першим досвідченим виробом вчених став 4-бітний мікропроцесор, який довів свою здатність виконувати команди та зберігати дані. Нову цифрову структуру названо адіабатичним квантово-потоковим параметроном (AQFP), а процесор названо MANA (Монолітна архітектура адіабатичної інтеграції, Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture). Цей мікропроцесор працює при охолодженні до температури 4,2K або -269 °C. Як стверджують вчені, навіть з урахуванням витрат на охолодження цей мікропроцесор показує 80-кратну перевагу в ефективності розрахунків над сучасними напівпровідниковими схемами.

Інші цікаві новини:

▪ Космічна станція у гігантському астероїді

▪ Воднева біобатарейка

▪ Вітряна електрика на бактеріях

▪ Революційна технологія запису на магнітну стрічку

▪ Робот-павук

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Загадки для дорослих та дітей. Добірка статей

▪ стаття Гоголь Микола Васильович. Знамениті афоризми

▪ статья Які особливості анатомії верблюда роблять його ідеально пристосованим до умов пустель та сухих степів? Детальна відповідь

▪ стаття Розрахунок випрямляча. Довідник

▪ стаття Софіт в інтер'єрі. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Зарядний пристрій з автоматичним вимкненням акумуляторного ліхтаря. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024