САЙТ КРЫЛОВА ПАВЛА
Главная
Схемы Ветрогенераторы Собаки Стройка Книги О сельском хозяйстве и прочем


О сельском хозяйстве---->
Механизация и автоматизация сельского хозяйства

Низковольтный термостабилизатор

С. КОСЕНКО, г. Воронеж

Главная особенность этого стабилизатора — он управляет нагревателем, питаемым переменным напряжением 12 В, и питается этим напряжением сам. Это дает возможность применять его в условиях, когда более высокое напряжение недопустимо по соображениям электробезопасности. Автор использовал его для поддержания температуры в улье, находящемся в зимнее время на открытой площадке.



При выборе датчика температуры для этого стабилизатора пришлось сразу же отказаться от широко применяемых радиолюбителями терморезисторов и полупроводниковых р-п переходов. Характеристики таких датчиков имеют большой разброс и слишком нестабильны. Им требуется кропотливая калибровка с применением, как правило, ледяной и кипящей воды. Платиновые и медные датчики ("термометры сопротивления") достаточно точны, но слишком дороги, да и недоступны широкому кругу пользователей.

Наиболее подходящим по всем параметрам оказался интегральный датчик температуры К1019ЕМ1 в металлостеклянном корпусе КТ-1-9. Эта микросхема аналогична импортной LM235H и по вольт-амперной характеристике представляет собой эквивалент полупроводникового стабилитрона с малым (менее 1 Ом) дифференциальным сопротивлением (у обычных стабилитронов — десятки омов) и нормированным темпера турным коэффициентом напряжения стабилизации — 0,01 В/К. В типовом режиме во всем рабочем интервале температуры (-40...+125 "С, что соответствует 233...398 К) выходное напряжение этого датчика в десятках милливольт численно равно температуре его корпуса в Кельвинах. Такой же датчик в пластмассовом корпусе ТО-92 носит название LM335Z [1]. Он работает в несколько меньшем интервале температуры -40...+100 °С.

Технические данные термостабилизатора

Напряжение питания (переменное), В....12...15
Ток, потребляемый блоком управления, мА, не более....10
Максимальный ток нагревательного элемента, А ....80
Интервал регулирования температуры, °С....-40. ..+125
Погрешность установки температуры, °С....0,25

Схема устройства показана на рис. 1.

низковольтный термостабилизатор для улья

Соблюдение мер электробезопасности при его эксплуатации на открытой площадке с токопроводящей почвой требует питания нагревательного элемента низким (-12...15 В) напряжением. Это же напряжение после выпрямления диодным мостом VD1 стабилизировано на уровне +8 В микросхемой DA1, а затем использовано для питания всех узлов блока управления.

Сравнивает напряжение датчика с заданным (соответствующим стабилизируемой температуре) широко распространенный компаратор К554САЗА. Работа компаратора была описана в [2], где он включен аналогично. Повторно рассказывать об этом нет необходимости.

При выборе коммутатора нагрузки предпочтение было отдано тринисторному модулю МТТ2-80-8-2 с максимальным средним током в открытом состоянии 80 А, что при напряжении питания 12 В позволяет управлять нагревателем мощностью почти 1000 Вт. Место традиционных импульсных трансформаторов в цепях управляющих электродов тринисторов занял симисторный оптрон МОС3083 [3]. Имеющийся в нем узел формирования коммутирующих импульсов при переходе сетевого напряжения через ноль (Zero Crossing Circuit) значительно снижает уровень коммутационных помех в сети.

О подаче команды на включение нагревателя сигнализирует светодиод HL1, светящийся, когда протекает ток через соединенный с ним последовательно излучающий диод симисторного оптрона U1. Свечение второго светодиода (HL2), подключенного через резистор R10 параллельно тринисторному коммутатору, сигнализирует о том, что на термостабилизатор подано напряжение питания и к нему подключен нагреватель. Этот светодиод гаснет при открывании тринисторов модуля VS1.

Чертеж основной печатной платы прибора представлен на рис. 2,

низковольтный термостабилизатор для улья

дополнительной (на ней установлен модуль VS1 с элементами управления) — на рис. 3. Платы рассчитаны на установку резисторов МЛТ и им подобных. Оксидные конденсаторы должны быть танталовыми (К52-1, К53-19, К53-35 и др.), они лучше алюминиевых (серии К50) выдерживают отрицательную температуру. Остальные конденсаторы — пленочные или керамические. Для подключения нагревателя и питающего напряжения применены контакты от стандартных электророзеток и выключателей. Датчик температуры ВК1 соединяют с основной платой экранированным проводом, оплетка которого служит вторым (общим) проводом.

низковольтный термостабилизатор для улья

Интегральный стабилизатор КР1157ЕН802 можно заменить импортным 78L08, диодный мост W10M — четырьмя маломощными диодами серий КД510, КД521, КД522. Переменный резистор R4 желательно выбрать с линейной характеристикой регулирования (типа А), автор использовал ППЗ-40.

Работоспособность стабилизатора проверяют, заменив нагреватель автомобильной лампой на 12 В с соединенными параллельно (чтобы получить максимальную мощность) нитями накаливания ближнего и дальнего света. Включив прибор, электронным вольтметром измеряют напряжение между выводами датчика температуры ВК1.

Предположим, при температуре в помещении 20 °С вольтметр показал 2,95 В, а необходимый интервал значений стабилизируемой температуры 9...15 °С. Значит, на нижнем (по схеме) выводе переменного резистора R4 напряжение должно быть равным 2,95+(9-20)0,01=2,84 В, а на верхнем — 2,95+(15-20)0,01=2,9 В. Именно таких значений нужно добиться подборкой резистра R2, а при необходимости — и резисторов R3 и R5. Измеряя напряжение на движке переменного резистора, можно проградуировать его шкалу в градусах Цельсия. Все измерения нужно проводить одним и тем же вольтметром, это исключит влияние его погрешности.

Чтобы проверить термостабилизатор в работе, поместите его датчик температуры, нагреватель и достаточно точный спиртовой термометр в большую картонную коробку и положите ее в морозильную камеру холодильника. Питание на термостабилизатор подайте от подходящего понижающего трансформатора. Через некоторое время (в зависимости от различных обстоятельств оно может достигать десятков минут) контролируемые по светодиодам HL1 и HL2 включения и выключения нагревателя станут регулярными. Это свидетельствует о том, что температурный режим в коробке установился.

Теперь можно, открыв холодильник и коробку, взглянуть на термометр и убедиться, что он показывает температуру, равную заданной переменным резистором R4. Делать это нужно быстро, чтобы показания термометра не успели измениться. Эксперимент рекомендуется повторить при разных установках температуры.

Общий вид изготовленного термостабилизатора показан на рис. 4. Его основной блок помещен в полиэтиленовый пакет (для дополнительной гидроизоляции) и размещен на крыше улья. Тиристорный модуль, работающий без дополнительного теплоотвода, закреплен на одной из стенок улья и защищен легким кожухом от дождя и снега. О работе термостабилизатора можно судить по находящемуся на плате этого модуля светодиоду HL2: при наличии питающего напряжения и выключенном нагревателе он горит, при работающем нагревателе — погашен.

Термостабилизатор может быть использован и для поддержания температуры в сауне, в погребе, в балконном "холодильнике" и в других местах особой и повышенной, с точки зрения эксплуатации электроустановок, опасности. Нужно лишь заменить постоянные резисторы, соединенные последовательно с переменным R4, такими, чтобы интервал изменения напряжения на его движке соответствовал нужному интервалу регулирования поддерживаемой температуры. Для облегчения точной установки температуры в широком интервале можно применить многооборотный переменный резистор.

ЛИТЕРАТУРА

1. Precision Temperature Sensors LM335Z. — http://www.st.com/stonline/products/ literature/ds/2158.pdf .
2. Беляев С. Сигнализатор отказа системы воздушного охлаждения. — Радио, 2004, № 11, с. 44.
3. МОС3083. 6-Pin DIP Zero-Cross Optoisolators with Triac Driver Output. — www.fairchildsemi.com/ds/ MO%2FMOC3083-M.PDF.
Редактор — А. Долгий, графика — А. Долгий, фото — автора

Радио №11, 2006 год
altay-krylov@yandex.ru