Поддержание температуры теплоносителя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы

 Комментарии к статье

Теплоноситель - это вода с высокой температурой (не ниже 56°С), которая используется в теплосетях для нагрева помещений, а также расходуется в квартирах и коттеджах на бытовые нужды. Отсутствие горячей воды вынуждает нагревать ее на бытовых электрических и газовых плитах, что создает определенные неудобства, вызывает перерасход газа и электричества, нарушение техники безопасности. В некоторых случаях можно подогревать воду в простых емкостях (котлах), установив в них электронагреватель. При достижении заданной температуры воды в емкости требуется оперативное отключение нагревателя, чтобы вода не закипела и не разорвала котел.

Классический водоподогреватель выполнен по простой схеме: выключатель электросети и ТЭН. В лучшем случае, к ним добавлены датчик давления и датчик (регулятор) температуры. Датчик давления защищает котел от повышенного давления воды, а датчик температуры срабатывает от повышения температуры выше заданного предела.

В качестве регулятора температуры подогревателя часто используется биметаллический, который мало чем отличается от регулятора утюга. При достижении заданной температуры воды датчик размыкает цепь питания нагревателя, температура воды естественным путем или в результате потребления и добавления холодной снижается, и контакты регулятора вновь замыкаются, включая подогрев. Простота такой схемы часто приводит к сбоям в работе подогревателя из-за подгорания контактов регулятора, которые коммутируют большие токи.

Для повышения надежности системы предлагаю использовать электронный регулятор температуры (рис.1). Он позволяет установить желаемую температуру теплоносителя и поддерживать ее в автоматическом режиме.

(нажмите для увеличения)

Все датчики находятся в низковольтной цепи и гальванически развязаны от сети оптопарами и силовым трансформатором. Устройство состоит из:

• датчика температуры (терморезистора) RK1 для контроля и поддержания температуры воды;
• оптронного усилителя линейного сигнала VU1, который позволяет повысить чувствительность входной цепи;
• аналогового программируемого таймера на микросхеме DA1;
• усилителя мощности на транзисторе VT1;
• оптопары VU2 гальванической развязки цепей управления и цепей питания подогревателя;
• управляющего ключа на симисторe VS1;
• цепей питания на трансформаторе Т1 и диодном мосте VD3.

Оптоэлектронные устройства обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных цепей. В схеме используются два типа оптронов: VU1 - диодно-транзисторная оптопара и VU2 - диодно-тиристорная. Оптопары имеют большой коэффициент усиления по току, что позволяет обойтись без дополнительных цепей усиления на входе таймера и в цепях управления симистором.

Чувствительность терморезистора (изменение сопротивления с температурой) при использовании оптопары возрастает с 2...5%/°С до 12...15%/°С. Диодно-трэнзисторная оптопара VU1 работает а линейном режиме. Изменение излучения ее светодиода изменяет сопротивление коллектор-эммитер внутреннего транзистора VU1. который входит во времязадающую цепь таймера DA1. Соответственно меняется время заряда конденсатора С2 внешней цепи таймера.

Регулирование и установка температуры выполняются переменными резисторами R1 и R7. что позволяет поддерживать любые значения температуры теп поносителя. Резистором R1 выставляется температура нагрева, R7 - мощность нагревателя. Начальная температура воды оказывает влияние на сопротивление терморезистора и, соответственно, на длительность положительного импульса на выходе таймера. При низкой температуре теплоносителя длительность импульса на выходе максимальна. Применение интегрального таймера позволяет довольно просто выполнить генератор импульсов. Для работы микросхемы в режиме автогенератора выводы 2 и 6 соединяются между собой и подключаются к конденсатору С2. В установившемся режиме интервал Tj, в течение которого на выходе таймера действует высокий уровень, определяется соотношением T1=0l69(RVUi+R3)C2. Когда внутренний транзистор микросхемы открывается, конденсатор С2 разряжается через резисторы R4 и R5, формируя второй временной интервал Т2 с низким уровнем на выходе DA1. Его длительность определяется по формуле: T2=0,69(R4+R5) C2. Значение Т2 не меняется от температуры. Общее время импульса Т составляет Т=Т,+Т2.

Скважность Q импульсов (Q=T/T1) при повышении температуры увеличивается, тем самым снижается напряжение на подогревателе и температура теплоносителя. Частоту генератора на таймере можно регулировать, изменяя напряжение на выводе 5 DA1. При понижении напряжения повышается частота генерации таймера, а мощность подогревателя снижается.

Сигнал прямоугольной формы с выхода 3 DA1 через ограничительный резистор R6 поступает на вход усилителя мощности на транзисторе VT1. Резистор R8 в цепи его коллектора ограничивает импульсный ток через светодиод оптопары VU2. Применение транзистора VT1 с большим коэффициентом усиления позволяет формировать выходной сигнал транзисторного ключа с минимальными искажениями. Этот сигнал поступает на светодиод оптопары VU2, усиливается фотодинистором и управляет работой регулятора мощности на симисторе VS1. Открывающие VS1 импульсы обеих полярностей формируются диодным мостом VD4. Оптопара VU2 обеспечивает гальваническую развязку низковольтных и высоковольтных цепей устройства.

Если динистор оптопары открыт, включение симистора происходит в начале попупериода сетевого напряжения, когда ток через управляющий электрод достигает порогового значения, что снижает уровень помех симисторного преобразователя.

Для повышения точности установки температуры мост и таймер питаются стабилизированным напряжением от стабилизатора DA2. Диод VD2 защищает микросхему стабилизатора от возможного пробоя обратным напряжением. Конденсаторы C3 и С5 устраняют пульсации выпрямленного напряжения, конденсатор С1 устраняет помехи, возникающие при регулировке резистора R1. Конденсатор Сб. установленный параллельно нагрузке, снижает уровень помех симисторного преобразователя. Контакты датчика давления Р замыкают базу VT1 на корпус, прекращая нагрев теплоносителя при аварийном давлении в подогревателе.

В устройстве используются широко распространенные радиокомпоненты. Постоянные резисторы - типа МЛТ-0,125. переменные - СП-Ill, терморезистор - ММТ-4. Конденсаторы оксидные - К50-38, высоковольтный (С6) - К73-17. остальные -КМ. Таймер-серии 555. Трансформатор питания применен с напряжением вторичной обмотки 10...12 В. Выключатель SA1 - автоматический, на ток 25 А. Датчик давления использован от автомобиля "Жигули".

Устройство собрано на печатной плате, чертеж которой показан на рис.2.

Регулятор температуры R1 и регулятор мощности R7 для удобства пользования устанавливаются на передней панели прибора. Датчик давления Р и терморезистор RK1 монтируются в корпусе водоподогревателя с помощью резьбового или сварочного соединения.

Электронагреватель (ТЭН) закрепляется фланцем через резиновую прокладку на небольшом расстоянии от дна резервуара подогревателя. Сливной кран должен находиться выше нагревателя, а врезка подачи холодной воды - сверху Датчик давления устанавливается в любом удобном месте, а терморезистор - чуть ниже сливного крана.

Регулировку схемы можно выполнить, используя вместо резервуара с водой электрочайник. Это позволит ускорить наладочные работы. Вилка чайника подключается к выводам ТЭН" и корпусу схемы Датчик температуры RK1 помещается в кипящую воду, и через несколько минут регулятором температуры R1 добиваются погасания светодиода индикации нагрева HL1. Напряжение на подогревателе при этом упадет почти до нуля. Положение движка R1 (100°С) фиксируется. Дополнительно напряжение и мощность на нагрузке можно откорректировать изменением сопротивления R7. Движок R7 перед калибровкой температуры устанавливается в положение максимальной мощности. После охлаждения терморезистора до комнатной температуры резистором R1 выставляют максимальное напряжение на нагрузке и фиксируется положение движка (+25°С). Между крайними значениями температур наносятся промежуточные.

Провода, подходящие к нагревателю и симистору, должны иметь сечение 4...5 мм2 (соответствующее току нагрузки 25...30 А). Провода к датчикам для исключения наводок необходимо проложить отдельно от сетевых проводов. Резервуар подогревателя следует заземлить.

По яркости свечения светодиода HL1 можно визуально определить мощность в нагрузке. Погасание светодиода указывает на отключение подогревателя или критическое давление в резервуаре.

Литература

1. М.А.Шустов. 450 полезных схем радиолюбителям, 2007.
2. Г.Шрайбер. 400 новых радиоэлектронных схем. 2006.

Автор: В.Коновалов, г Иркутск

Смотрите другие статьи раздела Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Охлаждение стеклянной пленкой 12.08.2023 Исследователи из Шэньчжэньского университета, вдохновленные структурой ярко-синих крыльев бабочки морфо, разработали уникальную стеклянную пленку, которая обеспечивает защиту от перегрева, сохраняя яркие цвета предметов. Путем имитации особой микроструктуры крыльев бабочки, материал остается охлажденным на несколько градусов Цельсия ниже окружающей среды. Как правило, для уменьшения нагревания предметов рекомендуется использовать светлые оттенки, такие как белый, который поглощает минимальное количество солнечного излучения и помогает уменьшить тепловую нагрузку. Однако ученые решили найти способ сохранить яркие цвета, не вызывая при этом перегрев, исключая избыточное поглощение света. Исследователи обратили внимание на бабочек морфо, чьи крылья, хотя и кажутся синими, на самом деле имеют желтовато-коричневую окраску. Это свойство обусловлено особой структурой чешуек на крыльях, которая эффективно отражает и рассеивает свет. Ученые реализовали аналогичную структуру на тонкой стеклянной пленке, добавив к ней слои серебра и оксида титана для оптимального отражения и рассеивания света. Пленка состоит из тонкого слоя матового кварцевого стекла, имеющего неровную поверхность для преломления света под разными углами. Снизу стекло покрыто слоем серебра для усиленного отражения света и снижения нагрева, а сверху пленка покрыта оксидом титана для обеспечения необходимого рассеивания света, создающего яркие цвета. После нанесения данной пленки на поверхность автомобиля, ученые обнаружили, что даже при прямом солнечном воздействии температура его поверхности оставалась на несколько градусов ниже окружающей среды и значительно ниже температуры автомобиля, окрашенного в обычную синюю краску. Исследователи планируют дальше развивать данную концепцию и создавать разнообразные цветовые вариации, расширяя применение этой уникальной технологии охлаждения, которая может способствовать снижению температуры предметов на значительное количество градусов Цельсия.

Другие интересные новости:

▪ Сон спасает от инфекций

▪ Плавучая ветровая электростанция Hywind Tampen

▪ Создан кристалл, который лучше всех веществ преломляет свет

▪ Мгновенное затемнение для сварщика

▪ Полеты кальмаров

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Моделирование. Подборка статей

▪ статья Элеонора Рузвельт. Знаменитые афоризмы

▪ статья Кто такие амазонки? Подробный ответ

▪ статья Электромонтер по обслуживанию охранной сигнализации. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Импульсный сетевой блок питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Странная воронка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026