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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Ветровая энергетика стала основной в Великобритании 11.01.2025 Великобритания достигла важного рубежа в переходе к экологически чистой энергосистеме: впервые в истории ветровые турбины стали основным источником электроэнергии, обогнав газовые электростанции. Этот сдвиг подчеркивает усилия страны по сокращению выбросов углекислого газа и переходу к более устойчивым источникам энергии, хотя до выполнения амбициозных планов 2030 года еще предстоит пройти долгий путь. По данным Национального оператора энергосистемы, на долю ветровой энергетики в прошлом году пришлось 29% всей произведенной электроэнергии, тогда как доля газа снизилась до 25%. Этот результат отражает возрастающую роль возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе страны. Британское правительство планирует значительное увеличение мощностей ветровой энергетики в ближайшие годы. Согласно планам, объемы морских ветровых электростанций будут увеличены более чем в три раза. Это позволит стране не только обеспечить значительную часть электроэнергии из дешевых и экологически чистых источников, но и сократить счета для потребителей, минимизируя зависимость от импортных энергоносителей. Интересно отметить, что доля газа в производстве электроэнергии в стране достигла столь низкого уровня впервые с 2013 года. Тогда в энергетической системе доминировал уголь, а возобновляемые источники энергии играли лишь второстепенную роль. Сегодня уголь практически полностью вытеснен из энергобаланса, что отражает глубокие изменения в структуре генерации электроэнергии. Этот переход стал возможным благодаря масштабным инвестициям в морские ветровые электростанции, которые занимают лидирующие позиции в мировом рейтинге мощности. Великобритания активно развивает как наземные, так и морские ветровые установки, что позволяет ей уверенно двигаться к созданию устойчивой энергосистемы. Планы на будущее предполагают, что возобновляемые источники энергии, в том числе ветровые турбины, составят основную часть производства электроэнергии уже к началу 2030-х годов. Такой подход помогает не только бороться с изменением климата, но и укрепляет энергетическую независимость страны, снижая воздействие колебаний цен на газ и нефть на внутренний рынок. Переход к ветровой энергетике в качестве ведущего источника электроэнергии - это не только важное достижение для Великобритании, но и пример для других стран, стремящихся к устойчивому развитию и снижению углеродного следа.

Другие интересные новости:

▪ Неандертальцы изготовляли клей

▪ Пластырь для измерения кровотока без инъекций

▪ Микросхема Samsung Secure Element для аппаратно-программной защиты устройств Интернета вещей

▪ Бактерии на электродах из нановолокна очистят сточные воды

▪ Обнаружены сигнальные печатные платы внутри клеток человеческого организма

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Альтернативные источники энергии. Подборка статей

▪ статья Луи Пастер. Знаменитые афоризмы

▪ статья Безобидны ли сурки? Подробный ответ

▪ статья Съемщик готовой продукции. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Кварцевый калибратор. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Модели парашютов. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026