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 Марс дважды был покрыт океанами 19.02.2012 Прежде, чем Марс катастрофически высох, его поверхность была, как минимум, дважды покрыта океанами - 3 и 4 миллиарда лет тому назад. Об этом говорят данные радара MARSIS, установленного на европейском орбитальном зонде Mars Express и ведущего наблюдения с 2005-го года. Группа астрофизиков под руководством Жереми Мужино из Института планетологии и астрофизики в Гренобле пришла к такому выводу, проанализировав данные, собранные радаром за последние два с лишним года. Под поверхностью северных равнин Марса они обнаружили уходящие вглубь слои материала с низкой плотностью. "Мы интерпретируем это как наличие осадочных пород, возможно, богатых льдом, - утверждает Мужино. - Это новое сильное указание на то, что когда-то здесь был океан". О древнем марсианском океане ученые говорят давно - на фотографиях, сделанных разными орбитальными зондами, были обнаружены особенности пейзажей, напоминающие береговые линии. Однако выводы были слишком предварительными и спорными. MARSIS позволяет проникнуть взглядом на глубину 60-80 метров под поверхностью планеты, и на всей этой толще исследователи увидели свидетельства наличия осадочных пород и льда. Ученые считают, что было два океана - один существовал 4 миллиарда назад, потом он высох и возродился спустя еще миллиард лет - возможно, из-за резко возросшей геотермальной активности, нагревшей осадочные слои и растопившей находившийся там лед. Во второй раз океан просуществовал очень недолго. Спустя один-два миллиона лет он снова исчез, то ли снова замерзнув и вернувшись в грунт, то ли постепенно испарившись в атмосферу. Вряд ли этот второй океан мог за столь короткое время породить жизнь - ее следы, считают ученые, следует искать в осадках первого океана, который покрывал марсианскую поверхность значительно дольше. Оливье Витасс из Европейского космического агентства, возглавляющий научную программу проекта Mars Express, высоко оценивает проведенное исследование. "До сих пор все наши выводы о воде делались на основании фотоснимков, минералогических данных и атмосферных измерений, - говорит он. - Теперь мы получили веское подтверждение от подповерхностного радара: Но пока без ответа остается главный вопрос: "Куда делась вода?"".

Другие интересные новости:

▪ Медленные часы оленя

▪ Кофейная гуща для строительства дорог

▪ Новогодний шар с генерацией реального снега

▪ Toshiba выпустила 4K-телевизоры нового поколения

▪ Земля все дальше отдаляется от Солнца

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электронные справочники. Подборка статей

▪ статья Сын за отца не отвечает. Крылатое выражение

▪ статья Каким изобретением Эдисона пользуются каждый день? Подробный ответ

▪ статья Автомобильный обогреватель беспламенного горения. Личный транспорт

▪ статья Закон для кладоискателей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Хитрая дама. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026