Стабилизаторы температуры в бытовых устройствах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы

 Комментарии к статье

Публикуемая статья посвящена выбору и практике реализации электронных автоматов, предназначенных для поддержания необходимой температуры в различных бытовых устройствах. Рекомендации автора могут быть полезны многим радиолюбителям - конструкторам.

Область применения стабилизаторов температуры в устройствах, используемых в домашнем хозяйстве, довольно широка. Это, например, хранилища овощей, аквариумы, малогабаритные инкубаторы, камеры тепловой обработки пчел, теплицы и многое другое. Конструированию термостабилизаторов различного назначения, описанию их работы посвящена обширная литература. И тем не менее эта тема, на мой взгляд, остается актуальной, особенно для тех, кто решил самостоятельно построить такие устройства. Учитывая определенные трудности, связанные с приобретением ряда деталей, и различные условия эксплуатации стабилизаторов, хотелось бы перед описанием конкретных конструкций остановиться на некоторых общих вопросах.

Прежде всего, приступая к конструированию термостабилизатора, необходимо определить мощность нагревателя, обеспечивающего требуемую температуру в заданном объеме. Это - отдельная, подчас сложная задача, требующая теплотехнических расчетов. Для ориентировочных же расчетов можно воспользоваться простыми формулами. Так, например, для защиты от замерзания продуктов в вашем овощехранилище при температуре наружного воздуха до -30°С в ящике, выполненном из досок или ДСП толщиной 20 мм, со слоем пенопласта толщиной 25...30 мм, требуемая мощность нагревателя должна быть такой, как указано в [1]: Р = V2/3, где Р - мощность нагревателя, выраженная в ваттах; V- внутренний объем ящика в литрах.

Для лоджии, каркасной теплицы с покрытием из стекла или полиэтилена требуемую суммарную мощность нагревателя определяют по следующей формуле [2]:

Р = 1,23·Sп·Kт (tвн - tнap),

где Р - мощность нагревателя в ваттах; Sп - суммарная площадь поверхности охлаждения (стены, пол, потолок) в м2; Кт - коэффициент теплопередачи в Вт/м2 °С; tвн и tнар - соответственно внутренняя и наружная температура в градусах. Значение коэффициента Кт может быть от Кт = 3,3 (для двойного остекления) до Кт = 7,5 (для однослойной полиэтиленовой пленки).

Любой стабилизатор температуры включает в себя чувствительный элемент - датчик температуры и усилитель сигнала датчика; устройство сравнения сигналов или компаратор; электронный ключ, выполняющий функции исполнительного устройства; блок питания и нагревательный элемент.

В качестве датчика температуры обычно используют терморезисторы серий KMT, MMT, СТ, температурный коэффициент сопротивления (ТКС) которых отрицательный - 2...7 % / град. - и изменяется в зависимости от температуры, а допуск на значение сопротивления терморезистора составляет 10...30%. В любительских термостабилизаторах терморезисторы применяют наиболее часто из-за большого ТКС. Однако их существенная нелинейность и большие допуски требуют индивидуальной регулировки конструируемых термостабилизаторов, градуировки шкал, затрудняет замену в случае ремонта.

Расчет параметров моста с полупроводниковым терморезистором, при повышенных требованиях к точности, изложен, например, в [3, 4].

Наилучшими метрологическими характеристиками обладают термодатчики серии ТСМ - медные. Их ТКС - положительный, но составляет всего 0,3 % / град.= = 1/293°, причем линейность характеристики обеспечивается в широком диапазоне температур. Они относятся к приборам высокого класса точности (0,1...0,5 %) и могут работать даже в агрессивных средах. Недостаток ТСМ - относительно большая длина (около 300 мм) и высокая стоимость.

Менее известен как термодатчик кремниевый диод, отрицательный коэффициент преобразования которого равен 2 мВ/град. [5, 6]. Практически любой маломощный кремниевый диод обеспечит линейное преобразование температуры в напряжение.

Любой из перечисленных здесь термопреобразователей обычно включают в одно из плеч резистивного моста, источник питания которого стабилизирован. Выходной сигнал моста подают на вход устройства сравнения или, если это необходимо, предварительно усиливают. Для сравнения сигналов удобнее всего использовать компаратор, представляющий собой операционный усилитель (ОУ) с положительной обратной связью. Функцию сравнения могут выполнять любые ОУ серий К140, К553 или специально разработанные компараторы серии К554. Наиболее предпочтителен компаратор К554САЗ, обеспечивающий выходной ток до 50 мА, что позволяет без дополнительного усилителя непосредственно включать электромагнитное реле исполнительного механизма.

Выбор того или иного типа реле определяется двумя факторами - значением тока срабатывания и допустимыми напряжением и током его коммутирующих контактов. При напряжении сети 220 В контакты реле должны надежно коммутировать ток нагревателя. Наиболее распространенные маломощные реле - РЭС8, РЭН18 [7]. Обмотки реле РЭН20 и МКУ-48 (паспорт 4.509.146) рассчитаны на работу непосредственно от сети переменного напряжения 220 В при допустимом токе контактов 5 А, что на практике позволяет использовать их в большинстве случаев. При параллельном соединении двух групп контактов эти реле обеспечивают включение нагревателей общей мощностью до 2,2 кВт. Кроме электромагнитного реле, элементом исполнительного устройства, включающего нагреватель, может быть тринистор или симистор.

Эти приборы позволяют коммутировать ток нагревателей до 80 А. Отсутствие контактов делает их применение предпочтительным. Правда, сама конструкция термостабилизатора становится более сложной, чем с электромагнитным реле в исполнительном звене.

Блок питания термостабилизатора - это, как правило, трансформатор, понижающий напряжение сети до 13...16 В, с одним - двумя выпрямителями и простейшими стабилизаторами выпрямленного напряжения. Мощность сетевого трансформатора обычно не превышает 10...15 Вт. Можно использовать унифицированные трансформаторы серии ТПП, имеющие нужный набор вторичных обмоток [8].

В качестве источника тепла, особенно сточки зрения электробезопасности, лучше всего использовать трубчатые электронагреватели - ТЭН; пригодны, конечно, и обычные лампы накаливания, рассчитанные на напряжение сети.

Сегодня существует немало схемотехнических решений построения термостабилизаторов, в которых перечисленные элементы сочетаются в различных комбинациях. Для ориентировки в выборе конструируемого стабилизатора температуры можно воспользоваться предлагаемой здесь таблицей, в которой приведены основные технические данные некоторых термостабилизаторов, опубликованных ранее в "Радио".

Одновременно предлагаю для повторения термостабилизатор широкого применения (рис. 1), в котором датчиком температуры служит кремниевый диод или медный резистор. Другое отличие этого варианта электронного автомата - отсутствие в нем транзисторов и наличие микроамперметра для измерения температуры.

(нажмите для увеличения)

Как и большая часть термостабилизаторов, указанных в таблице, он состоит из четырех узлов: чувствительного элемента, компаратора, исполнительного устройства и сетевого блока питания. Датчик температуры, функцию которого выполняет диод VD1, включен в измерительный мост с резисторами R1 - R4 в трех других его плечах. Сигнал с выхода моста поступает (через резисторы R5 и R6) на оба входа операционного усилителя DA1, охваченного отрицательной обратной связью (цепь R8R9), а с его выхода - на инвертирующий вход компаратора DA2. Необходимую температуру в закрытом объеме устанавливают переменным резистором R12, снабженным соответствующей шкалой.

Функцию исполнительного устройства выполняет электромагнитное реле К1. Срабатывая по выходному сигналу компаратора, контакты К1.1 реле включают светодиод HL1, сигнализирующий о включении нагрева, а контакты К1.2 - нагреватель (Rн).

Блок питания образуют трансформатор Т1, выпрямительный мост VD6, сглаживающие фильтры C5R17 и C6R18. Стабилитроны VD4 и VD5 обеспечивают микросхемам устройства питающее двуполярное напряжение ±10 В.

Для визуального контроля температуры воздуха в обогреваемом объеме в устройство введен микроамперметр РА1 на ток полного отклонения стрелки 100 мкА (М4248), шкала которого проградуирова-на в градусах. Если электронная часть устройства будет находиться вне обогреваемого объема, то диодный датчик (VD1) соединяют с резистивным мостом экранированным проводом.

При указанных на рис. 1 микросхемах, номиналах резисторов и других деталей устройство обеспечивает стабилизацию температуры в диапазоне 0...20°С. Для стабилизации температуры в пределах +36... +45°С, необходимой, например, для инкубатора, номинальное сопротивление резистора R13 должно быть 2 кОм.

Все постоянные резисторы, используемые в термостабилизаторе, - МЛТ, а переменные - СП5-2 (R4, R9 и R14), ППЗ-40 или ППБ (R12). Конденсаторы C3 - С6 - оксидные К50-6, К50-16 или К50-29, остальные - КМ-5 или КМ-6. Диодный мост КЦ407А заменим на сборку КЦ402 с любым буквенным индексом. Стабилитрон VD2 - на напряжение стабилизации 8...8,5 В, a VD4 и VD5 - на 9,5...10,5 В.

Реле К1 - РЭН18 (паспорт РХ4.564.509) или МКУ-48 (паспорт 4.500.232).

Датчик температуры VD1 - любой кремниевый. Лучше, однако, в металлическом корпусе, например, серии Д207 или Д226 с любым буквенным индексом, так как такой диод обладает меньшей тепловой инерцией.

Мощность сетевого трансформатора Т1 блока питания - примерно 5 Вт. Его вторичная обмотка должна обеспечивать переменное напряжение 2x12 В при токе нагрузки 80...100 мА.

Термостабилизатор смонтирован в корпусе размерами 170x90x60 мм. Большая часть его деталей размещена на печатной плате размерами 100x85 мм (рис. 2), выполненной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Трансформатор Т1 и реле К1 смонтированы отдельно, а микроамперметр РА1, переменный резистор R12 и светодиоды HL1 и HL2 вынесены на лицевую панель корпуса.

Настройку прибора лучше проводить в такой последовательности. Диод VD1 поместить в среду с температурой, соответствующей нижнему пределу регулирования (0°С), и сбалансировать мост резистором R4. При этом показания микроамперметра должны быть нулевыми. Затем температуру диода повысить до максимального значения (20°С) и резистором R9 добиться максимального отклонения стрелки микроамперметра до 100 мкА.

Далее необходимо отрегулировать работу компаратора DA2. Для этого движок резистора R12 устанавливают в крайнее верхнее по схеме положение, а диод VD1 нагревают до максимальной температуры (20°С). Подстроечным резистором R14 добиваются переключения компаратора в другое состояние, срабатывания реле К1 и загорания светодиода HL2. При этом деление на шкале резистора R12 будет соответствовать температуре 20°С. Затем, не изменяя сопротивления резистора R14, градуируют шкалу резистора R12 в нескольких точках, добиваясь срабатывания компаратора при различных значениях температуры диода-датчика VD1.

Если в качестве датчика температуры используется медный терморезистор, ТКЕ которого положительный, его в измерительный мост включают на место резисторов R3 и R4, а эти резисторы - на место диода VD1. Порядок подгонки нижнего и верхнего пределов диапазона температуры остается таким же.

Если электронная часть термостабилизатора находится вне обогреваемого объема, стабилитрон VD2 для повышения точности работы устройства следует установить термокомпенсированный, например, серии Д818 или КС191.

Литература

1. Баранов Н. Простой термостабилизатор. - Радио, 1988, № 8, с. 29, 30.
2. Кислое В. В. Оборудование теплиц для подсобных и личных хозяйств. - М.: Энергоатомиздат, 1992, с. 96.
3. Ткачев Ф. Расчет термочувствительного моста. - Радио, 1995, № 8, с. 46.
4. Алешин П. Линеаризация терморезис-торного моста. - Радио, 1997, № 11, с. 59.
5. Цибин В. Цифровой термометр. - Радио, 1996, №10, с. 41.
6. Бирюков С. Простой цифровой термометр . - Радио, 1997, № 1, с. 40-42.
7. Игловский И. Г., Владимиров Г. В. Слаботочные электрические реле. - М.: КУБК-а, 1996.
8. Шульгин Г. Унифицированные трансформаторы. - Радио, 1982, № 1, с. 59, 60.
9. Габов С. Стабилизатор температуры в домашнем "овощехранилище". - Радио, 1993, № 9, с. 28, 29.
10. Мерзликин А., Пахомов Ю. Мощный термостабилизатор. - Радио, 1988, № 2. с. 52.53.
11. Маяцкий Ю. Простой термостабилизатор. - Радио, 1991, № 7, с. 32 - 34.
12. Цыгикало Г. Высокоточный термостабилизатор. - Радио, 1993, № 4, с. 35 - 37.

Автор: Ю.Андреев, г.Санкт-Петербург

Смотрите другие статьи раздела Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< 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 Пикопроектор для мобильных устройств 11.03.2014 Компания Texas Instruments разработала миниатюрный проектор HD Tilt & Roll Pixel (TRP) DLP Pico, подходящий для использования в мобильных устройствах и носимой электронике. 0,3-дюймовое изделие позволяет формировать изображение с разрешением 1280х720 пикселей (формат 720р); частота, согласно техническим характеристикам, составляет 120 Гц. Разработчик утверждает, что по сравнению с аналогичными решениями предыдущего поколения удалось добиться 100-процентного увеличения яркости и 50-процентного снижения энергопотребления. Пико-проектор выполнен по технологии DLP Cinema. В устройстве применяется микроэлектромеханическая система (МЭМС), которая создает изображение микроскопическими зеркалами, расположенными в виде матрицы на полупроводниковом чипе. Texas Instruments заявляет, что пико-проектор подходит для интеграции в смартфоны, планшеты, носимые электронные устройства, системы дополненной реальности и другие гаджеты.

Другие интересные новости:

▪ Ноутбуки Latitude 13 Education Series от Dell

▪ Анализируя действия пользователя, телефон работает дольше

▪ Говорящая стиральная машина

▪ Зарядная станция Bluetti AC180

▪ Заморозка нервов может помочь в борьбе с ожирением

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Сборка кубика Рубика. Подборка статей

▪ статья Бюджетная система Российской Федерации. Шпаргалка

▪ статья К какому роду с разницей в век относились любовницы принцев Уэльских? Подробный ответ

▪ статья Нормативные документы по обеспечению промышленной безопасности

▪ статья Пьезосирена в охранной сигнализации. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Лента, которая дружит с огнем. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026