30.03.21

[Домашняя]

Этот терморегулятор может работать во влажном помещении, например, овощехранилище, теплице, бане или сауне, потому что его датчик и схема компаратора полностью изолированы от электросети - по цепи питания с помощью трансформатора, по нагрузке - с помощью оптопары. Принципиальная схема терморегу­лятора показана на рисунке.

В качестве датчика, измеряющего температуру используется интегральный температурный датчик LM235H. Датчик LM235H существенно отличается от широко используемых температурных датчиков на основе термосопротивления тем, что практически его можно назвать «термостабилитроном», потому что он по своему действию аналогичен стабилитрону, у которого величина напряжения стабилизации зависит от температуры и изменяется прецизионно с точностью 0,01V на градус, причем независимо от величины и стабильности питающего напряжения, которое подается на датчик через токоограничивающий резистор. Датчик LM235H предназначен для работы в диапазоне температур от -40 до +125°С. Таким образом, рабочий диапазон от минимума до максимума составляет 165 градусов. Но выражается это численно не в градусах Цельсия, а в градусах Кельвина. То есть, диапазон составляет от 233К до 393К. И напряжение на нем изменяется начиная от 2,33V, что соответствует -40°С до 3,93V, что соответствует +125°С. В таких пределах изменяется напряжение на F1 при изменении температуры в пределах от -40°С до +125°С. Это напряжение через резистор R6 поступает на прямой вход компаратора А1. Для того чтобы задать температуру срабатывания термостабилизатора необходимо на инверсный вход компаратора подать фиксированное напряжение, величина которого будет соответствовать напряжению на F1 при достижении необходимой температуры. Это напряжение устанавливается с помощью делителя на резисторах R2, R3 и R4. На схеме показаны величины сопротивлений резисторов для осуществления регулировки во всем диапазоне от -40°С до +125°С. В реальных условиях такого большого диапазона регулировки может быть и ненужно. В таком случае пределы регулировки можно существенно сузить, рассчитав заново сопротивления резисторов R2, R3, R4, или подобрав их экспериментально. Например, нужен диапазон от +10°С до +30°С, то есть от 283К до 303К Вычисляем минимальное напряжение 283x0,01 =2,83V и максимальное 303x0,01 =3,03V. Далее рассчитываем делитель напряжения следуя этим данным и учитывая, что опорное напряжение задано стабилитроном VD1 с напряжением стабилизации 7,5V, получается: R2 = 308 кОм, R3 = 15кОм, R4 = 197кОм. Нестандартные сопротивления можно набрать из нескольких. В любом случае сопротивление нужно проверять омметром, потому что резисторы могут иметь существенную погрешность. Аналогично можно сделать делитель и под любой другой температурный интервал, но в пределах рабочего диапазона датчика. Датчик подключается к схеме терморегулятора через разъем Х1. Конденсатор С1 необходим для подавления наводок и радиопомех которые могут быть, если кабель связывающий датчик с разъемом Х1 слишком длинный. С резистором R1 датчик F1 образует аналог параметрического стабилизатора с термозависимым напряжением стабилизации. Когда температура ниже некоторого порога, установленного резистором R3, на выходе компаратора А1 падает напряжение и возникает ток через светодиод оптопары А2. Открывается маломощный оптосимистор этой оптопары и происходит включение мощного симистора VS1, через который, через разъем Х2, подается напряжение на нагреватель. Нагреватель работает и температура увеличивается. При повышении температуры выше заданного предела компаратор меняет состояние и нагреватель выклю­чается. Необходимый для работы такой схемы терморегулятора гистерезис создается резистором R8. Гистерезис исключает слишком частые включения / выключения нагревателя. Величина гистеризиса зависит как от сопротивления R8, так и от сопротивления R6. Установить нужный гистерезис для конкретного случая можно грубо подбором R8 и точно подбором R6. Питается компаратор от не стабилизированного источника на основе трансформатора Т1 и мостового выпрямителя на диодах VD2-VD5. Трансформатор обеспечивает изолирование схемы от сети по питанию компаратора и датчика. Трансформатор готовый, с первичной обмоткой на 220V и вторичной обмоткой на 9V переменного напряжения. Максимальный ток во вторичной обмотке 150mA. Можно использовать другой термодатчик из серии LM235 или LM335, LM135, либо отечественный аналог К1019ЕМ1. Стабилитрон КС175А можно заменить любым стабилитроном на напряжение в пределах 6...9V. Если напряжение отличается от 7,5V, соответственно нужно пересчитать сопротивления резисторов R2, R3, R4. Компаратор К554САЗА можно заменить другим аналогом, либо использовать операционный усилитель с достаточно мощным выходом. Чтобы исключить в этом случае засветку светодиода оптопары в состоянии, когда нагрузка должна быть выключено, можно последовательно её светодиоду включить стабилитрон на небольшое напряжение (например, на 4,7V). Стабилитрон компенсирует недостаточный размах напряжения на выходе операционного усилителя. Выходной каскад можно сделать на других деталях, - другой оптопаре и симисторе, важно чтобы они были на напряжение не ниже 400V, а симистор достаточной мощности для управления конкретным нагревателем. Можно сделать выходной каскад и на так называемом «твердотельном реле», практически представляющем собой сборку из оптопары и мощного симистора. Конденсатор С5 должен быть на напряжение не ниже 16V. Остальные на напряжение не ниже 10V. Переменный резистор R3 должен быть с линейным изменением сопротивления. Его рукоятка должна быть с указателем, а вокруг ней нанесена шкала в значениях температуры. Налаживание заключается в установке сопротивлений резисторов делителя R2, R4, и если необходимо, R3.

Радиоконструктор №6 2014г стр. 17