Termostato eletrônico para radiador de óleo

Um artigo sobre como substituir um regulador de temperatura mecânico de um radiador de aquecimento a óleo.

Muitas vezes, na vida cotidiana, você precisa usar radiadores a óleo para aquecimento. Como regra, esses dias chegam no outono, quando já está muito frio lá fora, e os serviços públicos não têm pressa em ligar o aquecimento central dos apartamentos. Esses radiadores não queimam oxigênio do ar, ao contrário de outros tipos de aparelhos elétricos de aquecimento.

A temperatura de aquecimento para esses radiadores é ajustada usando um regulador eletromecânico, cuja base é uma placa bimetálica - controla a operação do contato mecânico. Este contato desliga o aquecedor quando a temperatura definida é atingida.

Quando esse regulador se torna inutilizável, ele não pode ser reparado em quase cem por cento dos casos. Torna-se impossível usar um radiador sem um controlador de temperatura: você precisa ativá-lo manualmente periodicamente - desligue-o ou sente-se e espere que acenda um incêndio. O controlador de temperatura semicondutor descrito neste artigo ajudará a se livrar dessa situação.

Sensores de temperatura de semicondutores

Uma característica distintiva deste controlador é que ele não requer calibração de temperatura, pois utiliza o sensor LM335AZ, já calibrado pelo fabricante pelo fabricante.

Existem vários tipos de sensores de temperatura calibrados, por exemplo DS1621, DS1820 e alguns outros. Esses sensores fornecem leituras de temperatura em formato digital, portanto o resultado da medição está disponível apenas dispositivos de microcontroladorque requerem programação.

Sensor de temperatura analógico LM335AZ

O sensor LM335AZ fornece o resultado da medição em forma analógica (tensão), que não requer o uso de microcontroladores e programas de gravação. É suficiente montar um circuito simples e o dispositivo funcionará como pretendido. O esquema do controlador de temperatura descrito é mostrado na Figura 1.

Figura 1. Termostato para o radiador de óleo.

De acordo com o princípio de operação, o LM335AZ é uma das variedades de um diodo zener controlado por semicondutores, cuja tensão de estabilização depende da temperatura ambiente. Essa característica é rigorosamente padronizada e atinge 10 mV / ° C. Nesse caso, o coeficiente de temperatura da tensão (TKN) é positivo, ou seja, com um aumento da temperatura em cada grau, a tensão na saída de um sensor desse tipo aumenta em 10 mV.

O fabricante garante que, quando a temperatura varia entre -40 ... + 100 ° C, a característica do sensor é linear e o erro não é superior a ± 1 ° C. Essa precisão é suficiente para controlar a temperatura do aquecedor. Deve-se notar separadamente que tais parâmetros serão alcançados em uma corrente através do diodo zener a um nível de 0,45 ... 5,0 mA.

Os sensores LM335AZ são calibrados na escala de temperatura Kelvin. Para transferir a temperatura dos graus Celsius familiares a todos nós, teremos que usar a seguinte fórmula: t ° K = 273 + t ° C. Dado o coeficiente de temperatura mencionado acima do sensor 10 mV / ° C, a tensão em milivolts na sua saída será dez vezes maior que as leituras em graus.

Um exemplo simples: se em nossa sala o termômetro de parede mostra 25 graus, a tensão na saída do sensor LM335AZ será (273 + 25) * 10 = 2980 mV ou 2,98 V. É fácil calcular que se o radiador de óleo for aquecido a 70 ° C a tensão na saída do sensor LM335AZ será (273 + 70) * 10 = 3430 mV ou 3,43 V. Acontece que, para criar um termostato, basta medir a tensão na saída do sensor e compará-la com a tensão de referência, que define a temperatura de aquecimento.

Após uma análise detalhada do sensor, podemos prosseguir com a descrição do diagrama de circuito do termostato, que contém um pequeno número de peças, é simples de fabricar e requer quase nenhum ajuste.

Fonte de alimentação do termostato

A fonte de alimentação do controlador de temperatura é montada de acordo com o esquema conhecido com um capacitor de resfriamento. No diagrama, isso é C1. Em paralelo, um resistor R1 é instalado através do qual o capacitor acima será descarregado após desconectar o dispositivo da rede.

Acima de tudo, essa descarga é necessária ao configurar e fabricar um regulador de temperatura, - você deve concordar que não é muito agradável receber choques elétricos, segurando um capacitor carregado na tensão da rede por esquecimento.

O resistor R2 reduz a corrente de irrupção quando conectado à rede e, em situações de emergência, atua como um fusível. Seu poder deve ser de pelo menos 1 watts. Em capacidades mais baixas, esse resistor queima devido à destruição da camada resistiva, mesmo com um dispositivo totalmente funcional.

A tensão retificada pela ponte com a ajuda do diodo Zener VD2 é limitada a 12V, e o capacitor C4 suaviza suas ondulações. O capacitor C6 foi projetado para suavizar interferências de alta frequência e pulsos provenientes da rede. A tensão de 12 V é usada para alimentar o chip - comparador, LEDs indicadores HL1, HL2 e optocoupler triac de LED U1.

O segundo estágio de estabilização é realizado em um estabilizador integrado 78L05, que possui uma tensão de saída de +5 V. Essa tensão é usada para alimentar o sensor de temperatura e obter uma tensão de referência na entrada do comparador. A estabilidade de todo o dispositivo como um todo depende da estabilidade dessa tensão.

O sensor de temperatura VK1 recebe energia do estabilizador DA2 através do resistor R3. A tensão do sensor através do filtro de supressão de ruído R4, C2, R5 é fornecida à entrada não inversora 3 do comparador (comparador) DA1.1.

Uma tensão de referência também é aplicada à entrada inversora 2 do comparador através de um filtro de supressão de interferência R14, C3, R6, que define a temperatura de aquecimento.

A configuração do dispositivo é reduzida para definir a tensão que o sensor emitirá na temperatura máxima definida usando o resistor de sintonia R15 no circuito de saída esquerdo do resistor R17. Se você limitar o aquecimento a 70 ° C, na escala Kelvin, isso corresponde a 343 ° K; portanto, a tensão do sensor será de 3, 43 V. A uma temperatura, por exemplo, 80 ° C, 3,53 V.

Por sua vez, a tensão de acordo com a extremidade inferior da faixa deve ser ajustada no lado direito, de acordo com o circuito de saída do resistor R17. Essa configuração é feita selecionando o resistor R18. O resistor R17 também pode estar nas mãos do valor nominal incorreto, conforme indicado no diagrama. Considerando que a 0 ° C (que corresponde a 273 ° K), a tensão do sensor é de 2,73 V na saída do sensor, você pode usar a razão R17 / (3,43 - 2,73) = R18 / 2 para um cálculo aproximado dos valores desses resistores. 73, a partir da qual é fácil calcular a resistência de qualquer resistor.

O princípio de operação do circuito

Agora, algumas palavras sobre como o circuito funciona. A tensão do sensor de temperatura é fornecida à entrada não inversora do comparador 3. A tensão do motor resistor R17 é fornecida à entrada inversora 2. Enquanto a tensão na entrada não inversora é maior que na entrada inversora, o transistor de saída do comparador está aberto, de modo que o LED do acoplador triac U1 fica aceso. Para indicar o estado aberto do acoplador óptico, o LED vermelho HL1 é usado. Por sua vez, também aberto triac VS1 e aquecedor conectado.

À medida que o radiador aquece, a tensão na saída do sensor VK1 aumenta. Assim que essa tensão exceder a tensão na entrada inversora, o transistor de saída do comparador fecha e o LED do acoplador óptico apaga - a carga será desligada.

Depois que o radiador esfriar um pouco, o ciclo de aquecimento será repetido novamente.Quanto o radiador esfria devido à largura do loop de histerese do comparador, que depende da resistência do resistor R7. O capacitor C5 evita que o comparador seja excitado em altas frequências.

O LM2903N contém dois comparadores. Portanto, é possível montar um indicador no segundo comparador, indicando que o aquecimento está completo e que há tensão na rede. Este indicador é montado no DA1.2 e no LED verde HL1, que acenderá quando o aquecedor for desligado.

Algumas palavras sobre os detalhes. Os resistores R9, R12 são projetados para fornecer os modos de operação de um transistor fotoelétrico do acoplador óptico e a cadeia R8, C9 é projetada para suprimir picos de tensão no triac VS1. O triac importado mostrado no diagrama pode ser substituído com sucesso pelo TS 112-16 doméstico ou TS 125-22. Com esses triacs, é possível alternar cargas de até 2,5 kW. Para instalá-los, você precisará de um pequeno radiador, do qual o triac deve ser isolado com mica ou juntas de cerâmica.

O design do regulador é arbitrário: se o design do radiador de óleo permitir, ele poderá ser instalado no interior. Você também pode fazer um termostato na forma de uma unidade separada. Nesse caso, é claro, você precisará colocá-lo em algum tipo de gabinete. Os LEDs HL1, HL2 e a alça do resistor variável R17 devem ser exibidos na parte externa do gabinete, com os quais você pode ajustar a temperatura do aquecimento até certo ponto. Os LEDs HL1, HL2 podem ser de qualquer tipo, enquanto HL1 é verde e HL2 é vermelho.

O dispositivo é fabricado em uma placa de circuito impresso, cuja versão possível é mostrada na Figura 2.

Figura 2. Placa de circuito do termostato.

Os seguintes tipos de peças foram utilizados para a instalação na placa: capacitores domésticos de óxido K50-35 ou importados, capacitores de filme C1 e C9 tipo K73-17, os demais capacitores de cerâmica de tamanho pequeno restantes. Os capacitores de óxido devem estar com uma temperatura permitida de pelo menos +105 ° C, o que é indicado no caso de capacitores.

Resistores fixos do tipo MLT 0,125 ou importados. Resistor de ajuste do tipo R1 СП5-28Б ou outra rotação múltipla - com sua ajuda, o limite superior do aquecimento será definido com mais precisão.

Resistor variável R17 tipo PPB-3V. Seu objetivo é definir a temperatura de aquecimento. É melhor instalar esse resistor no lugar do antigo regulador eletromecânico.

O sensor de temperatura LM335AZ, se o projeto do radiador permitir, deve ser instalado no local em que o sensor eletromecânico foi instalado anteriormente. Nesse caso, é claro que o sensor antigo precisará ser removido. A conexão do sensor à placa de circuito impresso é melhor feita com um par trançado de fios. Isso reduzirá significativamente o efeito de interferência na operação de todo o dispositivo como um todo.

Quando o regulador é projetado como uma unidade separada, os LEDs HL1, HL2 são instalados diretamente na placa. E se a placa puder ficar oculta dentro do aquecedor, para instalar os LEDs, você precisará fazer furos no corpo do aquecedor. Os próprios LEDs, nesse caso, devem ser colocados em uma placa de material isolante, por exemplo, fibra de vidro ou tecido.

A configuração do dispositivo é fácil. Antes de tudo, verifique a instalação quanto à conformidade com o esquema e a ausência de defeitos na forma de curtos-circuitos de trilhos na placa ou sua quebra. Depois disso, verifique se há +12 V de tensão no diodo Zener VD1 e +5 V de tensão na saída do estabilizador DA2.

Após essas verificações, use o resistor de recorte R15 para definir a tensão de 3,43 V no circuito de saída esquerdo do resistor variável R17. Você pode verificar o funcionamento correto do regulador girando o resistor variável R17. Nesse caso, você deve prestar atenção aos indicadores LED.

Todas as medições devem ser realizadas em relação ao terminal negativo do capacitor C4 usando um multímetro digitalpor exemplo, digite DT838 ou semelhante.

Não esqueça que o design não possui isolamento galvânico da rede elétrica. Portanto, você deve ter cuidado e cuidado, e é melhor usar um transformador de isolamento. Mas a potência de um transformador não é suficiente para alimentar o radiador de óleo; portanto, durante o comissionamento (enquanto tudo está sobre a mesa e acessível), o elemento de aquecimento pode ser substituído por uma lâmpada convencional com uma potência de 25 ... 100 watts.

O sensor de temperatura durante o processo de ajuste pode ser aquecido simplesmente com um ferro de solda ou uma lâmpada mencionada. Nesse caso, a lâmpada de controle se apaga quando a temperatura definida é atingida e acende após algum resfriamento do sensor. O grau de resfriamento do sensor depende da histerese do comparador, conforme descrito acima.

Boris Aladyshkin