Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №9 - Журнал «Домашняя лаборатория»

ЭЛЕКТРОНИКА

Полезные схемы

Шелестов И.П.

Простой термостабилизатор

Устройство является универсальным и предназначено для поддержания фиксированного значения заданной положительной температуры в диапазоне +1…80 °C с точностью 0,2 °C.

Термостабилизатор может применяться в искусственном инкубаторе для выведения цыплят из яиц (+37,5 °C), сушильном шкафу (+60 °C), домашней бане или же поддерживать положительную температуру (+2 °C) в утепленном хранилище для овощей на балконе при отрицательной температуре окружающего воздуха. При этом на работе устройства не сказывается возможная нестабильность сетевого напряжения.

Питается устройство по бестрансформаторной схеме, непосредственно от сети 220 В, что позволяет значительно уменьшить его габариты.

Принцип работы схемы на компараторе D1 в особых пояснениях не чуждается — он часто применяется в различных устройствах и описан в литературе. Особенностью данного включения компаратора является управление выходной нагрузкой по эмиттерному выходу микросхемы. Использование транзистора VT1 позволяет улучшить работу компаратора и упростить схему управления тиристором.

В качестве нагревателя подойдет любая нагрузка мощностью не более 1000 Вт (я использовал "воздушный" ТЭН на 500 Вт — он более долговечен, чем нагреватель в виде лампочки). Если же требуется управлять более мощной нагрузкой, то диоды VD3…VD7 необходимо применять на больший допустимый рабочий ток (например Д246А, Б, Д247А, Б) и подключить дополнительный тиристор совместно с еще одним транзистором КТ940А аналогично с приведенной схемой. Сигнал управления второй нагрузкой (она подключается к отдельным гнездам) снимается с вывода D1/1.

Для управления нагрузкой мощностью более 1000 Вт можно применить один тиристор типа Т122-20-4 или Т122-25-4 (последняя цифра в обозначении может быть и больше).

Индикаторами режимов работы схемы являются светодиоды HL1, HL2. Так, при включении устройства тумблером S2, если не подключен нагревательный элемент А1 (или он перегорел), то светиться будут одновременно оба светодиода, а при нормальной работе устройства свечение между индикаторами будет чередоваться: при нагреве А1 светится красный светодиод HL1 (тиристор открыт), при остывании HL2 — зеленый.

В схеме применен в качестве датчика температуры терморезистор типа СТЗ-19 (он обладает малыми габаритами и массой), но подойдут и другие типы (при этом может возрасти инерционность термостабилизации).

Для удобства эксплуатации термостабилизатора используется переключатель (S1), который позволяет иметь 5 фиксированных значений температуры и одно изменяемое. В шестом положении переключателя переменный резистор R2 позволяет устанавливать любую температуру в указанном диапазоне.

Наиболее часто используемые значения температуры удобно настроить резисторами R3, R6…R8, R10 (многооборотные, типа СП5-2) в соответствующих положениях переключателя.

В схеме применены постоянные резисторы типа С2-23; переменный резистор R2 типа СП2-2; конденсатор C1 — К50-15, С2 — К10-7В; переключатель S1 типа ПГ2-5 — 6П2Н; тумблер S2 типа Т3; разъем X1 — РС-4; гнезда Х2, ХЗ типа Г4,0.

При изготовлении конструкции необходимо предусмотреть теплоотвод для тиристора VSI и диодов VD3…VD7.

Соединительный кабель от гнезда X1 до термодатчика может иметь длину до двух метров и выполняется перевитыми между собой проводами — это уменьшит влияние помех и наводок на вход схемы.

Термостабилизатор для температуры 150…1000 °C

Схема предназначена для автоматического поддержания нужной температуры с высокой точностью и может найти применение в различных промышленных и бытовых устройствах для управления нагревом термокамеры или паяльника.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОРА

1. Диапазон рабочих температур +150…1000 °C.

2. Точность поддержания установленной температуры в рабочем диапазоне не хуже 2 °C.

3. Рабочее напряжение нагревателя может быть от 100 до 400 В.

4. Мощность нагревателя допустима до 4 кВт (или 8 кВт при использовании радиатора для симистора большей площади).

5. Датчиком температуры является термопара из спая Хромель-Алюмель.

6. Схема управления термостабилизатора имеет электрическую развязку по постоянному току от сети питания нагревателя.

7. Включение цепи нагревателя производится электронным бесконтактным способом.

8. Питание схемы управления осуществляется от двухполярного источника питания с напряжением 12 В (ток потребления схемы управления не превышает 15 мА). К одному блоку питания допустимо подключать до 10 схем термостабилизаторов.

Термостабилизатор содержит минимальное число элементов, что обеспечивает высокую надежность, а малые габариты позволяют легко разместить его внутри любого корпуса.

Устройство состоит из двух узлов: схемы управления и блока питания.

Схема управления выполнена на одной сдвоенной микросхеме DA1 (140УД20А) и симметричном тиристоре (симисторе) VS1. На элементе DA1.1 собран дифференциальный усилитель сигнала с термопары, а на DA1.2 — интегратор, который управляет работой генератора импульсов на однопереходном транзисторе VT1. Импульсы через разделительный трансформатор Т1 поступают на управление коммутатором VS1.

Использование в схеме интегратора вместо обычно применяемого компаратора позволяет обеспечить мягкую характеристику изменения мощности в нагревателе при выходе на режим термостабилизации. Это осуществляется за счет изменения времени заряда конденсатора С8, от которого зависит частота генератора, а значит, и начальный угол открывания симистора. Пока напряжение с выхода DA1/12 не превысит пороговое значение, установленное резисторами R1 и R2 (на DA1/6), на выходе микросхемы DA1/10 будет напряжение +12 В, что обеспечит работу генератора (VT1) на максимальной частоте. При этом форма импульсов на управляющем электроде симистора должна иметь вид, приведенный на рисунке вы-

Если форма импульсов другая, следует поменять местами выводы на одной из обмоток трансформатора Т1.

Электрическая схема блока питания термостабилизатора может быть собрана по одному из приведенных ниже вариантов. Обе схемы имеют внутреннюю электронную защиту от перегрузки и в особых пояснениях не нуждаются, так как являются типовыми. При использовании одного источника питания для нескольких термостабилизаторов включение каждой схемы управления производится отдельным тумблером.

Топологии печатных плат и расположение деталей приведены далее. Симистор устанавливается на радиатор, состоящий из двух медных пластин, одна из которых показана на рисунке. Для подключения внешних цепей используются винты М3 и М4 с гайками.

Печатная плата источника питания, вариант 2

В схеме применена прецизионная микросхема, и замена ее на другой тип недопустима, так как это ухудшит точность поддержания температуры из-за увеличения дрейфа нуля, который будет соизмерим с величиной сигнала от термопары.

Импульсный трансформатор Т1 наматывается проводом ПЭЛШО-0,18 на ферритовом кольце М4000НМ1 типоразмера К16х10х4 мм или кольце М2000НМ1 — К20х12х6 мм и содержит в обмотке 1-80 витков, 2-60 витков. Перед намоткой острые грани сердечника нужно закруглить надфилем. Иначе они прорежут провод. После намотки и пропитки