ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОР С ИЗОЛИРОВАННЫМ ДАТЧИКОМ
ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОР С ИЗОЛИРОВАННЫМ ДАТЧИКОМ
ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОР С ИЗОЛИРОВАННЫМ ДАТЧИКОМ, При
разработке термостабилизаторов с симистором в качестве коммутирующего
нагреватель элемента приходится уделять большое внимание изоляции
измерительной цепи от электрической сети. Чаще всего для этого в цепи
управления симистором устанавливают оптрон, а узел измерения температуры
питают через понижающий трансформатор, работающий на частоте сети 50
Гц. Автор предлагает оригинальное решение проблемы, позволяющее обойтись
без оптрона и сетевого трансформатора и при этом значительно снизить
вес и габариты устройства. Термостабилизатор, собранный по схеме, показанной на рисунке,
можно условно разделить на две части: гальванически связанный с сетью
узел управления симистором VS1 (микросхема DD1, транзисторы VT1, VT2,
VT4), коммутирующим нагреватель, и узел датчика (терморезистор RK1,
микросхема DA1, транзистор VT3), изолированный от сети высокочастотным
трансформатором Т1.
Узел управления симистором получает напряжение питания от
однополупериодного выпрямителя с "гасящим" конденсатором С1.
Выпрямленное напряжение стабилизировано стабилитроном VD1. На элементах
DD1.1, DD1.2 собран генератор импульсов частотой приблизительно 10 кГц.
Каскад на транзисторе VT1 — усилитель импульсов с трансформаторной
нагрузкой. Его особенность—зависимость падения напряжения на резисторе
R8 от сопротивления, которым нагружена вторичная обмотка трансформатора
Т1. Поэтому закрытый в отсутствие нагрузки транзистор VT2 открывается с
ростом потребляемого от обмотки II тока. Стабилитрон VD3 с
гасящим резистором R10 и элемент DD1.3 формируют прямоугольные импульсы,
фронты и спады которых совпадают с моментами перехода сетевого
напряжения через ноль. При закрытом транзисторе VT2 цепь конденсатора С6
разомкнута, на оба входа элемента DD1.4 поступают одинаковые сигналы и
уровень на выходе элемента — низкий. Транзистор VT4, а с ним и симистор
VS1 закрыты. На подключенный к розетке XS1 нагреватель сетевое
напряжение не поступает. Когда транзистор VT2 открыт,
интегрирующая цепь R14C6 немного задерживает импульсы, поступающие на
вход 6 DD1.4, в результате чего на выходе этого элемента появляются
импульсы длительностью приблизительно 0,3 мс, совпадающие с переходами
сетевого напряжения через ноль. Пройдя усилитель на транзисторе VT4,
импульсы в начале каждого полупериода открывают симистор VS1.
Нагреватель подключен к сети. Таким образом удается управлять
нагревателем, изменяя нагрузку, подключенную к изолированной от сети
обмотке II трансформатора Т1. Выпрямленным с помощью диода VD4
напряжением этой обмотки питают ОУ DA1 и резистивный мост, одним из плеч
которого служит терморезистор RK1. Зависящее от температуры напряжение
разбаланса моста поступает на входы ОУ. В результате при температуре
ниже заданной уровень напряжения на выходе DA1 высокий, а выше заданной —
низкий. Температурный порог устанавливают переменным резистором R2.
Само по себе изменение уровня напряжения на выходе DA1 не может
привести к открыванию симистора VS1, так как ток, потребляемый ОУ
(приблизительно 1,4 мА), почти не изменяется. Роль переменной нагрузки
выполняет каскад на транзисторе VT3 со светодиодом HL1 в коллекторной
цепи. Если температура ниже пороговой, транзистор VT3 открыт, светодиод
светится, а потребляемый ток возрастает до 7 мА. Пропорционально
увеличивается падение напряжения на резисторе R8 в эмиттерной цепи
транзистора VT1, что и приводит к включению нагревателя.
Магнитопровод трансформатора Т1 — стальной ШЗх6, обмотка I — 600, II —
1000 витков провода ПЭВ-2 0,08. Особое внимание следует уделить
изоляции, проложив между обмотками два-три слоя лакоткани и пропитав
готовую катушку парафином или влагостойким лаком. Терморезистор RK1 —
ММТ-4. Стабилитрон VD1 можно заменить на КС512А, а в качестве VD3
использовать любой маломощный с напряжением стабилизации 7...9 В.
Конденсатор С1 — К73-17 или подобный на рабочее напряжение не ниже
указанного на схеме. Остальные детали — общего применения.
Конструктивно термостабилизатор можно выполнить в виде единого блока,
либо двух отдельных — управления и термодатчика, соединенных между собой
двухпроводным кабелем длиной до нескольких метров. Последний вариант
наиболее удобен для больших помещений (овощехранилищ, теплиц), где
датчик температуры приходится выносить на значительное расстояние.
На время регулировки к розетке XS1 вместо нагревателя лучше подключить
обычную лампу накаливания, что позволит визуально контролировать работу
устройства. Регулировка узла управления симистором заключается в
установке движка подстроечного резистора потенциометра R8 в такое
положение, чтобы напряжение на нем составляло не менее 0,8 В, когда
светодиод HL1 светится, и не более 0,3 В в противном случае. Для
градуировки шкалы переменного резистора R2 можно и не подключать
термостабилизатор к сети. Узел датчика отсоединяют от обмотки II
трансформатора Т1 и питают от источника постоянного напряжения 9...12 В
(плюсом — к анодам диода VD4 и светодиода HL1, минусом — к выводу 4
микросхемы DA1). Терморезистор RK1 помещают в среду с известной
температурой (ее контролируют обычным лабораторным термометром).
Медленно вращая ось переменного резистора, фиксируют момент зажигания
или погасания светодиода HL1 и делают на шкале соответствующую отметку.
Процедуру повторяют при нескольких различных температурах. Указанные на
схеме номиналы резисторов R1 и R2 соответствуют интервалу температур
приблизительно от 0 до 40 °С. Изменением номиналов резисторов можно
переместить эти границы в желаемые стороны. Закончив градуировку, датчик
подключают вновь к трансформатору Т1.
|