Регулятор температуры с раздельной установкой температур срабатывания (LM311)

Большинство аналоговых терморегуляторов, построенных на компараторе, выполнено по схеме, в которой устанавливают только температуру, которую нужно поддерживать.

При этом гистерезис установлен фиксированным и нигде не обозначается, поэтому понять в каких пределах поддерживается заданная температура сложно. Здесь же предлагается схема терморегулятора, в котором можно отдельно установить как температуру включения нагревателя, так и его выключения, то есть нижний и верхний пределы температуры.

Принципиальная схема терморегулятора показана на рисунке в тексте. Схема выполнена на основе двухуровневого компаратора на микросхеме LM311. Питание электронной части - от маломощного силового трансформатора, а включение / выключение нагревателя посредством электромагнитного реле.

Датчиком температуры служит датчик LM235. Эта микросхема практически представляет собой стабилитрон, напряжение на котором зависит только от температуры, но никак не от напряжения питания. Зависимость линейная, напряжение на нем равно значению температуры, выраженной в градусах Кельвина, умноженной на 0,01.

То есть, при нуле градусов Цельсия, что равно 273 градуса Кельвина, напряжение будет 2,73V. А при 50 градусах Цельсия (323 градуса Кельвина) напряжение равно 3,23V. Кстати, термостат и настроен так, чтобы температуру можно было выбирать в этом диапазоне - от 0 до 50°С.

На отрицательный вход компаратора А2 (вывод 3) поступает напряжение с делителя, образованного резистором R7 и датчиком температуры VD4. Таким образом, на выводе 3 А2 будет напряжение, численно равное температуре в градусах Кельвина, умноженной на 0,01.

На положительный вход компаратора поступает напряжение с одного из делителей на резисторах R1-R2-R3 или R4-R5-R6 в зависимости от положения контактов реле К1. От напряжения на выходах этих делителей зависит температура включения и температура выключения нагревателя, поэтому напряжение на них подается через стабилизатор на микросхеме А1.

Рис. 1. Принципиальная схема регулятора температуры (термостата) на LM311.

Температура переключения компаратора зависит от напряжения на его положительном входе. Сюда подключен разъем «Контроль», к нему подключаются щупы цифрового мультиметра, включенного на режим измерения напряжения. Таким образом, мультиметр является шкалой для задания температуры верхнего и нижнего предела. Происходит это следующим образом.

Сначала нужно желаемые значения температуры включения и выключения нагревателя перевести в градусы Кельвина (прибавить к значениям в градусах Цельсия по 273). Затем, подключить мультиметр к разьему «Контроль» и резистором R5 установить на дисплее мультиметра напряжение, численно равное нижнему пределу температуры, умноженному на 0,01.

Например, 20°С = (273+20) 0,01 = 2,93V. Затем, включить выключатель S1 ручного включения нагревателя. При этом контакты реле К1.2 переключатся, и резистором R2 установить на дисплее мультиметра напряжение, численно равное верхнему пределу температуры, умноженному на 0,01. Например, 25°С = (273+25) 0,01 = 2,98V.

Теперь выключить S1. Термостат начинает работать. Когда температура опускается ниже нижнего предела, установленного R5 на выходе компаратора появляется напряжение, открывающее транзистор VТ1. При этом реле К1 включает нагреватель и переключает положительный вход А2 на R2, которым установлена максимальная температура.

При нагреве до максимальной температуры напряжение на выходе А2 упадет и реле К1 выключит нагреватель, и переключает положительный вход А2 на R5, которым установлена минимальная температура. Источник питания выполнен на маломощном силовом трансформаторе Т1.

Это готовый китайский трансформатор. У него первичная обмотка на 220/110V (есть отвод, который не используется, потому на схеме и не показан). А вторичная обмотка двойная (под двухполупериодный выпрямитель) по 9V переменного тока. Трансформатор рассчитан на максимальный ток вторичной обмотки 150mA.

Так как вторичная обмотка двойная выпрямитель сделан по двухполупериодной схеме на диодах VD1 и VD2. Если будет трансформатор с одинарной вторичной обмоткой на 9V переменного тока нужно выпрямитель сделать на четырех диодах по мостовой схеме.

Реле с двумя контактными группами, обмоткой на 12V и ток контактов 10А при напряжении 220V. При отсутствии такового, можно его заменить двумя реле. Их обмотки включить параллельно. Одно реле будет управлять контактами К1.1, второе - контактами К1.2.

При этом, реле с контактами К1.1 должно быть достаточно мощным, чтобы управлять нагревателем. А реле с контактами К1.2 может быть маломощным, даже герконовым.

Термодатчик LM235 можно заменить на LM135 или LM335, - большой разницы нет, в основном в типе корпуса.

Кромилин О.А. РК-2015-12.