Регулятор температуры для управления нагревателем и охладителем (LM393)
Принципиальная схема автоматического устройства для контроля за температурой, которое управляет нагревателем и охладителем. Обычно, термостат поддерживает температуру, управляя нагревателем. Приснижении температуры его включает, при повышении - выключает.
А стабилизация температуры происходит за счет искусственного нагревания и естественного охлаждения (остывания). Но в некоторых случаях, охлаждение естественным образом не происходит, например, из-за жаркой погоды или по другим причинам.
В этом случае для поддержания температуры термостат должен управлять не только нагревателем, но и каким-то охладителем, в качестве которого может работать, например, вентилятор. Здесь приводится описание термостата, который поддерживает температуру не только за счет управления нагревателем, но и за счет управления вентилятором, осуществляющего принудительное охлаждение.
Принципиальная схема
Рис. 1. Принципиальная схема терморегулятора для управления нагревательным и охладительным элементами.
Как уже сказано, температура здесь поддерживается не только обогревателем, но и управлением охладителя, в качестве которого используется вентилятор (это может иметь значение в летнее время, когда температура естественным образом повышается выше допустимого предела). Поэтому в схеме есть два компаратора А1.1 и А1.2. Компаратор А1.1 управляет нагревателем, а компаратор А1.2 - вентилятором.
Напряжение от терморезистора R9 поступает на один вход компаратора, а напряжение опорное, - на другие входы. При этом опорное напряжение формируется делителем на резисторах R2, R5, R7 таким образом, что напряжение на прямом входе А1.1 немного больше напряжения на инверсном входе А1.2. Разница этих напряжений небольшая, и зависит от сопротивления R5.
Когда температура соответствует установленной регулировкой Р1 величине, напряжение на терморезисторе R9 оказывается выше напряжения на инверсном входе А1.2, но ниже напряжения на прямом входе А1.1. При этом выходы обоих компараторов оказываются под высокими логическими уровнями, и ток через светодиоды оптронных реле К1 и К2 не проходит. Реле закрыты и как нагреватель, так и вентилятор выключены.
Когда температура ниже заданной, сопротивление терморезистора R9 больше, напряжение на нем так же больше. Поэтому напряжение на инверсном входе А1.1 больше напряжения на его прямом входе. Значит на выходе А1.1 устанавливается низкий логический уровень. Появляется ток через светодиод оптореле К1.
Реле К1 открывается и подает питание на нагреватель. Если температура выше заданной сопротивление терморезистора R9 ниже, напряжение на нем так же ниже. Поэтому напряжение на прямом входе А1.2 меньше напряжения на его инверсном входе. Значит на выходе А1.2 устанавливается низкий логический уровень.
Появляется ток через светодиод оптореле К2, оно открывается и подает питание на вентилятор. Вот таким образом работает система поддержания температуры.
Гальванически, низковольтная схема полностью развязана с электросетью. Управление нагрузками осуществляется посредством оптической связи (через оптореле), а питание поступает через трансформатор Т1. Поэтому в случае попадания на органы управления воды или прикосновения к ним поражение током исключается, так как они не находятся под потенциалом электросети.
Детали и конструкция
Источник питания выполнен на трансформаторе Т1 типа ТВК100Л. Это выходной трансформатор кадровой развертки от старого лампового черно-белого телевизора. Вместо него можно использовать любой маломощный силовой трансформатор, на вторичной обмотке которого есть переменное напряжение 7-10V при максимальном токе не ниже 100mA. Например, использовать трансформатор от какого-то миниатюрного сетевого источника питания, например, от сетевого адаптера телевизионной игровой приставки или компьютерной периферии, или же намотать его самостоятельно.
Выпрямительный мост КЦ402 можно заменить любым маломощным выпрямительным мостом или собрать мост на четырех диодах, типа КД209, КД105, 1 N4004 или других. Терморезистор ММТ номинальным сопротивлением 10 кОм при температуре +20°С.
Можно использовать терморезистор и другого номинального сопротивления, но при этом нужно учесть то, что номинальное сопротивление переменного резистора R1 должно быть такого же сопротивления, а стартовое сопротивление R3 выбрать в два раза ниже. То есть, если R9 - 20 кОм при температуре +20°С, то Р1 - 20 кОм, а R3 - 10 кОм. Затем, величина R3 уточняется при налаживании (при установке пределов регулировки температуры).
В данной схеме используется микросхема LM393 содержащая два компаратора. В принципе можно использовать практически любые другие компараторы, например, К554САЗ.
Кроме того, можно использовать операционные усилители, включенные в режиме компаратора, но в этом случае может потребоваться усиление выходов операционных усилителей, чтобы они могли работать на светодиоды оптореле. Сделать это можно с помощью транзисторных ключей, но этом случае потребуется у каждого из компараторов поменять местами прямой и инверсный входы, так как теперь включаться нагрузки будут не логическими нулями, а логическими единицами.
Выходные каскады на оптореле 5П19ТМ-20-6 можно выполнить на другой элементной базе, например, как в Л1. Делать выходы по схеме без опторазвязки не рекомендую, так как в этом случае датчики и органы управления оказываются под потенциалом сети. При налаживании можно пользоваться емкостью с водой, нагреваемой на электроплите, и каким-то достаточно точным образцовым термометром.
Желательно чтобы переменный резистор был группы «А», то есть, с линейным законом изменения сопротивления. Применение «логарифмического» резистора (как в регуляторах громкости) сильно затруднит градуировку шкалы.
Лыжин Р. РК-2015-07.
Литература: 1 - Лыжин Р. Универсальный автомат огородника - любителя. РК-2010-12.