В быту и на производстве иногда необходимо поддерживать постоянную температуру среды в заданном объеме. В данной статье описано устройство для термостатирования (термостат) с ключом, управляющим нагревателем, который подключен к сети переменного тока 220 В/50 Гц.
Устройство для термостатирования, описание которого приведено в настоящей статье, позволяет поддерживать стабильную температуру, превышающую температуру окружающей среды.
Оно состоит из блока управления, выполненного на двухсторонней печатной плате (фольгированный стеклотекстолит FR-4) размерами 77×36 мм, выносного датчика температуры, подключенного к блоку управления, и адаптера питания. Схема электрическая блока управления показана на Figure. 1. В качестве датчика температуры в данном устройстве применен термистор типа MF11 сопротивлением 1 кОм ±5% с отрицательным температурным коэффициентом. Этот термистор может использоваться в диапазоне температур от -55 до +125°С. Он обладает высокой стабильностью параметров во времени.
Измерительная цепь блока управления выполнена в виде резистивного моста на элементах R2-R7 и С1. Напряжение питания моста стабилизировано с помощью параметрического стабилизатора, выполненного на стабилитроне VD1 и резисторе R9.
Напряжение стабилизации составляет от 2,35 до 2,45 В. В качестве стабилитрона VD1 применен BZV55-B2V4 в корпусе для поверхностного монтажа SOD80C. Разность напряжений с диагонали моста подается на входы (выводы 1 и 3) интегрального компаратора на микросхеме DA1 типа LMV321 в корпусе SOT23-5. Рабочая температура этого компаратора находится в диапазоне от -40 до +85°С. Напряжение питания компаратора лежит в пределах от 2,7 до 5,5 В. Напряжение на любом из выводов данной микросхемы не может превышать 5,5 В относительно общего вода питания микросхемы (вывод 2 DA1). Нагрузкой компаратора является резистор R9 и светоизлучающий диод оптрона микросхемы драйвера симистора DA3 с подключенным к нему резистором R10. В качестве стабилизатора напряжения применена микросхема DA2 типа LP2980IM5-в корпусе SOT23-5, выходной ток которой может быть до 50 мА. В рассматриваемом устройстве напряжение питания составляет 3,0 В и подается вывода 5 DA2.
Питание блока управления осуществляется адаптера питания, напряжение которого может быть в пределах от 4,5…9 В. Ток потребления 6J ка управления по цепи 5 В не превышает 40 к. Выходное напряжение адаптера питания может быть нестабилизированным.
Исполнительная часть блока управления выполнена на микросхеме DA3 типа MOC3063-N корпусе DIP6. Микросхема МОС3063-М –за драйвер симистора с анализом перехода коммутируемого напряжения через ноль, что позволяет значительно уменьшить спектр гармонических составляющих в цепи нагрузки, возникающие моменты подключения и отключения нагревателя. Входной ток оптрона драйвера DA3 лежит в диапазоне от 5 до 60 мА.
Для коммутации нагревателя используется симистор VS1 типа ВТ138-600 в корпусе ТО220АВ. Он позволяет коммутировать ток до 12 А в сети переменного тока 220 В/50 Гц, но в данном случае коммутируемый ток ограничивается размерами печатной платы, отсутствием радиатора у симистора и составляет примерно 1,8 А.
Датчик температуры R1 (MF11) подключен к плате блока управления через клеммную колодку 15EDGK-3,5-012P-14-00A(H) с помощью кабеля в виде витой пары, из провода МГТФ-0,12, заключенного в изолирующую трубку.
Нагреватель подключен к блоку управления с помощью клеммной колодки 2EDGK-5,0-02P-14 в разрыв цепи 220 В/50 Гц. Адаптер питания подключается к блоку управления с помощью низко-частотного гнезда DC-140-002 (5,5×2,0 мм).
Настройка блока управления заключается в подборе такого сопротивления резистора R7, при котором отключается нагревательный элемент в момент достижения заданной температуры термостабилизации. В авторском варианте блок управления настроен на температуру 37°С. Величина резистора R7 при этом составляет 1,69 кОм. Точность поддержания температуры данным устройством составляет ±0,5°С, но при более тщательной настройке может быть и выше.
Резисторы R2-R10 выбраны типоразмера 0805, для поверхностного монтажа, конденсатор С1 так-же типоразмера 0805, номиналом 0,01 мкФ. Резисторы R11 и R12 типа МЛТ-1.
В качестве датчика температуры может быть использован термистор другого типа, отличный от MF11, но при этом необходимо изменить параметры измерительного моста устройства управления.
Обе стороны печатной платы показаны на Figure 2 et Figure 3.
Автор: Александр Артюшенко, г. Киев
Источник: Радиоаматор №2, 2014
