家電製品の温度安定剤。スキーム、説明

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家庭用電化製品の温度安定剤。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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公開された記事は、さまざまな家庭用機器に必要な温度を維持するように設計された電子機器の実装の選択と実践に焦点を当てています。著者の推奨事項は、多くのアマチュア無線家、つまり設計者にとって役立つかもしれません。

家庭で使用される機器の温度安定剤の範囲は非常に広いです。これらには、例えば、野菜貯蔵庫、水族館、小型保育器、ミツバチの熱処理室、温室などが含まれます。さまざまな目的のための熱安定剤の設計とその働きの説明については、広範な文献が費やされています。それにもかかわらず、私の意見では、このトピックは、特にそのようなデバイスを自分で構築することに決めた人にとって、依然として関連性があります。多くの部品の入手に伴う困難やスタビライザーのさまざまな動作条件を考慮して、具体的な設計について説明する前に、いくつかの一般的な問題について触れたいと思います。

まず、熱安定器の設計を開始するときは、所定の体積内で必要な温度を提供するヒーターの電力を決定する必要があります。これは、熱工学計算を必要とする別個の、場合によっては複雑なタスクです。概算の計算には、簡単な式を使用できます。したがって、たとえば、屋外温度が最大 -30 °C の野菜売り場で、厚さ 20 mm のボードまたはチップボードで作られ、厚さ 25 ～ 30 mm のフォーム層で作られた箱の中で製品が凍結するのを防ぐには、 [1] に示されているように、必要なヒーター電力は次のようになります。 P = V2/3、ここで P はワットで表されるヒーター電力です。 V はボックスの内容積 (リットル単位) です。

ロッジア、ガラスまたはポリエチレンでコーティングされたフレーム温室の場合、必要なヒーターの総電力は次の式 [2] によって決定されます。

P \u1,23d XNUMX Sp Kt（スズ - tnap）、

ここで、P - ワット単位のヒーター電力。 Spは冷却面（壁、床、天井）の総面積（m2）です。 Kt - 熱伝達係数 (W/m2 °С) tin と tout は、それぞれ内部温度と外部温度 (度) です。 Kt 係数の値は、Kt = 3,3 (複層ガラスの場合) から Kt = 7,5 (単層ポリエチレンフィルムの場合) までです。

どの温度安定装置にも、温度センサーとセンサー信号増幅器などの感応要素が含まれています。信号比較器または比較器。作動装置の機能を実行する電子キー。電源と発熱体。

温度センサーとしては、通常、KMT、MMT、STシリーズのサーミスタが使用され、その抵抗温度係数（TCS）は負です - 2 ... 7% / deg。 - および温度によって異なり、サーミスタ抵抗値の許容差は 10 ～ 30% です。アマチュアの熱安定器では、TCR が大きいため、サーミスタが最もよく使用されます。ただし、重大な非直線性と大きな公差により、設計された熱安定剤やスケールの目盛りを個別に調整する必要があり、修理の際の交換が困難になります。

半導体サーミスタを使用したブリッジのパラメータの計算については、精度に対する要求が高くなりますが、たとえば [3, 4] に記載されています。

最高の計測特性には、TSM シリーズの銅製温度センサーが使用されます。 TCRは正ですが、わずか0,3%/deg.==1/293°であり、広い温度範囲で特性の直線性が確保されています。これらは高精度クラス (0,1 ～ 0,5%) のデバイスに属しており、攻撃的な環境でも動作します。 TSM の欠点は、長さが比較的長く (約 300 mm)、コストが高いことです。

家電製品の温度安定剤

温度センサーとしてはあまり知られていませんが、負の変換係数は 2 mV / 度のシリコンダイオードです。 [5、6]。ほぼすべての低電力シリコンダイオードは、温度から電圧への線形変換を実現します。

ここに挙げたサーマルコンバータは通常、抵抗ブリッジのアームの 140 つに含まれており、その電源は安定化されています。ブリッジの出力信号はコンパレータの入力に供給されるか、必要に応じて前置増幅されます。信号を比較するには、正帰還を備えた演算増幅器 (オペアンプ) であるコンパレータを使用するのが最も便利です。比較機能は、K553、K554 シリーズのオペアンプ、または K554 シリーズの特別に設計されたコンパレータによって実行できます。最も推奨されるコンパレータは K50SAZ で、最大 XNUMX mA の出力電流を提供し、追加のアンプなしでアクチュエータの電磁リレーを直接オンにすることができます。

どちらのタイプのリレーを選択するかは、動作電流の値と、スイッチング接点の許容電圧と電流の 220 つの要素によって決まります。 8 V の主電源電圧では、リレー接点がヒーター電流を確実に切り替える必要があります。最も一般的な低電力リレーは RES18、REN7 です [20]。 REN48 および MKU-4.509.146 リレー (パスポート 220) の巻線は、許容接触電流 5 A で 2,2 V の AC 電圧で直接動作するように設計されており、実際にはほとんどの場合に使用できます。 XNUMX つの接点グループを並列接続することで、これらのリレーには合計最大 XNUMX kW の電力を供給するヒーターが組み込まれます。ヒーターを含むアクチュエーターの要素としては、電磁リレーのほかに、トリニスタやトライアックなどがあります。

これらのデバイスを使用すると、ヒーターの電流を最大 80 A まで切り替えることができます。接点がないため、その使用が推奨されます。確かに、熱安定装置自体の設計は、エグゼクティブリンク内の電磁リレーを使用する場合よりも複雑になります。

熱安定器の電源は、原則として、13 つまたは 16 つの整流器と最も単純な整流電圧安定器を備えた、主電源電圧を 10 ～ 15 V に下げる変圧器です。ネットワーク変圧器の電力は通常 8 ... XNUMX ワットを超えません。必要な二次巻線のセットを備えた TPP シリーズのユニファイドトランスを使用できます [XNUMX]。

熱源として、特に電気的安全性の観点から、加熱要素である管状電気ヒーターを使用するのが最善です。もちろん、主電源電圧用に設計された従来の白熱灯にも適しています。

現在、熱安定器を構築するための回路ソリューションは数多くあり、リストされた要素がさまざまな組み合わせで組み合わされています。設計された温度安定剤を選択する際の方向性については、ここで提案されている表を使用できます。この表には、Radio で以前に公開されたいくつかの熱安定剤の主な技術データが示されています。

同時に、繰り返しになりますが、シリコンダイオードまたは銅抵抗が温度センサーとして機能する、広く使用されている熱安定器（図1）を提案します。このバージョンの電子機械のもう XNUMX つの違いは、内部にトランジスタが存在しないことと、温度を測定するためのマイクロ電流計が存在することです。

（クリックして拡大）

表にリストされているほとんどの熱スタビライザーと同様に、このサーマルスタビライザーは、感応要素、コンパレーター、アクチュエーター、電源ユニットの 1 つのノードで構成されています。 VD1 ダイオードによってその機能が実行される温度センサーは、他の 4 つのアームに抵抗 R5 ～ R6 を備えた測定ブリッジに含まれています。ブリッジの出力からの信号は、(抵抗 R1 および R8 を介して) 負帰還 (回路 R9R2) で覆われたオペアンプ DA12 の両方の入力に供給され、その出力からコンパレータ DAXNUMX の反転入力に供給されます。密閉空間内の必要な温度は、適切なスケールを備えた可変抵抗器 RXNUMX によって設定されます。

アクチュエータの機能は電磁リレーＫ１によって行われる。コンパレータの出力信号で作動すると、リレーの接点 K1 が HL1.1 LED を点灯させ、加熱がオンであることを示し、接点 K1 - ヒーター (Rn) が点灯します。

電源は、変圧器 T1、整流ブリッジ VD6、平滑フィルター C5R17 および C6R18 によって形成されます。ツェナーダイオード VD4 および VD5 は、デバイスのマイクロ回路に ±10 V のバイポーラ電圧を提供します。

加熱された空間内の空気温度を視覚的に制御するために、針の最大偏向電流が 1 μA (M100) になるようにマイクロ電流計 RA4248 を装置に導入しました。その目盛りは度で校正されています。デバイスの電子部品が加熱されたボリュームの外側にある場合、ダイオードセンサー (VD1) はシールド線を使用して抵抗ブリッジに接続されます。

図に示されている場合1 マイクロチップ、抵抗値、その他の詳細により、デバイスは 0 ～ 20°C の範囲で温度安定化を実現します。温度を+36 ... +45°C以内に安定させるには、たとえばインキュベーターに必要ですが、抵抗R13の公称抵抗は2 kOhmである必要があります。

ヒートスタビライザーに使用される固定抵抗はすべて MLT で、可変抵抗は SP5-2 (R4、R9、R14)、PPZ-40 または PPB (R12) です。コンデンサC3 - C6 - 酸化物K50-6、K50-16またはK50-29、残り - KM-5またはKM-6。 KTs407A ダイオードブリッジを、任意の文字インデックスを備えた KTs402 アセンブリに置き換えます。ツェナーダイオード VD2 - 安定化電圧 8 ～ 8,5 V 用、VD4 および VD5 - 9,5 ～ 10,5 V 用。

リレー K1 - REN18 (パスポート РХ4.564.509) または MKU-48 (パスポート 4.500.232)。

温度センサー VD1 - 任意のシリコン。ただし、そのようなダイオードは熱慣性が少ないため、金属ケース、たとえば任意の文字インデックスを備えた D207 または D226 シリーズの方が優れています。

電源の主変圧器 T1 の電力は約 5 ワットです。その二次巻線は、負荷電流 2 ～ 12 mA で 80x100 V の交流電圧を提供する必要があります。

熱安定装置は、170x90x60 mm の寸法のハウジングに取り付けられています。その部品のほとんどは、片面フォイルグラスファイバー製の寸法 100x85 mm のプリント基板上に配置されています (図 2)。トランス T1 とリレー K1 は別個に実装されており、微小電流計 RA1、可変抵抗器 R12、LED HL1、HL2 は筐体の前面パネルに配置されています。

家電製品の温度安定剤

次の順序でデバイスをセットアップすることをお勧めします。 VD1 ダイオードを管理下限 (0 °C) に相当する温度の環境に置き、抵抗 R4 でブリッジのバランスをとります。この場合、微小電流計の読み取り値はゼロになるはずです。次に、ダイオードの温度を最大値（20°C）に上げ、抵抗R9を上げて、マイクロアンメータの針の最大偏差を100μAまでにします。

次にコンパレータDA2の動作を調整する必要があります。これを行うには、図に従って抵抗器R12のエンジンを最も上の位置に設定し、ダイオードVD1を最高温度（20℃）まで加熱します。トリマ抵抗器 R14 は、コンパレータを別の状態に切り替え、リレー K1 を動作させ、HL2 LED を点灯するために使用されます。この場合、抵抗器R12のスケール上の分割は20℃の温度に対応します。次に、抵抗器 R14 の抵抗値を変更せずに、抵抗器 R12 のスケールをいくつかの点で校正し、センサーダイオード VD1 のさまざまな温度でのコンパレータの動作を実現します。

銅サーミスタが温度センサーとして使用され、その TKE が正の場合、抵抗器 R3 および R4 の代わりに測定ブリッジに組み込まれ、ダイオード VD1 の代わりにこれらの抵抗器が組み込まれます。温度範囲の下限と上限を調整する手順は同じです。

温度安定器の電子部品が加熱ボリュームの外側にある場合は、デバイスの精度を向上させるために、熱補償された VD2 ツェナーダイオード (D818 または KS191 シリーズなど) を取り付ける必要があります。

文学

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著者：Yu.Andreev、サンクトペテルブルク

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