Stabilisateurs de température dans les appareils électroménagers. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Régulateurs de puissance, thermomètres, stabilisateurs thermiques

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L'article publié est consacré au choix et à la pratique de la mise en œuvre de machines électroniques conçues pour maintenir la température requise dans divers appareils ménagers. Les recommandations de l'auteur peuvent être utiles à de nombreux radioamateurs - concepteurs.

La portée des stabilisateurs de température dans les appareils utilisés à la maison est assez large. Ce sont, par exemple, des entrepôts de légumes, des aquariums, des incubateurs de petite taille, des chambres de traitement thermique des abeilles, des serres et bien plus encore. Une abondante littérature est consacrée à la conception de stabilisateurs thermiques à des fins diverses, à la description de leur travail. Néanmoins, ce sujet, à mon avis, reste pertinent, en particulier pour ceux qui décident de construire eux-mêmes de tels appareils. Compte tenu de certaines difficultés liées à l'acquisition d'un certain nombre de pièces, et des diverses conditions de fonctionnement des stabilisateurs, je voudrais m'attarder sur quelques questions générales avant de décrire des conceptions spécifiques.

Tout d'abord, lors du démarrage de la conception d'un stabilisateur thermique, il est nécessaire de déterminer la puissance du réchauffeur qui fournit la température requise dans un volume donné. Il s'agit d'une tâche distincte, parfois complexe, qui nécessite des calculs d'ingénierie thermique. Pour des calculs approximatifs, vous pouvez utiliser des formules simples. Ainsi, par exemple, pour protéger les produits du gel dans votre magasin de légumes à une température extérieure allant jusqu'à -30 ° C dans une boîte en planches ou en aggloméré de 20 mm d'épaisseur, avec une couche de mousse de 25 ... 30 mm d'épaisseur, le la puissance de chauffage requise doit être , comme indiqué dans [1] : P = V2/3, où P est la puissance de chauffage, exprimée en watts ; V est le volume interne de la boîte en litres.

Pour une loggia, une serre à ossature revêtue de verre ou de polyéthylène, la puissance totale requise de l'appareil de chauffage est déterminée par la formule suivante [2] :

P \u1,23d XNUMX Sp Kt (étain - tnap),

où P - puissance de chauffage en watts; Sp est la surface totale de la surface de refroidissement (murs, sol, plafond) en m2 ; Kt - coefficient de transfert de chaleur en W/m2 °С ; étain et tout sont les températures interne et externe en degrés, respectivement. La valeur du coefficient Kt peut être de Kt = 3,3 (pour un double vitrage) à Kt = 7,5 (pour un film polyéthylène monocouche).

Tout stabilisateur de température comprend un élément sensible - un capteur de température et un amplificateur de signal de capteur ; comparateur de signaux ou comparateur ; une clé électronique qui remplit les fonctions d'un dispositif d'actionnement ; alimentation et élément chauffant.

En tant que capteur de température, les thermistances des séries KMT, MMT, ST sont généralement utilisées, dont le coefficient de température de résistance (TCS) est négatif - 2 ... 7% / deg. - et varie en fonction de la température, et la tolérance pour la valeur de résistance de la thermistance est de 10 ... 30 %. Dans les stabilisateurs thermiques amateurs, les thermistances sont le plus souvent utilisées en raison du grand TCR. Cependant, leur non-linéarité importante et leurs tolérances importantes nécessitent un réglage individuel des stabilisateurs thermiques conçus, une graduation des échelles, ce qui rend difficile leur remplacement en cas de réparation.

Le calcul des paramètres d'un pont avec une thermistance à semi-conducteur, avec des exigences de précision accrues, est décrit, par exemple, dans [3, 4].

Les meilleures caractéristiques métrologiques ont des capteurs de température de la série TSM - cuivre. Leur TCR est positif, mais il n'est que de 0,3% / degré = = 1/293°, et la linéarité de la caractéristique est assurée dans une large plage de température. Ils appartiennent à des appareils d'une classe de précision élevée (0,1 ... 0,5%) et peuvent fonctionner même dans des environnements agressifs. L'inconvénient du TSM est une longueur relativement importante (environ 300 mm) et un coût élevé.

Moins connu comme capteur de température est une diode au silicium dont le facteur de conversion négatif est de 2 mV/deg. [5, 6]. Presque toutes les diodes au silicium de faible puissance fourniront une conversion linéaire de la température en tension.

L'un quelconque des convertisseurs thermiques listés ici est généralement inclus dans l'un des bras du pont résistif dont l'alimentation est stabilisée. Le signal de sortie du pont est envoyé à l'entrée du comparateur ou, si nécessaire, préamplifié. Pour comparer des signaux, il est plus pratique d'utiliser un comparateur, qui est un amplificateur opérationnel (amplificateur opérationnel) avec une rétroaction positive. La fonction de comparaison peut être effectuée par n'importe quel amplificateur opérationnel des séries K140, K553 ou des comparateurs spécialement conçus de la série K554. Le comparateur le plus préféré est le K554SAZ, qui fournit un courant de sortie jusqu'à 50 mA, ce qui vous permet d'activer directement le relais électromagnétique de l'actionneur sans amplificateur supplémentaire.

Le choix de l'un ou l'autre type de relais est déterminé par deux facteurs - la valeur du courant de fonctionnement et la tension et le courant admissibles de ses contacts de commutation. À une tension secteur de 220 V, les contacts de relais doivent commuter de manière fiable le courant de chauffage. Les relais de faible puissance les plus courants sont RES8, REN18 [7]. Les enroulements des relais REN20 et MKU-48 (passeport 4.509.146) sont conçus pour fonctionner directement à partir d'une tension alternative de 220 V avec un courant de contact admissible de 5 A, ce qui permet en pratique de les utiliser dans la plupart des cas. Avec une connexion parallèle de deux groupes de contacts, ces relais permettent l'inclusion d'éléments chauffants d'une puissance totale allant jusqu'à 2,2 kW. En plus d'un relais électromagnétique, un élément d'un actionneur qui comprend un élément chauffant peut être un trinistor ou un triac.

Ces appareils permettent de commuter le courant des radiateurs jusqu'à 80 A. L'absence de contacts rend leur utilisation préférable. Certes, la conception du stabilisateur thermique lui-même devient plus complexe qu'avec un relais électromagnétique dans la liaison exécutive.

L'alimentation du stabilisateur thermique est, en règle générale, un transformateur qui abaisse la tension du secteur à 13 ... 16 V, avec un ou deux redresseurs et les stabilisateurs de tension redressés les plus simples. La puissance du transformateur de réseau ne dépasse généralement pas 10 ... 15 watts. Vous pouvez utiliser des transformateurs unifiés de la série TPP avec le jeu d'enroulements secondaires requis [8].

En tant que source de chaleur, notamment en termes de sécurité électrique, il est préférable d'utiliser des radiateurs électriques tubulaires - éléments chauffants; lampes à incandescence appropriées, bien sûr, et conventionnelles, conçues pour la tension du secteur.

Aujourd'hui, il existe de nombreuses solutions de circuit pour la construction de stabilisateurs thermiques, dans lesquelles les éléments répertoriés sont combinés dans diverses combinaisons. Pour vous orienter dans le choix d'un stabilisateur de température conçu, vous pouvez utiliser le tableau proposé ici, qui présente les principales données techniques de certains stabilisateurs thermiques publiés précédemment dans Radio.

Dans le même temps, je propose pour répétition un stabilisateur thermique largement utilisé (Fig. 1), dans lequel une diode au silicium ou une résistance en cuivre sert de capteur de température. Une autre différence de cette version de la machine électronique est l'absence de transistors et la présence d'un microampèremètre pour mesurer la température.

(cliquez pour agrandir)

Comme la plupart des stabilisateurs thermiques répertoriés dans le tableau, il est composé de quatre nœuds : un élément sensible, un comparateur, un actionneur et un bloc d'alimentation. Le capteur de température, dont la fonction est remplie par la diode VD1, est inclus dans le pont de mesure avec les résistances R1 - R4 dans ses trois autres bras. Le signal de la sortie du pont est fourni (à travers les résistances R5 et R6) aux deux entrées de l'amplificateur opérationnel DA1 recouvert par une contre-réaction (circuit R8R9), et de sa sortie à l'entrée inverseuse du comparateur DA2. La température requise dans un volume fermé est fixée par une résistance variable R12, équipée d'une échelle appropriée.

La fonction de l'actionneur est assurée par le relais électromagnétique K1. En agissant sur le signal de sortie du comparateur, les contacts K1.1 du relais allument la LED HL1, qui signale que le chauffage est allumé, et les contacts K1.2 - le chauffage (Rn).

L'alimentation est constituée par un transformateur T1, un pont redresseur VD6, des filtres de lissage C5R17 et C6R18. Les diodes Zener VD4 et VD5 fournissent aux microcircuits de l'appareil une tension bipolaire de ±10 V.

Pour le contrôle visuel de la température de l'air dans le volume chauffé, un microampèremètre RA1 a été introduit dans l'appareil pour un courant de déviation totale de l'aiguille de 100 μA (M4248), dont l'échelle est calibrée en degrés. Si la partie électronique de l'appareil est en dehors du volume chauffé, le capteur à diode (VD1) est connecté au pont résistif avec un fil blindé.

Lorsqu'il est indiqué sur la Fig. 1 micropuces, valeurs de résistance et autres détails, l'appareil assure une stabilisation de la température dans la plage de 0...20°С. Pour stabiliser la température entre +36 ... +45 ° C, nécessaire, par exemple, pour un incubateur, la résistance nominale de la résistance R13 doit être de 2 kOhm.

Toutes les résistances fixes utilisées dans le stabilisateur thermique sont MLT, et les variables sont SP5-2 (R4, R9 et R14), PPZ-40 ou PPB (R12). Condensateurs C3 - C6 - oxyde K50-6, K50-16 ou K50-29, le reste - KM-5 ou KM-6. Nous remplacerons le pont de diodes KTs407A par le montage KTs402 avec n'importe quel index alphabétique. Diode Zener VD2 - pour une tension de stabilisation de 8 ... 8,5 V, et VD4 et VD5 - pour 9,5 ... 10,5 V.

Relais K1 - REN18 (passeport РХ4.564.509) ou MKU-48 (passeport 4.500.232).

Capteur de température VD1 - n'importe quel silicium. Mieux, cependant, dans un boîtier métallique, par exemple, la série D207 ou D226 avec n'importe quel indice de lettre, car une telle diode a moins d'inertie thermique.

La puissance du transformateur secteur T1 de l'alimentation est d'environ 5 watts. Son enroulement secondaire doit fournir une tension alternative de 2x12 V à un courant de charge de 80 ... 100 mA.

Le stabilisateur thermique est monté dans un boîtier aux dimensions de 170x90x60 mm. La plupart de ses pièces sont placées sur une carte de circuit imprimé de dimensions 100x85 mm (Fig. 2), en fibre de verre à feuille unilatérale. Le transformateur T1 et le relais K1 sont montés séparément, et le microampèremètre PA1, la résistance variable R12 et les LED HL1 et HL2 sont placés sur le panneau avant du boîtier.

Il est préférable de configurer l'appareil dans l'ordre suivant. Placez la diode VD1 dans un environnement avec une température correspondant à la limite de contrôle inférieure (0 ° C) et équilibrez le pont avec la résistance R4. Dans ce cas, les lectures du microampèremètre doivent être nulles. Augmentez ensuite la température de la diode à la valeur maximale (20 ° C) et de la résistance R9 pour atteindre la déviation maximale de l'aiguille du microampèremètre jusqu'à 100 μA.

Ensuite, vous devez régler le fonctionnement du comparateur DA2. Pour ce faire, le moteur de la résistance R12 est réglé sur la position la plus haute selon le schéma et la diode VD1 est chauffée à une température maximale (20 ° C). La résistance ajustable R14 sert à commuter le comparateur dans un autre état, à actionner le relais K1 et à allumer la LED HL2. Dans ce cas, la division sur l'échelle de la résistance R12 correspondra à une température de 20°C. Ensuite, sans changer la résistance de la résistance R14, l'échelle de la résistance R12 est calibrée en plusieurs points, réalisant le fonctionnement du comparateur à différentes températures de la diode du capteur VD1.

Si une thermistance en cuivre est utilisée comme capteur de température, dont le TKE est positif, elle est incluse dans le pont de mesure à la place des résistances R3 et R4, et ces résistances à la place de la diode VD1. La procédure de réglage des limites inférieure et supérieure de la plage de température reste la même.

Si la partie électronique du stabilisateur de température se trouve en dehors du volume chauffé, la diode zener VD2 doit être installée à compensation thermique, par exemple la série D818 ou KS191, pour améliorer la précision de l'appareil.

littérature

1. Baranov N. Un simple stabilisant thermique. - Radio, 1988, n° 8, p. 29, 30.
2. Kisloye VV Equipement de serres pour exploitations subsidiaires et personnelles. - M. : Energoatomizdat, 1992, p. 96.
3. Tkachev F. Calcul d'un pont thermosensible. - Radio, 1995, n° 8, p. 46.
4. Aleshin P. Linéarisation du pont de thermistance. - Radio, 1997, n° 11, p. 59.
5. Tsibin V. Thermomètre numérique. - Radio, 1996, n° 10, p. 41.
6. Biryukov S. Un simple thermomètre numérique. - Radio, 1997, n° 1, p. 40-42.
7. Iglovsky I. G., Vladimirov G. V. Relais électriques à faible courant. - M. : KUBK-a, 1996.
8. Shulgin G. Transformateurs unifiés. - Radio, 1982, n° 1, p. 59, 60.
9. Gabov S. Stabilisateur de température dans le "magasin de légumes" de la maison. - Radio, 1993, n° 9, p. 28, 29.
10. Merzlikin A., Pakhomov Yu. Puissant stabilisateur thermique. - Radio, 1988, n° 2. p. 52.53.
11. Mayatsky Yu. Un simple stabilisateur de chaleur. - Radio, 1991, n° 7, p. 32 - 34.
12. Tsygikalo G. Stabilisateur thermique de haute précision. - Radio, 1993, n° 4, p. 35 - 37.

Auteur : Yu.Andreev, Saint-Pétersbourg

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