Меню

Что такое тепловой стабилизатор



Что такое тепловой стабилизатор

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

Перевод:
Наталья Кузнецова

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua

сделано в Украине

Стабилизаторы температуры в бытовых устройствах

Бесплатная техническая библиотека

Публикуемая статья посвящена выбору и практике реализации электронных автоматов, предназначенных для поддержания необходимой температуры в различных бытовых устройствах. Рекомендации автора могут быть полезны многим радиолюбителям — конструкторам.

Область применения стабилизаторов температуры в устройствах, используемых в домашнем хозяйстве, довольно широка. Это, например, хранилища овощей, аквариумы, малогабаритные инкубаторы, камеры тепловой обработки пчел, теплицы и многое другое. Конструированию термостабилизаторов различного назначения, описанию их работы посвящена обширная литература. И тем не менее эта тема, на мой взгляд, остается актуальной, особенно для тех, кто решил самостоятельно построить такие устройства. Учитывая определенные трудности, связанные с приобретением ряда деталей, и различные условия эксплуатации стабилизаторов, хотелось бы перед описанием конкретных конструкций остановиться на некоторых общих вопросах.

Прежде всего, приступая к конструированию термостабилизатора, необходимо определить мощность нагревателя, обеспечивающего требуемую температуру в заданном объеме. Это — отдельная, подчас сложная задача, требующая теплотехнических расчетов. Для ориентировочных же расчетов можно воспользоваться простыми формулами. Так, например, для защиты от замерзания продуктов в вашем овощехранилище при температуре наружного воздуха до -30°С в ящике, выполненном из досок или ДСП толщиной 20 мм, со слоем пенопласта толщиной 25. 30 мм, требуемая мощность нагревателя должна быть такой, как указано в [1]: Р = V2/3, где Р — мощность нагревателя, выраженная в ваттах; V- внутренний объем ящика в литрах.

Для лоджии, каркасной теплицы с покрытием из стекла или полиэтилена требуемую суммарную мощность нагревателя определяют по следующей формуле [2]:

Р = 1,23·Sп·Kт (tвн — tнap),

где Р — мощность нагревателя в ваттах; Sп — суммарная площадь поверхности охлаждения (стены, пол, потолок) в м2; Кт — коэффициент теплопередачи в Вт/м2 °С; tвн и tнар — соответственно внутренняя и наружная температура в градусах. Значение коэффициента Кт может быть от Кт = 3,3 (для двойного остекления) до Кт = 7,5 (для однослойной полиэтиленовой пленки).

Любой стабилизатор температуры включает в себя чувствительный элемент — датчик температуры и усилитель сигнала датчика; устройство сравнения сигналов или компаратор; электронный ключ, выполняющий функции исполнительного устройства; блок питания и нагревательный элемент.

В качестве датчика температуры обычно используют терморезисторы серий KMT, MMT, СТ, температурный коэффициент сопротивления (ТКС) которых отрицательный — 2. 7 % / град. — и изменяется в зависимости от температуры, а допуск на значение сопротивления терморезистора составляет 10. 30%. В любительских термостабилизаторах терморезисторы применяют наиболее часто из-за большого ТКС. Однако их существенная нелинейность и большие допуски требуют индивидуальной регулировки конструируемых термостабилизаторов, градуировки шкал, затрудняет замену в случае ремонта.

Расчет параметров моста с полупроводниковым терморезистором, при повышенных требованиях к точности, изложен, например, в [3, 4].

Наилучшими метрологическими характеристиками обладают термодатчики серии ТСМ — медные. Их ТКС — положительный, но составляет всего 0,3 % / град.= = 1/293°, причем линейность характеристики обеспечивается в широком диапазоне температур. Они относятся к приборам высокого класса точности (0,1. 0,5 %) и могут работать даже в агрессивных средах. Недостаток ТСМ — относительно большая длина (около 300 мм) и высокая стоимость.

Менее известен как термодатчик кремниевый диод, отрицательный коэффициент преобразования которого равен 2 мВ/град. [5, 6]. Практически любой маломощный кремниевый диод обеспечит линейное преобразование температуры в напряжение.

Любой из перечисленных здесь термопреобразователей обычно включают в одно из плеч резистивного моста, источник питания которого стабилизирован. Выходной сигнал моста подают на вход устройства сравнения или, если это необходимо, предварительно усиливают. Для сравнения сигналов удобнее всего использовать компаратор, представляющий собой операционный усилитель (ОУ) с положительной обратной связью. Функцию сравнения могут выполнять любые ОУ серий К140, К553 или специально разработанные компараторы серии К554. Наиболее предпочтителен компаратор К554САЗ, обеспечивающий выходной ток до 50 мА, что позволяет без дополнительного усилителя непосредственно включать электромагнитное реле исполнительного механизма.

Выбор того или иного типа реле определяется двумя факторами — значением тока срабатывания и допустимыми напряжением и током его коммутирующих контактов. При напряжении сети 220 В контакты реле должны надежно коммутировать ток нагревателя. Наиболее распространенные маломощные реле — РЭС8, РЭН18 [7]. Обмотки реле РЭН20 и МКУ-48 (паспорт 4.509.146) рассчитаны на работу непосредственно от сети переменного напряжения 220 В при допустимом токе контактов 5 А, что на практике позволяет использовать их в большинстве случаев. При параллельном соединении двух групп контактов эти реле обеспечивают включение нагревателей общей мощностью до 2,2 кВт. Кроме электромагнитного реле, элементом исполнительного устройства, включающего нагреватель, может быть тринистор или симистор.

Эти приборы позволяют коммутировать ток нагревателей до 80 А. Отсутствие контактов делает их применение предпочтительным. Правда, сама конструкция термостабилизатора становится более сложной, чем с электромагнитным реле в исполнительном звене.

Блок питания термостабилизатора — это, как правило, трансформатор, понижающий напряжение сети до 13. 16 В, с одним — двумя выпрямителями и простейшими стабилизаторами выпрямленного напряжения. Мощность сетевого трансформатора обычно не превышает 10. 15 Вт. Можно использовать унифицированные трансформаторы серии ТПП, имеющие нужный набор вторичных обмоток [8].

Читайте также:  Что такое стабилизаторы передних стоек лада калина

В качестве источника тепла, особенно сточки зрения электробезопасности, лучше всего использовать трубчатые электронагреватели — ТЭН; пригодны, конечно, и обычные лампы накаливания, рассчитанные на напряжение сети.

Сегодня существует немало схемотехнических решений построения термостабилизаторов, в которых перечисленные элементы сочетаются в различных комбинациях. Для ориентировки в выборе конструируемого стабилизатора температуры можно воспользоваться предлагаемой здесь таблицей, в которой приведены основные технические данные некоторых термостабилизаторов, опубликованных ранее в «Радио».

Одновременно предлагаю для повторения термостабилизатор широкого применения (рис. 1), в котором датчиком температуры служит кремниевый диод или медный резистор. Другое отличие этого варианта электронного автомата — отсутствие в нем транзисторов и наличие микроамперметра для измерения температуры.

(нажмите для увеличения)

Как и большая часть термостабилизаторов, указанных в таблице, он состоит из четырех узлов: чувствительного элемента, компаратора, исполнительного устройства и сетевого блока питания. Датчик температуры, функцию которого выполняет диод VD1, включен в измерительный мост с резисторами R1 — R4 в трех других его плечах. Сигнал с выхода моста поступает (через резисторы R5 и R6) на оба входа операционного усилителя DA1, охваченного отрицательной обратной связью (цепь R8R9), а с его выхода — на инвертирующий вход компаратора DA2. Необходимую температуру в закрытом объеме устанавливают переменным резистором R12, снабженным соответствующей шкалой.

Функцию исполнительного устройства выполняет электромагнитное реле К1. Срабатывая по выходному сигналу компаратора, контакты К1.1 реле включают светодиод HL1, сигнализирующий о включении нагрева, а контакты К1.2 — нагреватель (Rн).

Блок питания образуют трансформатор Т1, выпрямительный мост VD6, сглаживающие фильтры C5R17 и C6R18. Стабилитроны VD4 и VD5 обеспечивают микросхемам устройства питающее двуполярное напряжение ±10 В.

Для визуального контроля температуры воздуха в обогреваемом объеме в устройство введен микроамперметр РА1 на ток полного отклонения стрелки 100 мкА (М4248), шкала которого проградуирова-на в градусах. Если электронная часть устройства будет находиться вне обогреваемого объема, то диодный датчик (VD1) соединяют с резистивным мостом экранированным проводом.

При указанных на рис. 1 микросхемах, номиналах резисторов и других деталей устройство обеспечивает стабилизацию температуры в диапазоне 0. 20°С. Для стабилизации температуры в пределах +36. +45°С, необходимой, например, для инкубатора, номинальное сопротивление резистора R13 должно быть 2 кОм.

Все постоянные резисторы, используемые в термостабилизаторе, — МЛТ, а переменные — СП5-2 (R4, R9 и R14), ППЗ-40 или ППБ (R12). Конденсаторы C3 — С6 — оксидные К50-6, К50-16 или К50-29, остальные — КМ-5 или КМ-6. Диодный мост КЦ407А заменим на сборку КЦ402 с любым буквенным индексом. Стабилитрон VD2 — на напряжение стабилизации 8. 8,5 В, a VD4 и VD5 — на 9,5. 10,5 В.

Реле К1 — РЭН18 (паспорт РХ4.564.509) или МКУ-48 (паспорт 4.500.232).

Датчик температуры VD1 — любой кремниевый. Лучше, однако, в металлическом корпусе, например, серии Д207 или Д226 с любым буквенным индексом, так как такой диод обладает меньшей тепловой инерцией.

Мощность сетевого трансформатора Т1 блока питания — примерно 5 Вт. Его вторичная обмотка должна обеспечивать переменное напряжение 2×12 В при токе нагрузки 80. 100 мА.

Термостабилизатор смонтирован в корпусе размерами 170x90x60 мм. Большая часть его деталей размещена на печатной плате размерами 100×85 мм (рис. 2), выполненной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Трансформатор Т1 и реле К1 смонтированы отдельно, а микроамперметр РА1, переменный резистор R12 и светодиоды HL1 и HL2 вынесены на лицевую панель корпуса.

Настройку прибора лучше проводить в такой последовательности. Диод VD1 поместить в среду с температурой, соответствующей нижнему пределу регулирования (0°С), и сбалансировать мост резистором R4. При этом показания микроамперметра должны быть нулевыми. Затем температуру диода повысить до максимального значения (20°С) и резистором R9 добиться максимального отклонения стрелки микроамперметра до 100 мкА.

Далее необходимо отрегулировать работу компаратора DA2. Для этого движок резистора R12 устанавливают в крайнее верхнее по схеме положение, а диод VD1 нагревают до максимальной температуры (20°С). Подстроечным резистором R14 добиваются переключения компаратора в другое состояние, срабатывания реле К1 и загорания светодиода HL2. При этом деление на шкале резистора R12 будет соответствовать температуре 20°С. Затем, не изменяя сопротивления резистора R14, градуируют шкалу резистора R12 в нескольких точках, добиваясь срабатывания компаратора при различных значениях температуры диода-датчика VD1.

Если в качестве датчика температуры используется медный терморезистор, ТКЕ которого положительный, его в измерительный мост включают на место резисторов R3 и R4, а эти резисторы — на место диода VD1. Порядок подгонки нижнего и верхнего пределов диапазона температуры остается таким же.

Если электронная часть термостабилизатора находится вне обогреваемого объема, стабилитрон VD2 для повышения точности работы устройства следует установить термокомпенсированный, например, серии Д818 или КС191.

  1. Баранов Н. Простой термостабилизатор. — Радио, 1988, № 8, с. 29, 30.
  2. Кислое В. В. Оборудование теплиц для подсобных и личных хозяйств. — М.: Энергоатомиздат, 1992, с. 96.
  3. Ткачев Ф. Расчет термочувствительного моста. — Радио, 1995, № 8, с. 46.
  4. Алешин П. Линеаризация терморезис-торного моста. — Радио, 1997, № 11, с. 59.
  5. Цибин В. Цифровой термометр. — Радио, 1996, №10, с. 41.
  6. Бирюков С. Простой цифровой термометр . — Радио, 1997, № 1, с. 40-42.
  7. Игловский И. Г., Владимиров Г. В. Слаботочные электрические реле. — М.: КУБК-а, 1996.
  8. Шульгин Г. Унифицированные трансформаторы. — Радио, 1982, № 1, с. 59, 60.
  9. Габов С. Стабилизатор температуры в домашнем «овощехранилище». — Радио, 1993, № 9, с. 28, 29.
  10. Мерзликин А., Пахомов Ю. Мощный термостабилизатор. — Радио, 1988, № 2. с. 52.53.
  11. Маяцкий Ю. Простой термостабилизатор. — Радио, 1991, № 7, с. 32 — 34.
  12. Цыгикало Г. Высокоточный термостабилизатор. — Радио, 1993, № 4, с. 35 — 37.
Читайте также:  Тяга стабилизатора лансер 10 передняя

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Источник

тепловой стабилизатор

Универсальный русско-немецкий словарь . Академик.ру . 2011 .

Смотреть что такое «тепловой стабилизатор» в других словарях:

стабилизатор тяги — 3.1.26.3 стабилизатор тяги (draught diverter): Устройство, установленное в тракте продуктов сгорания прибора, чтобы ослабить влияние тяги в дымоходе на характеристики горелки и процесс горения. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

стабилизатор тяги — устройство, установленное в контуре продуктов сгорания котла, чтобы ослабить влияние тяги в дымоходе на характеристики горелки и процесс горения. (Смотри: ГОСТ Р 51733 2001. Котлы газовые центрального отопления, оснащенные атмосферными горелками … Строительный словарь

ГОСТ Р 53634-2009: Котлы газовые центрального отопления, котлы типа В, номинальной тепловой мощностью свыше 70 кВт, но не более 300 кВт. Общие технические требования и методы испытаний — Терминология ГОСТ Р 53634 2009: Котлы газовые центрального отопления, котлы типа В, номинальной тепловой мощностью свыше 70 кВт, но не более 300 кВт. Общие технические требования и методы испытаний оригинал документа: 3.2.3.15 автоматическая… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 51733-2001: Котлы газовые центрального отопления, оснащенные атмосферными горелками, номинальной тепловой мощностью до 70 кВт. Требования безопасности и методы испытаний — Терминология ГОСТ Р 51733 2001: Котлы газовые центрального отопления, оснащенные атмосферными горелками, номинальной тепловой мощностью до 70 кВт. Требования безопасности и методы испытаний оригинал документа: 1.3.4.11 блокировка подачи газа:… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 54439-2011: Котлы газовые для центрального отопления. Котлы типа В с номинальной тепловой мощностью свыше 300 кВт, но не более 1000 кВт — Терминология ГОСТ Р 54439 2011: Котлы газовые для центрального отопления. Котлы типа В с номинальной тепловой мощностью свыше 300 кВт, но не более 1000 кВт оригинал документа: 3.2.3.3 автоматическая система управления горелкой: Система, которая… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 54788-2011: Кондиционеры абсорбционные и адсорбционные и/или тепловые насосы газовые с номинальной тепловой мощностью до 70 кВт. Часть 1. Безопасность — Терминология ГОСТ Р 54788 2011: Кондиционеры абсорбционные и адсорбционные и/или тепловые насосы газовые с номинальной тепловой мощностью до 70 кВт. Часть 1. Безопасность оригинал документа: 3.1.11 абсорбция (absorption): Процесс, при котором… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

тракт продуктов сгорания — 1.3.3.2 тракт продуктов сгорания: Тракт, в состав которого входят камера сгорания, теплообменник и канал для удаления продуктов сгорания в дымоход, включая выпускной патрубок, стабилизатор тяги и датчик тяги: камера сгорания: Замкнутое… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

датчик — 3.3.2 датчик (sensor): Функциональный блок газоанализатора, в котором расположен первичный преобразователь. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 53635-2009: Газовые воздухонагреватели с принудительной конвекцией для отопления (обогрева) помещений теплопроизводительностью до 100 кВт. Общие технические требования и методы испытаний — Терминология ГОСТ Р 53635 2009: Газовые воздухонагреватели с принудительной конвекцией для отопления (обогрева) помещений теплопроизводительностью до 100 кВт. Общие технические требования и методы испытаний оригинал документа: 3.2.2… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

СП 60.13330.2012: Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха — Терминология СП 60.13330.2012: Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: 3.1 аварийная вентиляция : Регулируемый (управляемый) воздухообмен в помещении, обеспечивающий предотвращение увеличения до опасных значений концентраций горючих… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

Стабилизаторы напряжения: как выбрать, на что обратить внимание

Стабилизаторы напряжения поддерживают стабильное напряжение в 220 В на выходе и помогают спасти от поломок бытовую технику, котлы, освещение и пр. от скачков напряжения.

Где пригодится использование стабилизаторов напряжения:

  • дома для защиты компьютера и компьютерной периферии, холодильника, стиральной машины и другой бытовой техники
  • На этапе стадии ремонта или переезду в новую квартиру/дом для обеспечения устойчивого и постоянного напряжения
  • на даче и в загородном доме
  • для исправной работы установленного котла
  • для противопожарной безопасности и систем сигнализации:
    в период прыжков напряжения могут взрываться и гореть даже зарядные устройства для ваших мобильных телефонов.
    А если прыжок напряжения выведет из строя еще и сигнализацию, то безопасность вашего дома будет под серьезной угрозой.

По правилам использования электроприборов ток должен идти с частотой 50 Гц и напряжением 220 В ±10%. Но не секрет, что напряжение в электросети в старых городских домах, в дачных массивах/кооперативах, в деревнях и селах скачет от 140 до 260 вольт. О стабильном показателе в 220 вольт можно даже не мечтать.

Читайте также:  Тяга заднего стабилизатора вольво

От этого портится всё:
— от бытовой техники до энергосберегающих ламп, жизнь которых сокращается в несколько раз от таких прыжков напряжения.

— такое случается и в хорошей городской среде: периоды аварийных ситуаций, в момент перегрузки энергосети в морозы, когда люди включают обогреватели, или при «веерных отключениях» скачки могут быть небезопасны для любого электрооборудования.

Выход только один — купить стабилизатор напряжения.

Что делают стабилизаторы (простым языком)

★ Если у вас упало напряжение, стабилизатор за доли секунды вернет его к 220 В

★ Если наоборот стало выше порогового значения в 240-260 В, то снизит напряжение, чтобы ваша техника не сгорела

★ Стабилизаторы работают в рамках допустимых пределов: большинство в пределах колебаний напряжения140-260 В (некоторые мощные стабилизаторы выводят напряжение с 90 В до 220)

★ Если напряжение слишком низкое или слишком высокое, то стабилизатор обязательно отключится

ВАЖНО ПОНИМАТЬ:
точность работы, т.е. сделать напряжение в 220 В работает в допустимом диапазоне ±3-8 % (в зависимости от модели стабилизатора). Это, кстати, соответствует ГОСТУ, где разрешенная величина ±10%.

Поэтому тестируя купленный стабилизатор вольтметром — не удивляйтесь, что он показывает, 220 В, хотя по вольтметру на выходе — 202 или 237 В. Всё в порядке — это в пределах допустимой точности стабилизации напряжения.

Виды стабилизаторов напряжения:

  • однофазные и трехфазные
    • однофазные — это стандартные, которые используются в большинстве квартир, на дачах и пр.
    • трехфазные — могут использоваться в тех домах, где подведено 3-х фазное напряжение. Чаще это дома, в которых по-умолчанию стоят электроплиты). И в принципе употребляется для более требовательных по мощности приборов.

По своей сути чаще всего трехфазные — это просто три однофазных стабилизатора в одном корпусе. Такие стабилизаторы используются уже специалистами-электриками.
Можете использовать их и вы, если знакомы с такими понятиями, как «перекос фазы», «обрыв нуля», «защита от пропадания фазы», «схема «Звезда»»

  • тип установки: настенные и напольные
  • рассчитанные под определенную мощность
    • от 500 до 5000 Вт — для нескольких электроприборов
    • выше 5 кВт — для мощных электроприборов или большого их количества (на целое жилое помещение)
  • скорость срабатывания и точность срабатывания
    как только произошел скачок напряжения его нужно успеть отработать стабилизатору. Это значит переключиться на нужное число обмоток трансформатора. Это и есть скорость срабатывания. И от вида стабилизатора (электронный, электронно-механический и пр.) и зависит эта скорость — средний показатель — это 5-7 мс, что обычно вполне достаточно для большинства приборов.
    А вот точность срабатывания бывает от 3 до 8%, что вполне укладывается в ГОСТ 13109-97, по которому этот допуск может быть ±10%.

Как выбрать мощность стабилизатора напряжения?

самый простой способ:

  1. взять мощности всех электроприборов, которые запланированы для подключения к стабилизатору
  2. прибавить 20% (так положено по паспорту + на случай подключения какого-то непредвиденного дополнительного прибора)

Но на деле не всё так гладко:

    есть понятие «пиковой мощности при пуске».
    И оно сильно превышает заявленную мощность электроприборов. Например, холодильник на 600 Вт часто имеет пиковую нагрузку ок 2000 Вт. Т.е. номинальная мощность при пуске выше в 2-3 раза заявленной.

Аналогичная ситуация и с кондиционером, и со стиральной машиной. Поэтому для гарантированной работоспособности рекомендуется умножать на 2 запланированную мощность и прибавлять 20% «на всякий случай» на незапланированные приборы.

  • Второй момент, который также следует учитывать — это то, что производители стабилизаторов часто завышают свои показатели мощности. Поэтому можно смело вычитать 20% из их показателей, чтобы получить реальную цифру.
  • Пример расчета планируемой мощности стабилизатора напряжения:

    Например, вы подключаете через стабилизатор:

    • стиральную машину — 1700 Вт
    • телевизор — 100 Вт
    • компьютер — 500 Вт
    • 3 источника света по 60 Вт
    • микроволновка — 800 Вт

    ИТОГО: 1700 + 100 + 500 + 3*60 + 800 = 3280 Вт

    Пример такой одновременной работы приборов вполне возможен вечером, когда вы забросили вещи в стирку, кто-то из семьи смотрит телевизор, кто-то сидит за компьютером, а кто-то решил разогреть ужин в микроволновке.

    • Теперь по первому правилу прибавим 20% и получим минимально необходимую мощность стабилизатора в 4 кВт.
    • Но, если учтем возможную пиковую нагрузку при включении (стиральной машины и микроволновки, а они 3500 и 1600 соответственно) + 20% сверху, то выходит, что нужен стабилизатор не менее, чем 7 кВт. И, ориентируясь на совет о том, что нужно искать стабилизатор полагаясь на то, что производитель завышает показатели, нужен стабилизатор с мощностью от 9 кВт.

    На деле, разумеется, не часто бывает, чтобы одновременно включались все эти приборы в сеть. Поэтому для таких домашних нужд вполне может хватить и стабилизатора на 5 кВт, но в данном случае лучше брать «с запасом».

    Выводы:

    1. Для точечной защиты электроники
    (компьютера/телевизора/принтера) — часто вполне достаточно стабилизатора с мощностью от 500 Вт до 1,5 кВт

    Источник