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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Estabilizadores de temperatura en electrodomésticos. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Reguladores de potencia, termómetros, estabilizadores de calor El artículo publicado está dedicado a la elección y práctica de implementar máquinas electrónicas diseñadas para mantener la temperatura requerida en varios dispositivos domésticos. Las recomendaciones del autor pueden ser útiles para muchos radioaficionados: diseñadores. El alcance de los estabilizadores de temperatura en dispositivos utilizados en el hogar es bastante amplio. Estos son, por ejemplo, almacenes de verduras, acuarios, incubadoras de tamaño pequeño, cámaras de tratamiento térmico de abejas, invernaderos y mucho más. Se dedica una extensa literatura al diseño de estabilizadores térmicos para diversos fines, la descripción de su trabajo. Sin embargo, este tema, en mi opinión, sigue siendo relevante, especialmente para aquellos que deciden construir tales dispositivos por su cuenta. Teniendo en cuenta ciertas dificultades asociadas con la adquisición de una serie de piezas y varias condiciones de funcionamiento de los estabilizadores, me gustaría detenerme en algunas cuestiones generales antes de describir diseños específicos. En primer lugar, al comenzar a diseñar un estabilizador térmico, es necesario determinar la potencia del calentador que proporciona la temperatura requerida en un volumen determinado. Esta es una tarea separada, a veces compleja, que requiere cálculos de ingeniería térmica. Para cálculos aproximados, puede usar fórmulas simples. Así, por ejemplo, para proteger los productos de la congelación en su tienda de verduras a una temperatura exterior de hasta -30 ° C en una caja hecha de tableros o aglomerado de 20 mm de espesor, con una capa de espuma de 25 ... 30 mm de espesor, el la potencia del calentador requerida debe ser, como se indica en [1]: P = V2/3, donde P es la potencia del calentador, expresada en vatios; V es el volumen interno de la caja en litros. Para un invernadero de logia, marco revestido con vidrio o polietileno, la potencia total requerida del calentador se determina mediante la siguiente fórmula [2]: P \u1,23d XNUMX Sp Kt (estaño - tnap), donde P - potencia del calentador en vatios; Sp es el área total de la superficie de enfriamiento (paredes, piso, techo) en m2; Kt - coeficiente de transferencia de calor en W/m2 °С; tin y tout son las temperaturas interna y externa en grados, respectivamente. El valor del coeficiente Kt puede ser de Kt = 3,3 (para doble acristalamiento) a Kt = 7,5 (para una película de polietileno de una sola capa). Cualquier estabilizador de temperatura incluye un elemento sensible: un sensor de temperatura y un amplificador de señal del sensor; comparador o comparador de señales; una llave electrónica que realiza las funciones de un dispositivo de accionamiento; Fuente de alimentación y elemento calefactor. Como sensor de temperatura, generalmente se usan termistores de las series KMT, MMT, ST, cuyo coeficiente de temperatura de resistencia (TCS) es negativo: 2 ... 7% / grado. - y varía según la temperatura, y la tolerancia para el valor de resistencia del termistor es 10 ... 30%. En los estabilizadores térmicos de aficionados, los termistores se utilizan con mayor frecuencia debido al gran TCR. Sin embargo, su no linealidad significativa y sus grandes tolerancias requieren el ajuste individual de los estabilizadores de calor diseñados, la graduación de las escalas, lo que dificulta su reemplazo en caso de reparación. El cálculo de los parámetros de un puente con un termistor semiconductor, con mayores requisitos de precisión, se describe, por ejemplo, en [3, 4]. Las mejores características metrológicas tienen sensores de temperatura de la serie TSM - cobre. Su TCR es positivo, pero es solo 0,3%/grado = = 1/293°, y la linealidad de la característica está asegurada en un amplio rango de temperatura. Pertenecen a dispositivos de una clase de alta precisión (0,1 ... 0,5%) y pueden funcionar incluso en entornos agresivos. La desventaja de TSM es una longitud relativamente grande (alrededor de 300 mm) y un alto costo.
Menos conocido como sensor de temperatura es un diodo de silicio, cuyo factor de conversión negativo es de 2 mV / grado. [5, 6]. Casi cualquier diodo de silicio de baja potencia proporcionará conversión lineal de temperatura a voltaje. Cualquiera de los convertidores térmicos enumerados aquí suele estar incluido en uno de los brazos del puente resistivo, cuya fuente de alimentación está estabilizada. La señal de salida del puente se alimenta a la entrada del comparador o, si es necesario, se preamplifica. Para comparar señales, lo más conveniente es usar un comparador, que es un amplificador operacional (op-amp) con retroalimentación positiva. La función de comparación puede ser realizada por cualquier amplificador operacional de la serie K140, K553 o comparadores especialmente diseñados de la serie K554. El comparador más preferido es K554SAZ, que proporciona una corriente de salida de hasta 50 mA, lo que le permite encender directamente el relé electromagnético del actuador sin un amplificador adicional. La elección de uno u otro tipo de relé está determinada por dos factores: el valor de la corriente de operación y el voltaje y la corriente permitidos de sus contactos de conmutación. Con una tensión de red de 220 V, los contactos de relé deben conmutar de forma fiable la corriente del calentador. Los relés de baja potencia más comunes son RES8, REN18 [7]. Los devanados de los relés REN20 y MKU-48 (pasaporte 4.509.146) están diseñados para funcionar directamente desde una tensión alterna de 220 V con una corriente de contacto admisible de 5 A, lo que en la práctica permite su uso en la mayoría de los casos. Con una conexión en paralelo de dos grupos de contactos, estos relés permiten la inclusión de calentadores con una potencia total de hasta 2,2 kW. Además de un relé electromagnético, un elemento de un actuador que incluye un calentador puede ser un trinistor o triac. Estos dispositivos permiten cambiar la corriente de los calentadores hasta 80 A. La ausencia de contactos hace que su uso sea preferible. Es cierto que el diseño del estabilizador de calor en sí se vuelve más complejo que con un relé electromagnético en el enlace ejecutivo. La fuente de alimentación del estabilizador térmico es, por regla general, un transformador que reduce el voltaje de la red a 13 ... 16 V, con uno o dos rectificadores y los estabilizadores de voltaje rectificados más simples. La potencia del transformador de red generalmente no supera los 10 ... 15 vatios. Puede usar transformadores unificados de la serie TPP con el conjunto requerido de devanados secundarios [8]. Como fuente de calor, especialmente en términos de seguridad eléctrica, es mejor utilizar calentadores eléctricos tubulares: elementos calefactores; adecuadas, por supuesto, y lámparas incandescentes convencionales, diseñadas para tensión de red. Hoy en día, existen muchas soluciones de circuitos para la construcción de estabilizadores térmicos, en los que los elementos enumerados se combinan en varias combinaciones. Para orientarse en la elección de un estabilizador de temperatura diseñado, puede utilizar la tabla aquí propuesta, que muestra los principales datos técnicos de algunos estabilizadores de calor publicados anteriormente en Radio. Al mismo tiempo, propongo repetir un estabilizador térmico ampliamente utilizado (Fig. 1), en el que un diodo de silicio o una resistencia de cobre sirven como sensor de temperatura. Otra diferencia de esta versión de la máquina electrónica es la ausencia de transistores y la presencia de un microamperímetro para medir la temperatura.
Como la mayoría de los estabilizadores térmicos enumerados en la tabla, consta de cuatro nodos: un elemento sensible, un comparador, un actuador y una fuente de alimentación. El sensor de temperatura, cuya función realiza el diodo VD1, está incluido en el puente de medición con las resistencias R1 - R4 en sus otros tres brazos. La señal de la salida del puente se suministra (a través de las resistencias R5 y R6) a ambas entradas del amplificador operacional DA1 cubiertas por retroalimentación negativa (circuito R8R9), y desde su salida a la entrada inversora del comparador DA2. La temperatura requerida en un volumen cerrado se establece mediante una resistencia variable R12, equipada con una escala apropiada. La función del actuador la realiza el relé electromagnético K1. Al actuar sobre la señal de salida del comparador, los contactos K1.1 del relé encienden el LED HL1, que indica que la calefacción está encendida, y los contactos K1.2, el calentador (Rn). La alimentación está formada por un transformador T1, un puente rectificador VD6, filtros suavizantes C5R17 y C6R18. Los diodos Zener VD4 y VD5 proporcionan a los microcircuitos del dispositivo una tensión bipolar de ±10 V. Para el control visual de la temperatura del aire en el volumen calentado, se introdujo en el dispositivo un microamperímetro RA1 para una corriente de desviación total de la aguja de 100 μA (M4248), cuya escala está calibrada en grados. Si la parte electrónica del dispositivo está fuera del volumen calentado, entonces el sensor de diodo (VD1) se conecta al puente resistivo con un cable blindado. Cuando se indica en la Fig. 1 microchips, valores de resistencia y otros detalles, el dispositivo proporciona estabilización de temperatura en el rango de 0...20°С. Para estabilizar la temperatura dentro de +36 ... +45 ° C, necesaria, por ejemplo, para una incubadora, la resistencia nominal de la resistencia R13 debe ser de 2 kOhm. Todas las resistencias fijas utilizadas en el estabilizador térmico son MLT y las variables son SP5-2 (R4, R9 y R14), PPZ-40 o PPB (R12). Condensadores C3 - C6 - óxido K50-6, K50-16 o K50-29, el resto - KM-5 o KM-6. Reemplazaremos el puente de diodos KTs407A con el conjunto KTs402 con cualquier índice de letras. Diodo Zener VD2 - para un voltaje de estabilización de 8 ... 8,5 V, y VD4 y VD5 - para 9,5 ... 10,5 V. Relé K1 - REN18 (pasaporte РХ4.564.509) o MKU-48 (pasaporte 4.500.232). Sensor de temperatura VD1 - cualquier silicio. Sin embargo, mejor en una caja de metal, por ejemplo, la serie D207 o D226 con cualquier índice de letras, ya que dicho diodo tiene menos inercia térmica. La potencia del transformador de red T1 de la fuente de alimentación es de aproximadamente 5 vatios. Su devanado secundario debe proporcionar una tensión alterna de 2x12 V a una corriente de carga de 80 ... 100 mA. El estabilizador de calor está montado en una carcasa con dimensiones de 170x90x60 mm. La mayoría de sus partes se colocan en una placa de circuito impreso con dimensiones de 100x85 mm (Fig. 2), hecha de fibra de vidrio de lámina de un lado. El transformador T1 y el relé K1 se montan por separado, y el microamperímetro PA1, la resistencia variable R12 y los LED HL1 y HL2 se colocan en el panel frontal de la caja.
Es mejor configurar el dispositivo en la siguiente secuencia. Coloque el diodo VD1 en un ambiente con una temperatura correspondiente al límite inferior de control (0 ° C), y equilibre el puente con la resistencia R4. En este caso, las lecturas del microamperímetro deben ser cero. Luego aumente la temperatura del diodo al valor máximo (20 ° C) y la resistencia R9 para lograr la desviación máxima de la aguja del microamperímetro hasta 100 μA. A continuación, debe ajustar el funcionamiento del comparador DA2. Para hacer esto, el motor de la resistencia R12 se coloca en la posición más alta según el diagrama, y el diodo VD1 se calienta a una temperatura máxima (20 ° C). La resistencia de corte R14 se usa para cambiar el comparador a otro estado, operar el relé K1 y encender el LED HL2. En este caso, la división en la escala de la resistencia R12 corresponderá a una temperatura de 20 °C. Luego, sin cambiar la resistencia de la resistencia R14, se calibra la escala de la resistencia R12 en varios puntos, logrando el funcionamiento del comparador a diferentes temperaturas del diodo sensor VD1. Si se usa un termistor de cobre como sensor de temperatura, cuyo TKE es positivo, se incluye en el puente de medición en lugar de las resistencias R3 y R4, y estas resistencias en lugar del diodo VD1. El procedimiento para ajustar los límites inferior y superior del rango de temperatura sigue siendo el mismo. Si la parte electrónica del estabilizador de temperatura está fuera del volumen calentado, se debe instalar el diodo zener VD2 compensado térmicamente, por ejemplo, la serie D818 o KS191, para mejorar la precisión del dispositivo. Literatura
Autor: Yu.Andreev, San Petersburgo
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