Термостат с регулируемым гистерезисом (CD4001)


У большинства схем термостатов есть некоторый гистерезис, - различие в температурах включения нагревателя и его выключения. Чем меньше гистерезис, тем точнее термостат поддерживает температуру, но при этом чаще происходит коммутация нагревательного прибора. Чем больше гистерезис, тем, соответственно, точность поддержания температуры ниже, но и коммутация нагревательного прибора происходит реже.

И здесь именно то, как часто включается / выключается нагревательный прибор имеет значение. Например, если выключателем нагревательного прибора служит реле, то имеет значение износ его контактов. Имеют значение также и помехи от коммутации нагревательного прибора.

Здесь приводится схема термостата, у которого можно регулировать не только среднее значение поддерживаемой температуры, но гистерезис. То есть, различие между порогом включения и порогом выключения.

Принципиальная схема

Температура регулируется переменным резистором R1. Гистерезис регулируется переменным резистором R3. Особенностью схемы является то, что в качестве компараторов в ней используются логические инверторы микросхемы К561ЛЕ5 (можно и К561ЛА7). А для управления состоянием выходного реле используется триггер Шмитта на двух элементах этой же микросхемы.

Цепи, задающие и измеряющие температуру в данной схеме объединены. Как уже сказано, компараторами служат логические элементы. И для этого используется их то свойство, что имеется определенный порог напряжения на входе, при котором происходит смена логического уровня на выходе.

То есть, как компараторы логические инверторы настроены на определенный порог срабатывания, который не регулируется. Поэтому регулирование и измерение приходится сводить в одну цепь.

Этой цепью здесь является делитель напряжения, состоящий из резисторов R1, R2, R3 и терморезистор RT1 (здесь используется терморезистор на номинальное сопротивление 4,7 кОм при температуре +25°С). Этот терморезистор является нижним плечом делителя напряжения, и благодаря ему напряжение на делителе зависит от температуры.

Но величина этого напряжения так же зависит и от сопротивления R1 и R2, которыми устанавливается температура, которую нужно поддерживать.

А резистор R3 задает разницу между напряжениями, поступающими на разные компараторы, сделанные на элементах D1.1 и D1.2. В результате напряжение на входах элемента D1.1 всегда больше напряжения на входах D1.2. И различие это зависит от сопротивления резистора R3.

Схема термостата с регулируемым гистерезисом на микросхеме CD4001, К561ЛЕ5

Рис. 1. Схема термостата с регулируемым гистерезисом на микросхеме CD4001, К561ЛЕ5.

Если температура ниже нижнего предела, заданного вышеуказанным делителем, то напряжение на входах элемента D1.2 оказывается в зоне логической единицы. Так как элемент инверсный, то на его выходе возникает логический ноль. Он через резистор R4 и диод VD2 разряжает стабилизирующий конденсатор С2, и напряжение на входах элемента D1.3 падает.

Это приводит к переключению триггера Шмитта на элементах D1.3 и D1.4 и резисторе R5 в состояние, когда на выходе элемента D1.3 имеет высокий логический уровень.

Который поступает на затвор транзистора VT1. Тот открывается и посредством реле К1, включает нагревательный прибор (контакты реле, а так же сам нагревательный прибор и цепи его питания на схеме не показаны).

Начинается нагрев, и температура терморезистора RT1 повышается вместе с температурой среды, в которой нужно поддерживать заданную температуру. При повышении температуры сопротивление терморезистора RT1 снижается. Понижается при этом и напряжение на входах D1.2. И в какой-то момент оно оказывается уже в зоне логического нуля.

На выходе элемента D1.2 устанавливается логическая единица. Но на состояние триггера Шмитта на элементах D1.3 и D1.4 это не влияет, потому что диод VD2 закрывается и как бы этим отключает выход элемента D1.2 от входов элемента D1.3. Именно по этому на выходе D1.3 сохраняется логическая единица, и транзистор VТ1 остается открытым, а на нагреватель поступает питание через контакты реле К1.

Температура продолжает повышаться, а сопротивление терморезистора RT1 снижаться. Вместе с ним снижается и напряжение на выходе делителя. И в какой-то момент, напряжение на соединенных вместе входах элемента D1.1 оказывается в зоне логического нуля.

На выходе данного элемента устанавливается логическая единица. Которая через диод VD1 и резистор R7 поступает на конденсатор С2 заряжая его. Напряжение на С2 растет, и в определенный момент достигает порога единицы триггера Шмитта на элементах D1.3 и D1.4. Триггер Шмитта переключается.

На выходе элемента D1.3 устанавливается логический ноль. Транзистор VТ1 закрывается и реле К1 выключает нагреватель.

Детали и налаживание

При указанных на схеме данных делителя напряжения, температуру можно устанавливать в пределах от 20 до 30 °С. Гистерезесис (разница между температурой включения и выключения нагревателя) от нуля до 5°С.

Тип реле К1 зависит от мощности нагревательного прибора. Реле должно быть с обмоткой на 12V. Транзистор КП501 достаточно мощный для практически любого реле.

Можно вместо реле использовать оптосимистор, подключив его светодиод вместо обмотки реле, но через соответствующий токоограничительный резистор.

Галактионов В. С. РК-01-2019.


1 84 Терморегуляторы
термостат терморегулятор стабилизатор температуры
Оставить комментарий:

cashback