Датчиком температури в пропонованому пристрої служить сам... електронагрівальний елемент, опір якого залежить від температури. Оскільки встановлювати спеціальний датчик не потрібно, термостабілізація досягається без втручання у конструкцію нагрівального приладу.
У більшості електричних приладів, які служать для нагрівання рідини, забезпечена хороша теплова зв'язок між нагрівається середовищем і електронагрівальним елементом. Тому, підтримуючи температуру елемента постійною, можна з достатньою у багатьох випадках точністю стабілізувати і температуру рідини. У ряді випадків подібний стабілізатор вбереже від великих неприємностей. Наприклад, виключить небезпечний перегрів электрокипятильника, включеного без води або залишеного без нагляду, внаслідок чого вода википіла. Запропонованим пристроєм можна замінити що вийшов з ладу біметалічний терморегулятор в электроутюге, де тепловий опір нагрівач-підошва невелика. При цьому досягається висока точність підтримання температури підошви. Стабілізація температури електронагрівача, працює в умовах слабкого і непостійного відбору тепла (наприклад, підігріває повітря в приміщенні), не гарантує незмінність температури середовища, однак підвищує надійність і безпеку експлуатації нагрівача.
Завдяки відсутності датчика описуваний стабілізатор придатний для високотемпературних нагрівальних приладів (наприклад, муфельних печей), де позбавляє від необхідності контролювати температуру з допомогою дорогих термопар.
Схема приладу показана на рис. 1.
На транзисторах VT2 і VT3 зібраний генератор імпульсів, що відкриває симистор VS1 - комутатор нагрівача ЕК1 - на початку кожного напівперіоду мережевої напруги. Це мінімізує комутаційні перешкоди і потужність, що витрачається на управління сімістором. Діоди VD1 і VD4 служать випрямлячами, а стабілітрони VD5 і VD7 - стабілізаторами напруги живлення компаратора DA1 і генератора.
Опір нагрівача ЕК1 утворює з резисторами R1-R4 вимірювальний міст, до діагоналі якого підключені входи компаратора DA1. Опір і потужність резистора R4 повинні складати приблизно 0,5 % відповідних параметрів нагрівача. Падіння напруги на цьому резисторі - 1,1...1,2 Вэфф.
За допомогою резисторів R2 і R3 домагаються, щоб міст був збалансований за номінальної або максимально допустимої (в залежності від розв'язуваної задачі) температурі нагрівача. Аналіз балансу відбувається при відкритому симисторе VS1 і тільки в негативних полупериодах мережевої напруги, коли транзистор VT1 зачинений негативною напругою, що знімається з резистора R4, ніж дозволена робота компаратора DA1.
Якщо температура, а отже, і опір нагрівача вище заданих, рівень на виході компаратора при його включенні стає низьким. Конденсатор C3 швидко розряджається через резистор R9. На емітер транзистора VT2 через резистор R12 і діод VD9 надходить негативна напруга, блокуючу генератор імпульсів. Генератор відновить роботу лише після зарядки конденсатора C3 через резистор R12.
В найближчому після відновлення роботи генератора негативному полупериоде мережевої напруги компаратор DA1 знову "перевірить" опір нагрівача ЕК1, і в залежності від результату генератор або продовжить роботу, або знов буде заблокований. Тому при перегріві напруга надходить на нагрівач лише короткочасно з паузами, залежними від постійної часу ланцюга R12C3. Якщо температура нижче заданої, нагрівач працює безперервно.
При потужності нагрівача понад 1 кВт необхідно замінити симистор VS1 зазначеного на схемі типу на більш потужний (наприклад, серій ТС106, ТС112). Для управління таким сімістором може знадобитися підсилювач струму, зібраний за схемою, показаної на рис. 2.
Друкована плата розмірами 40x32,5 мм, зображена в масштабі 2:1 на рис. 3, розрахована саме на такий, умощненный варіант пристрою. Якщо додатковий підсилювач не потрібно, елементи VT4, VD12 і R15 не встановлюють, а дросель L1 замінюють перемичкою. Сімістор VS1 знаходиться поза плати і повинен бути забезпечений тепловідводом, відповідним комутованій потужності.
(натисніть для збільшення)
Кожен з стабілітронів Д814Д можна замінити парою з'єднаних послідовно низьковольтних стабілітронів з сумарною напругою стабілізації 12...15 В, наприклад, КС162А, КС168А, КС175А. Необхідні для такої заміни друковані провідники і контактні площадки показано на рис. 3 заштрихованными. Роль стабілітронів на напругу приблизно 7 можуть виконати емітерний переходи транзисторів КТ315Б (емітер - катод, база - анод еквівалентного стабілітрона).
Змонтувавши всі елементи, крім діода VD9, підключають до стабілізатору нагрівач і включають його в мережу. Насамперед перевіряють напругу між висновками 11 і 6 компаратора DA1, яке повинне знаходитися в межах 24...30 Ст. Якщо при наявності імпульсів на колекторі транзистора VT3 симистор VS1 не відкривається або відривається лише в позитивних полупериодах мережевого напруги, в стабілізаторі без додаткового підсилювача зменшують опір резистора R14. Якщо цим способом надійного відкривання симістора досягти не вдалося, доведеться встановити на плату елементи, показані на рис. 2, і підібрати резистор R15.
Далі правий по схемі виведення резистора R12 тимчасово з'єднують перемичкою з "загальним" проводом (наприклад, з катодом діода VD3) і переконуються, що з допомогою підлаштування резистора R3 можна встановити на конденсаторі C3 два значення напруги: майже нульове і близьке до напруги стабілізації стабілітрона VD5.
Остаточно регулюють прилад після видалення тимчасової перемички і установки діода VD9. Перевівши змінний резистор R2 в одне з крайніх положень і почекавши час, достатній для встановлення теплового режиму, вимірюють температуру нагрівача або обігрівається середовища. Такі ж вимірювання повторюють при декількох положеннях рукоятки управління резистором R2. За отриманими результатами резистор можна постачити шкалою, проградуйованій в значеннях температури. Кордону інтервалу регулювання коригують підлаштування резистором R3, замінюючи при необхідність і змінний резистор R2 аналогічним іншого номіналу.
Змінивши схему вимірювального моста у відповідності з рис. 4 і внісши ще кілька незначних змін, на тій же друкованої плати можна зібрати звичайний термостабілізатори з датчиком температури - терморезистором.
Фрагмент креслення розміщення елементів для цього варіанту приладу наведено на рис. 5. Все, що знаходиться за його межами, залишається такою ж, як на рис. 3.
Пунктирними колами показано отвори, звільнені від не потрібних висновків елементи VT1, VD2, VD3, C3, від виведення движка підлаштування (став тепер постійним) резистора R3 і від однієї з дротяних перемичок. Резистори R7 і R9 замінюють перемичками, а контактні площадки, призначені для резистора R6, з'єднують з висновками терморезистора RK1 номінальним (виміряним при температурі +25 °С) опором 10. ..100 кОм. Номінал резистора R4 вибирають рівним опору терморезистора RK1 при середній температурі інтервалу її регулювання.
Автор: Ст. Каплун, р. Сєвєродонецьк, Україна