Схема терморегулятора для электрокотла

Эффективное управление отоплением является жизненно важной частью рациональной работы котла и системы отопления дома. Грамотное использование элементов управления снизят потребление энергии агрегатом, при создании комфортной температуры в каждой комнате дома, избегая перегрева помещений. А управляет работой котла термостат (или программатор) в зависимости от температуры в помещении.

До 20% объёма потребляемых энергоносителей можно экономить применяя такого рода автоматику. А цены на энергоносители достаточно велики и желание каждого нормального человека снизить свои расходы.

Рассматриваем ситуацию, когда котёл рассчитан правильно, необходимое утепление помещений выполнено, а система отопления функционирует нормально.

Основные виды котлов и регулирование температуры

Существует несколько типов котлов: твердотопливные, газовые, электрические и работающие на жидком топливе.

Котлы получили широкое распространение по всему миру. Есть отечественные образцы, есть котлы и импортного изготовления. Материал изготовления сталь или чугун. Простой в эксплуатации, экономичный, с функцией регулировки температуры теплоносителя. В более дешёвых моделях эта функция реализуется с помощью специального устройства – термоэлемента.

Конструктивно термоэлемент представляет собой металлическое изделие, геометрические размеры которого под воздействием температур уменьшается либо увеличивается (в зависимости от степени нагрева). А от этого меняется, в свою очередь, положение специального рычага, который закрывает и открывает заслонку тяги. На фотографии показан образец такого регулятора:

Фото: образец терморегулятора

Чем больше открыта заслонка, тем сильнее процесс горения, и наоборот. Таким образом, объём воздуха, который поступает в камеру сгорания закрытого типа, полностью контролируется термостатом, и при необходимости его подача прекращается и процесс горения затухает. В более современных моделях установлены контроллеры, которые в зависимости от заданных тепловых режимов управляют потоком воздуха, включая (или отключая) специальный вентилятор (смотри фото ниже):

Котел с контроллером температуры

Газовые котлы – самые распространённые и дешёвые в эксплуатации агрегаты. Котлы бывают одноконтурные и двухконтурные. Одноконтурные котлы имеют один теплообменник и предназначены только для отопления. Схема включения представлена на рисунке ниже:

Схема включения одноконтурного котла

Двухконтурные котлы имеют два теплообменника и предназначены для отопления и получения горячей воды. Схема включения котла представлена ниже:

Схема включения двухконтурного котла

Некоторые котлы имеют отдельные регуляторы для температуры отопления и горячей воды.

Электрические котлы

Достаточно распространённая альтернатива газовым и твердотопливным котлам. Масса преимуществ, большой КПД, но большой срок окупаемости. Подключение простое, как и у газовых котлов, но без подвода холодной воды. Предусмотрено регулирование температуры и защита от перегрева.

Механический таймер котла

При помощи простого механического таймера электрического котла возможны три варианта запуска системы центрального отопления:

1. Котёл выключен;
2. Котёл подаёт тёплую воду;
3. Котёл включается и выключается в установленное время.

Механические таймеры обычно имеют большой круглый циферблат с 24-часовой шкалой в центральной части. Поворачивая диск, можно установить нужное время, а затем оставить его в таком положении. Включение котла будет происходить в нужное время. Внешняя часть состоит из набора вкладок 15-минутного периода, которые вставлены для удобства регулировки работы и настройки режимов. Возможна экстренная перенастройка, которая выполняется при включённом в сеть котле.

Механические таймеры просты в настройке, но при этом котёл всегда включается и выключается в то же время каждый день, а это может не удовлетворить хозяев, если семья большая, и банные процедуры проводятся несколько раз в день в разное время.

Виды терморегуляторов

По виду функций их можно разделить на несколько групп:

– с одной функцией (поддержание температуры);

Терморегулятор с одной функцией

– с большим количеством функций ( программируемые).

Программируемый регулятор температуры

По исполнению терморегуляторы делятся на типы: беспроводные и с проводами для связи с котлом. Устанавливают терморегуляторы в удобное место, подключают температурный датчик, соединят с системой управления котла и пользуются.

К комнатным термостатам нужен постоянный приток воздуха для нормальной и правильной работы, поэтому они не должны быть закрыты шторами или заблокированы мебелью. Соседние с электрическим терморегулятором приборы могут мешать корректной работе устройства: светильники, телевизоры, отопительные приборы, находящиеся рядом.

Программируемый комнатный термостат

Программируемый электронный комнатный термостат позволяет выбрать нужную и комфортную температуру в любое время, его легко перенастраивать и менять режим работы. Таймер времени позволяет установить другой шаблон для отопления в будние и выходные дни. Некоторые таймеры позволяют устанавливать различные параметры для каждого дня недели, это может быть полезно для людей, работающих неполный рабочий день или посменно. Такими термостатами оснащены многие модели Terneo и КЧМ.

Программируемый комнатный термостат

Программируемый комнатный термостат позволяет установить индивидуальные нормативы отопления на каждый день в соответствии с образом жизни и поддерживать температуру дома все время, независимо от присутствия или отъезда хозяев.
Видео: Подключение комнатного термостата к газовому котлу

Если за систему отопления отвечает котёл с радиатором, как правило, нужен только один программируемый комнатный термостат для управления всем домом. Некоторые шаблоны должны быть скорректированы весной и осенью, когда часы ушли вперёд и назад, или произошла определенная смена климатических условий. Также рекомендуем менять настройки температур при смене дня и ночи.

Такой контроллер климата имеет несколько опций, которые расширяют его возможности:

• «Партия», которая прекращает отопление на несколько часов, после возобновляет;
• «Перекрыть» позволяет временно изменить запрограммированные температуры во время одного из настроенных периодов;
• «Праздник», увеличивает интенсивность нагрева либо уменьшает её в течение определённого количества дней.

Центральный терморегулятор

Такой терморегулятор расположен далеко от вашего котла и обычно позволяет включать или выключать отопление во всём доме. Старые версии соединены проводами с котлом, более новые системы, как правило, посылают сигналы в командный пункт устройства. Именно приспособлениями нового типа оснащены довольно дорогие, но эффективные приборы: котлы двухконтурные Ferroli, Beretta и отечественные АОГВ.

Наиболее известны комнатные терморегуляторы для двухконтурного котла торговой марки Gsm и Protherm. У них встроенный дилатометрический терморегулятор для котла, который в зависимости от модели, может работать дистанционно, часто эта технология используется для электрического котла либо твердотопливных агрегатов.

Комнатный термостат отключает нагрев системы по мере необходимости. Он работает путём измерения температуры воздуха, и включения отопления, когда температура воздуха падает ниже установки термостата, и его выключения, когда установленная температура будет достигнута.

Советы:

1. Рекомендуется установка термостата на 20 ° С;
2. В ночное время устанавливаемая температура должна быть в пределах 19-21° С.
3. Желательно, чтобы в детской комнате было около 22 ° С.
4. Температура не должна опускаться ниже 22 ° C в помещении для пожилых людей и людей с ограниченными возможностями.

Как правило, только на одном микроконтроллере климата в системе отопления основана температура всего дома, либо отдельных помещений. Лучший вариант его расположения в гостиной или спальной комнате, которые, вероятно, должны быть самым посещаемым местом в доме.

Комнатным термостатам нужен свободный поток воздуха для измерения температуры, поэтому они не должны быть закрыты шторами или заблокированы мебелью. Соседние с электрическим терморегулятором приборы могут мешать корректной работе устройства. К ним относятся лампы, телевизоры, соседские котлы через стену, сенсорные выключатели.

Термостатические регулирующие клапаны

Термостатический клапан простое решение задачи получения теплоносителя заданной температуры за счёт осуществления подмеса более холодной воды к более тёплой. Вид трехходового клапана представлен ниже:

Трехходовой клапан

Схема включения трехходового клапана в систему отопления:

Схема включения трехходового клапана в систему отопления

Схема обвязки твердотопливного котла с применением термостатического трехходового клапана:

Схема обвязки твердотопливного котла с применением термостатического трехходового клапана

Схема обвязки газового котла с применением термостатического трехходового клапана:

Схема обвязки газового котла с применением термостатического трехходового клапана

Термостатический клапан радиатора позволяет контролировать температуру в комнате путём изменения потока горячей воды через радиатор. Они регулируют поток горячей воды через радиатор, но не управляют котлом. Такие устройства должны быть установлены, чтобы настраивать температуру, которая нужна в каждой отдельной комнате.

Эта идея должна рассматриваться как дополнение к установке терморегулирования. Также подобные устройства нуждаются в периодической переналадке и регулярной проверке работоспособности (каждые полгода во время смены режимов работы).

Самодельный внешний терморегулятор для котла: инструкция

Ниже представлена схема устройства самодельного терморегулятора для котла, которая собрана на микросхемах Atmega-8 и серии 566, жидкокристаллическом дисплее, фотоэлементе и нескольких температурных датчиков. Программируемая микросхема Atmega-8 и отвечает за соблюдение заданных параметров уставок терморегулятора.

Схема самодельного внешнего терморегулятора для котла

Собственно говоря, данная схема включает или выключает отопительный котёл при понижении (повышении) температуры наружного воздуха (датчик U2), а также выполняет эти действия при изменении температуры в комнате (датчик U1). Предусмотрена корректировка работы двух таймеров, которые позволяют регулировать время указанных процессов. Кусок схемы с фоторезистором влияет на процесс включения котла по времени суток.

Датчик U1 стоит непосредственно в комнате, а датчик U2 на улице. Подключается к котлу и устанавливается рядом с ним. При необходимости можно добавить электрическую часть схемы, позволяющую включать отключать агрегаты большой мощности:

Электрическая часть схемы, позволяющая включать отключать агрегаты большой мощности

Ещё одна схема терморегулятора с одним параметром регулирования на базе микросхемы К561ЛА7:

Схема терморегулятора с одним параметром регулирования на базе микросхемы К561ЛА7

Собран терморегулятор на базе микросхемы К651ЛА7 отличается простотой и лёгкостью при регулировке. Наш термостат – это специальный терморезистор, который значительно уменьшает сопротивление при нагревании. Данный резистор включён в сеть делителя напряжения электричества. В этой цепи также расположен резистор R2, при помощи которого мы и можем устанавливать необходимую температуру. На основе такой схемы можно сделать термостат для любого котла: Бакси, Аристон, Эвп, Дон.

Еще одна схема на терморегулятора на базе микроконтроллера:

Схема на терморегулятора на базе микроконтроллера

Устройство собрано на базе микроконтроллера PIC16F84A . Роль датчика выполняет цифровой термометр DS18B20. Малогабаритное реле управляет нагрузкой. Микропереключатели задают температуру, которая высвечивается на индикаторах. До сборки потребуется запрограммировать микроконтроллер. Сначала сотрите все с чипа и потом перепрограммируйте, а далее произведите сборку и пользуйтесь на здоровье. Устройство не капризное и работает нормально.

Стоимость деталей 300-400 рублей. Аналогичная модель регулятора стоит в пять раз дороже.

Несколько советов напоследок:

• хоть к большинству моделей и подходят разные варианты термостатов, все же желательно, чтобы терморегулятор для котла и сам котёл были произведены одним производителем, это значительно упростит монтаж и сам процесс эксплуатирования;
• перед покупкой такого оборудования нужно просчитывать площадь помещения и необходимую температуру, чтобы избежать «простоев» техники, и смены проводки в связи с подключением приборов более высокой мощности;
• перед установкой оборудования нужно позаботиться о теплоизоляции помещения, иначе высокие теплопотери будут неизбежны, а это дополнительная статья расходов;
• если, неуверены, что нужно приобретать дорогостоящую технику, то можно провести потребительский эксперимент. Приобрести более дешёвый механический термостат, отрегулировать его и посмотреть результат.

Автоматика в системе отопления позволяет более точно контролировать температурный режим в обогреваемых помещениях и экономить на топливе. Установив термостат для котла отопления, хозяин коттеджа повышает на 20–30% эффективность работы котельного оборудования и сильно себе упрощает его обслуживание.

Мы расскажем о применяемых на практике видах терморегуляторов, о правилах их расположения и особенностях подсоединения. В предложенной нами статье подробно описаны варианты и схемы подключения приборов. С учетом наших советов вы сможете грамотно выбрать устройство и при желании установить.

Как работает термостат отопления?

Обычная отопительная система с водой в качестве теплоносителя состоит из нагревательного оборудования или узла подключения к централизованной сети, труб внутренней разводки и радиаторов.

Чтобы регулировать объемы поступающего от нее в комнаты тепла, приходится либо постоянно следить за котлом, либо регулярно прикрывать/открывать вентиля на батареях.

При этом инертность такой системы не позволяет поддерживать нужную температуру в течение всего дня на установленном уровне. Если больше в печь наложить дров или в котел подать газа, то теплоноситель в трубах нагреется сильнее, при этом тепла через радиаторы он также отдаст больше.

При низкой температуре за окном это хорошо. А вот при резком потеплении на улице в доме жара становится невыносимой. Топливо уже в топке, и вода уже нагрелась, избавиться от тепла никак. Плюс котел еще и продолжает работать.

Без термостата в системе отключать его приходится вручную. Можно, конечно, открыть окна на проветривание и выпустить тепло, но тогда счета за горючее для домашней котельной точно разорят. Вывод напрашивается сам собой: термостат для отопления упрощает проживание, делает его максимально комфортным.

Состоит термостат для отопительной системы из:

• термочувствительного датчика (элемента);
• блока настройки;
• модуля управления;
• электромагнитного реле или механического клапана.

В самых простых моделях управляющий блок отсутствует. Все происходит за счет чистой механики и изменения физических свойств термочувствительного элемента.

Таким термостатам электропитание не нужно. По эффективности и точности регулировки системы они уступают электронным приборам, но зато энергонезависимы. При проблемах с напряжением в сети они точно не перестанут работать.

Принцип работы терморегулятора выглядит следующим образом:

1. С помощью блока управления выставляется нужная температура.
2. При достижении требуемых параметров срабатывает датчик, что приводит к отключению котла либо перекрытию запорного клапана в трубах отопления.
3. После падения температуры воздуха в комнате происходит обратное включение котельного оборудования или обогревателей.

Модуль электронного управления позволяет задавать не один показатель температуры, а сразу несколько для каждого времени суток отдельно. Плюс при наличии такого блока есть возможность установки дополнительного температурного датчика на улице и привязки функционирования термостата к данным с него.

Простейший термостат – это запорная арматура с термодатчиком, стоящая на трубе у батареи. При достижении нужной температуры термостатический клапан закрывается и уменьшает ток теплоносителя. А при охлаждении комнатного воздуха он вновь открывается, в результате чего объемы поступающего тепла увеличиваются.

Более сложные и продвинутые модели предполагают наличие беспроводных датчиков и блоков управления. Вся связь между отдельными элементами происходит через радиоканал. Провода в этом случае не прокладываются, что положительно сказывается на эстетической стороне размещения подобных терморегуляторов в помещении.

Виды терморегуляторов для котлов

Главное различие между термостатами – это разнотипные термочувствительные датчики. Одни устанавливаются на трубу отопления, другие внутрь нее, а третьи монтируются на стене. Одни рассчитаны на измерение температуры воздуха, а вторые – теплоносителя.

Выбор модели терморегулятора зависит от:

• типа котла;
• схемы разводки отопительной системы;
• наличия свободного места;
• требуемого функционала.

Многие современные котлы заранее рассчитаны на подключение к ним термостатов. Причем производитель котельного оборудования сразу в техпаспорте прописывает все нюансы данного монтажа.

В идеале термостат должен регулировать работу непосредственно нагревательного прибора, то есть подачу в него топлива. Это наиболее эффективная в плане экономии горючего схема подключения. Энергоносителя в этом случае будет сожжено ровно столько, сколько требуется тепла.

Но такой термостат получится установить только на газовый или электрический нагревательный агрегат. Если котел твердотопливный, то отрегулировать комнатную температуру поможет термостат с механическим клапаном, который монтируется уже на трубу.

Устанавливаемые на батареи регуляторы предназначены для перекрывания подачи воды при слишком высокой температуре в комнате или у теплоносителя. Котел в этом случае перестает работать несколько позже, когда у него внутри срабатывает собственный температурный датчик, предотвращающий перегрев оборудования.

Группа #1: механические

В основу работы механического термодатчика положено изменение характеристик материала при изменении его температуры. Это простой в исполнении, бюджетный, достаточно эффективный и полностью независимый от электропитания вариант. Он предназначен для установки на трубах водяной системы отопления для регулировки потока теплоносителя.

В качестве реагирующего на изменения температуры вещества в механических термостатах используются:

При нагреве жидкости газы расширяются, что приводит к их давлению на шток запорного клапана. При снижении температуры они сжимаются, запор возвращается пружиной обратно, и нагретая вода вновь течет по трубам в радиаторы отопления.

Для термостатов на батарею характерны слабая чувствительность и большая погрешность регулировки. Срабатывают они только при повышении температуры на 2 и более градусов. Плюс со временем наполнитель сильфона теряет свои характеристики, цифры на ручке установки требуемых температурных параметров и реальные градусы начинают расходиться.

У таких терморегуляторов достаточно большие размеры. Подавляющее большинство из них рассчитано на измерение температуры воды в батареях, а не воздуха в помещении. Зачастую точно отрегулировать их так, как хочется хозяину дома, сложно.

Группа #2: электромеханические

Данные термостаты работают на схожих с сугубо механическими аналогами принципах. Только в качестве термочувствительного элемента здесь применяется металлическая пластина.

При нагреве она изгибается и замыкает контакт, а при охлаждении возвращается в исходное положение и размыкает цепь. А уже через этот контур происходит подача сигнала на блок управления горелками.

Еще один вариант электромеханического термостата – это устройство с датчиком в виде двух пластин из разных металлов. В этом случае термочувствительный элемент устанавливается непосредственно в топку твердотопливного котла.

При высокой температуре между пластинами возникает разность потенциалов, воздействующая на электромагнитное реле. Контакты в последнем то размыкаются, то смыкаются. В результате происходит включение/выключение наддува воздуха в камеру горения.

Группа #3: электронные

Этот вид термостатов для водогрейных котлов относится к энергозависимой категории. Подобные приборы имеют выносной термодатчик, отслеживающий температуру в помещении, и полноценный блок управления с дисплеем.

Для электрокотлов такие терморегуляторы являются обязательным дополнением. Без них электрические нагреватели будут работать без остановки, нагревая воздух или теплоноситель слишком сильно.

В электронном терморегуляторе есть два главных элемента:

1. Температурный датчик.
2. Микроконтроллер.

Первый измеряет температуру, а второй контролирует ее и выдает сигналы на увеличение/уменьшение подачи тепловой энергии в помещение. Сенсор может посылать на контроллер аналоговый либо цифровой сигнал. В первом случае термостат по возможностям схож с механическим аналогом, только сильно превосходить его в точности замеров температурных показателей.

Цифровые терморегуляторы – это вершина развития данных приборов. Они позволяют регулировать теплоподачу по заранее заложенному алгоритму. Плюс к ним можно подключить гораздо больше датчиков расположенных как в комнатах, так и на улице.

Многие электронные термостаты имеют возможность дистанционного управления через ИК-порт или сотовую связь. Это позволяет регулировать комнатную температуру не только с помощью пульта в помещении, но и из любой точки вне него.

Например, еще выходя с работы, можно отправить сигнал на нагрев комнатного воздуха до комфортных параметров, и к вашему приходу дом порадует уютом и теплом.

Электронные устройства, предназначенные для автоматической регулировки качественных и количественных характеристик теплоносителя, являются обязательным компонентом систем отопления в умных домах. С их устройством рекомендуем ознакомиться.

Принципиальные схемы подсоединения

Все способы включения термостата в систему отопления делятся на три варианта подсоединения:

1. Непосредственно к котлу.
2. К циркуляционному насосу.
3. На трубу, подающую теплоноситель в радиатор.

Первые две схемы исключают ухудшение пропускной способности трубопровода отопления. В него никаких дополнительных запоров не помещается, гидравлическое сопротивление всей системы не изменяется. Термостат здесь управляет работой только насоса или котла, с водой он “не соприкасается”.

При установке терморегулятора на батарею или общую трубу с несколькими радиаторами гидравлическое сопротивление, наоборот, повышается. Даже в полностью открытом состоянии клапан термостата немного замедляет движение теплоносителя.

В идеале проект обвязки котла необходимо производить сразу с учетом всех терморегулирующих и иных устройств.

Если система водяного отопления в доме сделана по однотрубной схеме, то от третьего варианта лучше сразу отказаться. При срабатывании термодатчика клапан перекроет сразу всю ветку радиаторов в нескольких комнатах, и тогда о комфорте в дальних от котла помещениях можно сразу забыть.

Подключать термостат на вход радиатора следует через байпас. Так он при срабатывании перенаправит поток теплоносителя в обход батареи. При этом вода будет возвращаться неостывшей обратно в котел. Последний перестанет ее нагревать, снижая тем самым потребление газового топлива или электроэнергии.

Термодатчик необходимо монтировать:

• в месте, куда не попадают прямые солнечные лучи;
• подальше от мостиков холода, сквозняков и поднимающихся потоков тепла от радиаторов;
• так, чтобы он не оказался закрытым декоративными экранами или шторами;
• на высоте от пола в пределах 1,2–1,5 метра.

При неправильной установке сенсора термостат станет выдавать ложные сигналы. Это может привести к перегреву не только воздуха в комнате, но и теплоносителя в системе. А во втором случае недолго и до проблем с котлом.

Выводы и полезное видео по теме

Особых сложностей с монтажом терморегулятора возникнуть не должно. Его надо лишь правильно выбрать для конкретной отопительной системы. И подобранные видеоматериалы вам в этом обязательно помогут.

Видео #1. Подключение комнатного термостата к котлу на газу во всех нюансах:

Видео #2. Обзор настенного терморегулятора:

Видео #3. Технология включения контактного термостата в систему с циркуляционным насосом:

Дополнение к отопительному котлу в виде термостата – это отличный способ сэкономить на обогреве жилья, повысить комфортность проживания и снизить износ нагревающего теплоноситель оборудования. Потраченные на терморегуляторы деньги окупаются за один зимний сезон.

При этом можно выбрать как простой механический вариант с ручным управлением, так и более продвинутый прибор с программатором.

Хотите рассказать, как работает котел с термостатом в вашем загородном доме? Владеете информацией, которая будет полезна посетителям сайта? Пишите, пожалуйста, комментарии, задавайте вопросы, публикуйте фото по теме статьи в расположенном ниже блоке.

Описание простой и надежной схемы терморегулятора для системы отопления.

Российская зима сурова и холодна, и об этом знают все. Поэтому помещения, где находятся люди, должны отапливаться. Наиболее распространенным является центральное отопление либо индивидуальные газовые котлы.

Нередко возникают ситуации, когда ни то, ни другое не доступно: например в чистом поле стоит небольшое помещение насосной станции водопровода, и там круглосуточно дежурит машинист. Также это может быть караульная вышка или отдельно взятая комната в большом необитаемом здании. Таких примеров можно найти немало.

Во всех этих случаях приходится устраивать отопление при помощи электричества. Если помещение невелико, то вполне можно обойтись обычным масляным электрическим радиатором бытового назначения. Для комнаты побольше площадью около 15 — 20 квадратных метров чаще всего отопление устраивают водяное с помощью радиатора, сваренного из труб, который часто называют регистром.

Если пустить дело на самотек и не следить за температурой воды, то рано или поздно она просто закипит и дело может закончиться выходом из строя всего электрического котла, прежде всего его нагревательного элемента. Чтобы такого досадного случая не произошло, температура нагрева управляется терморегулятором.

Один из возможных вариантов подобного устройства и предлагается в данной статье. Конечно, нынешняя зима уже на исходе, но не следует забывать, что сани лучше всего готовить летом.

Функционально устройство можно разделить на несколько узлов: собственно датчик температуры, сравнивающее устройство (компаратор) и устройство управления нагрузкой. Далее следует описание отдельных частей, их схема и принцип работы.

Датчик температуры

Отличительной особенностью описываемой конструкции является то, что в качестве датчика температуры используется обычный биполярный транзистор, что позволяет отказаться от поиска и приобретения терморезисторов или датчиков различных типов, например ТСМ.

Работа такого датчика основана на том, что, как и у всех полупроводниковых приборов, параметры транзисторов в немалой степени зависят от температуры окружающей среды. В первую очередь это обратный ток коллектора, который с повышением температуры возрастает, что сказывается отрицательно на работе, например, усилительных каскадов. Их рабочая точка смещается настолько, что возникают значительные искажения сигнала, и в дальнейшем транзистор просто перестает реагировать на входной сигнал.

Такая ситуация присуща в основном схемам с фиксированным током базы. Поэтому, применяются схемы транзисторных каскадов с элементами обратной связи, которые стабилизируют работу каскада в целом, и в том числе снижают воздействие температуры на работу транзистора.

Такая температурная зависимость наблюдается не только у транзисторов, но и у диодов. Чтобы в этом убедиться достаточно с помощью цифрового мультиметра «прозвонить» любой диод в прямом направлении. Как правило, прибор покажет цифру близкую к 700. Это как раз прямое падение напряжения на открытом диоде, которое прибор показывает в милливольтах. Для кремниевых диодов при температуре 25 градусов Цельсия этот параметр составляет приблизительно 700 мВ, а для германиевых диодов около 300.

Если теперь этот диод немного подогреть, хотя бы паяльником, то эта цифра будет постепенно уменьшаться, поэтому считается, что температурный коэффициент напряжения у диодов -2мВ/град. Знак «минус» в данном случае указывает на то, что с повышением температуры прямое напряжение на диоде будет уменьшаться.

Такая зависимость также позволяет использовать диоды в качестве датчиков температуры. Если тем же прибором «прозвонить» переходы транзистора, то результаты будут очень похожи, поэтому транзисторы достаточно часто применяются в качестве датчиков температуры.

В нашем случае работа всего терморегулятора как раз и основана на этом «отрицательном» свойстве каскада с фиксированным током базы. Схема терморегулятора показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема терморегулятора (при нажатии на картинку откроется схема в большем масштабе).

Датчик температуры собран на транзисторе VT1 типа КТ835Б. Нагрузкой этого каскада является резистор R1, а резисторы R2, R3 задают режим работы транзистора по постоянному току. Фиксированное смещение, о котором упоминалось чуть выше, задается резистором R3 таким образом, чтобы напряжение на эмиттере транзистора при комнатной температуре составляло около 6,8 В. Поэтому на схеме в обозначении этого резистора присутствует звездочка (*). Особой точности тут добиваться не надо, лишь бы не было это напряжение намного меньше или больше. Измерения следует проводить относительно коллектора транзистора, который соединен с общим проводом источника питания.

Транзистор структуры p-n-p КТ835Б выбран не случайно: его коллектор соединен с металлической пластиной корпуса, которая имеет отверстие для крепления транзистора на радиатор. За это отверстие транзистор крепится к небольшой металлической пластине, к которой также крепится подводящий провод.

Получившийся датчик крепится с помощью металлических хомутов к трубе системы отопления. Поскольку, как уже отмечалось, коллектор соединен с общим проводом источника питания, между трубой и датчиком не потребуется ставить изолирующую прокладку, что упрощает конструкцию и улучшает тепловой контакт.

Компаратор

Для задания температуры служит компаратор, выполненный на операционном усилителе ОР1 типа К140УД608. Через резистор R5 на его инвертирующий вход подается напряжение с эмиттера транзистора VT1, а на неинвертирующий вход через резистор R6 подается напряжение с движка переменного резистора R7.

Это напряжение задает температуру, при которой будет отключаться нагрузка. Резисторами R8, R9 задаются верхний и нижний диапазон установки порога срабатывания компаратора, а следовательно пределы регулирования температуры. С помощью резистора R4 обеспечивается необходимый гистерезис срабатывания компаратора.

Устройство управления нагрузкой

Устройство управления нагрузкой выполнено на транзисторе VT2 и реле Rel1. Здесь же находится индикация режимов работы терморегулятора. Это светодиоды HL1 красного цвета, и HL2 зеленого. Красный цвет означает нагрев, а зеленый, что заданная температура достигнута. Диод VD1, включенный параллельно обмотке реле Rel1, защищает транзистор VT2 от напряжений самоиндукции, возникающих на катушке реле Rel1 в момент отключения.

Современные малогабаритные реле позволяют коммутировать достаточно большие токи. Примером такого реле может служить реле фирмы Tianbo, показанное на рисунке 2.

Рисунок 2. Малогабаритное реле фирмы Tianbo.

Как видно на рисунке реле допускает коммутацию тока до 16А, что позволяет управлять нагрузкой мощностью до 3Квт. Это максимальная нагрузка. Чтобы несколько облегчить режим работы контактной группы, мощность нагрузки следует ограничить на уровне 2…2,5 КВт. Такие реле в настоящее время применяются очень широко в автомобильной и бытовой технике, например, в стиральных машинах. При этом габариты реле не превышают размеров спичечного коробка!

Работа и наладка терморегулятора

Как было сказано в начале статьи, при комнатной температуре напряжение на эмиттере транзистора VT1 около 6,8 В, а при нагревании до 90°C напряжение понижается до 5,99 В. Для проведения подобных опытов в качестве нагревателя подойдет настольная лампа с металлическим абажуром, а для измерения температуры китайский цифровой мультиметр с термопарой, например DT838. Если датчик собранного устройства укрепить на абажуре, а лампу включить через контакт реле, то можно будет на такой установке проверить работу собранной схемы.

Работа компаратора построена таким образом, что если напряжение на инвертирующем входе (напряжение термодатчика) выше, чем напряжение на входе неинвертирующем (напряжение уставки температуры), на выходе компаратора напряжение близко к напряжению источника питания, в данном случае его можно назвать логической единицей. Поэтому транзисторный ключ VT2 открыт, реле включено, и контакты реле включают нагревательный элемент.

По мере разогрева отопительной системы нагревается и датчик температуры VT1. Напряжение на его эмиттере с ростом температуры понижается, и когда оно станет равно, а точнее чуть меньше, чем напряжение, установленное на движке переменного резистора R7, компаратор переходит в состояние логического нуля, поэтому транзистор запирается и реле отключается.

Нагревательный элемент обесточивается, и радиатор начинает остывать. Транзисторный датчик VT1 также остывает, а напряжение на его эмиттере повышается. Как только это напряжение станет выше, чем установлено резистором R7 компаратор перейдет в состояние высокого уровня, реле включится и процесс повторится снова.

Немного о работе схемы индикации, точнее о назначении ее элементов. Светодиод HL1 красного цвета включается вместе с обмоткой реле Rel1, и указывает на то, что происходит нагрев отопительной системы. В это время транзистор VT2 открыт, и через диод D2 шунтирует светодиод HL2, зеленый свет погашен.

Когда заданная температура будет достигнута, транзистор закроется и отключит реле, а вместе с ним красный светодиод HL1. В то же время закрытый транзистор перестанет шунтировать светодиод HL2, который зажжется. Диод D2 необходим для того, чтобы светодиод HL1, а вместе с ним и реле не могли включиться через светодиод HL2. Светодиоды подойдут любые, поэтому их тип не указан. В качестве диодов D1, D2 вполне подойдут широко распространенные импортные диоды 1N4007 или отечественные КД105Б.

Блок питания терморегулятора

Потребляемая схемой мощность невелика, поэтому в качестве блока питания можно использовать любой сетевой адаптер китайского производства, либо собрать стабилизированный выпрямитель на 12В. Ток потребления схемы не более 200мА, поэтому подойдет любой трансформатор мощностью не более 5Вт и выходным напряжением 15…17В.

Схема блока питания показана на рисунке 3. Диодный мост выполнен также на диодах 1N4007, а стабилизатор напряжения +12В на интегральном стабилизаторе типа 7812. Потребляемая мощность невелика, поэтому устанавливать стабилизатор на радиатор не потребуется.

Рисунок 3. Блок питания терморегулятора.

Конструкция терморегулятора произвольная, большая часть деталей смонтирована на печатной плате, лучше, если там же будет смонтирован и блок питания. Транзисторный датчик присоединяется с помощью экранированного двухжильного кабеля, при этом коллектор транзистора соединяется посредством экрана.

Желательно, чтобы на конце кабеля был трехконтактный разъем, а на плате ответная его часть. Можно также на плате установить малогабаритную клеммную колодку, хотя это менее удобно, нежели разъем. Такое соединение значительно облегчит установку датчика и всего устройства в целом на месте применения.

Готовое устройство следует разместить в пластиковом корпусе, а снаружи установить резистор установки температуры R7 и светодиоды HL1 и HL2. Лучше, если эти детали также будут распаяны на плате, а в корпусе для них сделаны отверстия.

Подсоединение к силовой сети и подключение нагревателя осуществляется через клеммник, который следует укрепить внутри пластмассового корпуса. Для защиты всего устройства в целом подключение следует производить согласно ПУЭ, используя аппаратуру защиты.

Подобных терморегуляторов было изготовлено несколько штук и все они показали приемлемую точность регулирования температуры, а также очень высокую надежность, ведь при такой простоте схемы ломаться собственно говоря нечему.