Температурный датчик для электрокотла. Что такое терморегулятор для котла отопления

Часто случаются ситуации, когда ни центральное отопление ни индивидуальные газовые котлы не доступны: например в поле стоит небольшое помещение насосной станции водопровода, и там круглосуточно дежурит человек. Это может быть даже караульная вышка или отдельная комната в большом пустом здании. Таких примеров много можно найти.

Во всяком случае приходится делать отопление от электричества. Если помещение мало, то можно обойтись обычным бытовым масляным электрическим радиатором. Для комнаты площадью около 15 — 20 квадратных м. чаще всего отопление делают водяное , радиаторное, сваренного из труб, который называют регистром.

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

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

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.

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.

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 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.

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 нас

Какие бывают датчики температуры для отопления?

Датчики температуры необходимы для передачи информации о текущем состоянии теплоносителя и о текущей температуре в контролируемых помещениях. Данные с датчиков направляются в контроллер, который обрабатывает полученную информацию и вырабатывает управляющий сигнал для корректировки работы котла отопления.

Виды термодатчиков

Все датчики температуры для отопления, которые применяются для контроля текущего состояния контура, разделяются на 2 вида. В принципе полноценный контроль системы отопления обеспечит любой из них, разница в использовании различных конструкторских решений и в способе передачи информации.

Способы передачи информации делятся на такие виды:

• проводные датчики;
• беспроводные датчики.

Проводные термодатчики для отопления, и это понятно из их названия, передают данные на контроллер через провода, проложенные от датчика к блоку управления котла. Высокотехнологичные беспроводные датчики передают информацию, используя передатчик и приемник радиоволн. Приблизительно так, как работает роутер WiFi.

Термодатчики по способу их размещения делятся на такие виды:

1. накладные датчики – они крепятся к трубам контура отопления;
2. погружные датчики – находятся в постоянном контакте с теплоносителем;
3. комнатные датчики – располагаются внутри помещений;
4. внешние датчики – размещаются снаружи обогреваемых помещений.

Сколько нужно термодатчиков для отопления?

Если для обычной схемы отопления применяется только один комнатный датчик температуры для газового котла, то при лучевой коллекторной схеме отопления таких датчиков может быть несколько. В таком случае регулировка температуры происходит для каждого помещения индивидуально. Находящийся в каждой комнате температурный датчик для отопления направляет информацию на контроллер, который через блок управления регулирует независимую подачу теплоносителя от коллектора в нужное помещение для поддержания установленной температуры. Более подробно про автоматику для котлов можно прочитать в нашей статье «Существующая автоматика для котлов отопления».

Визуальный контроль температуры

Для контроля температуры теплоносителя, температуры внутри и снаружи отапливаемого помещения предназначены термодатчики различных типов.

Для визуального контроля большинство комнатных термостатов снабжены дисплеями, на которые выводится текущее значение температуры в помещении. В приборах измерения температуры, которые установлены на котлах, также предусмотрена возможность визуального контроля.

Для систем отопления применяются такие виды термометров:

• Жидкостные термометры. Применяются для контроля и измерения температуры как внутри помещений, так и снаружи зданий.
  

  В твердотопливных котлах иногда применяется жидкостный термометр для отопления, но в современных агрегатах применяются биметаллические индикаторы температуры.

• Накладные термометры с биметаллической спиралью. Термометры такого типа имеют низкую точность, но они широко используются как термометр для котла отопления для открытых систем. Он обычно крепится на теплообменники и показывает температуру воды.
• Термоэлектрические термометры. Их действие основано на свойствах термопары — вырабатывать ЭДС пропорционально температуре нагрева. Термометры такого типа применяются в современных высокотехнологичных котлах для закрытых систем отопления. В простых энергонезависимых котлах термопара управляет электромагнитным клапаном подачи газа на основную горелку после нагрева ее пламенем запальника.

Неисправности газового котла связанные с датчиками температуры

Причин, которые вызывают отказ или неустойчивую работу газового котла много. В каждом случае нужно разбираться конкретно.

Основные неисправности газовых котлов такие:

1. котел не запускается;
2. затухание горелки;
3. газовый котел не набирает температуру;
4. котел не отключается.

Могут ли эти неисправности появиться из-за отказа датчиков температуры? Могут, и в процессе поиска причин сбоя датчики температуры, их цепи, передатчик и приемник для беспроводных систем нужно проверить в первую очередь. Нельзя исключить следующие варианты:

• Котел выключился и не включается. Одна из вероятных причин отказ или подгорание реле включения датчика температуры. В сложных системах с электронными датчиками и контроллерами чаще всего возникает неисправность в блоке управления.
• Неисправность – затухание горелки, может иметь множество причин, но одна из них – сбой датчика температуры, что вызывает выключение основной горелки.
• Причиной недостаточного нагрева теплоносителя может быть преждевременное отключение котла вследствие неверной установки температуры или неисправности датчика.
• Если залипнет механическое реле датчика температуры, или произойдет сбой в электронном блоке или датчике температуры, то такая неисправность вполне вероятна.

Создать экономичную, надежную и комфортную систему отопления, поддерживать стабильный уровень тепла в доме невозможно без современных датчиков температуры.

Термостаты (более детально о которых можно прочитать здесь) совместно с контроллерами и блоками управления поддерживают постоянный температурный режим, что способствует экономии топлива и уменьшению расходов на отопление. Датчики температуры позволяют полностью автоматизировать процесс управления отоплением и обеспечить ее долговечность и безопасность.