Схема автоматической вентиляции рабочего места

Устройства автоматики на основе термодатчиков пользуются популярностью среди радиолюбителей. Но не все они имеют одинаковый принцип работы. Например, в промышленных конструкциях электро утюгов, электрочайников и конвекторов нагревательный элемент отключается от питания благодаря применению биметаллической пластины, которая по достижении заданной температуры размыкает (или замыкает) контакты в электрической цепи.

Такие устройства при кажущейся простоте, и надежности имеют существенный недостаток — невысокую точность отключения и инерцию.

Одной из причин, объясняющих этот недостаток, является разница между температурой кипения и давлением насыщенного пара. Устройство терморегулятора, схема которого показана на рис 1, отключает нагревательный элемент паяльника не по достижению некоторой заданной температуры, а только после того, как ее рост стабилизируется, и она дальше не повышается. В этом существенное отличие предлагаемой схемы от других, уже опубликованных в литературе.

В качестве термодатчика применен терморезистор КМТ-1 (с отрицательным ТКС — температурным коэффициентом сопротивления) в герметизированном металлостеклянном корпусе. Он изменяет свое сопротивление в зависимости от окружающей температуры.

Микросхема DA1 представляет собой компаратор, который изменяет состояние на выходе (вывод 9), если входной сигнал дисбалансирован. Сигнал с терморезистора PR1 поступает одновременно на две интегрирующие цепочки: с элементами R3, С2, R4 и R6, С4, R7 — с различными постоянными времени. Терморезистор PR1 жестко закрепляется в месте (удерживающей спирали на примере паяльной станции фирмы Pasi), где обычно находится жало паяльника, когда он не в руках радиолюбителя.

Пока напряжение в точке А неизменно, на выходе компаратора низкий уровень и вентилятор вытяжки выключен. При изменении напряжения в точке А (на входе интегрирующих цепочек) из-за изменения окружающей температуры и, как следствие, сопротивления терморезистора PR1, компаратор срабатывает. На выводе 9 DA1 оказывается высокий уровень напряжения, открывается токовый ключ на транзисторе VT1 и включается слаботочное электромагнитное реле К1. Своими контактами реле подает питание на вентилятор.

Это произойдет не сразу, а как только температура вокруг терморезистора стабилизируется (нагрев жала паяльника достигнет насыщения, что означает его неподвижное расположение на штатном месте). Паяльник периодически участвует в пайке выводов элементов, температура его жала периодически изменяется (уменьшается), и температура вокруг терморезистора также не постоянна, потому что паяльник время от времени находится в руках монтажника (не на штатном месте).

Включение вентиляции произойдет с некоторой задержкой (инерцией), зависящей от постоянной времени интегрирующей цепочки R6, С4, R7 и потенциала на обкладках конденсатора С4. Эту инерционность изменяют, соответственно уменьшая значения емкости С4 и сопротивления постоянного резистора R6 и, наоборот, увеличение значений указанных элементов приводит к повышению инертности реакции на изменение сопротивление терморезистора. Отключение вентиляции произойдет после охлаждения терморезистора (при выключении паяльника).

В качестве альтернативы может быть использован и другой (механический) вариант. На фургонах грузовых автомобилей зарубежного производства (SiSu, Volvo, Scania, Man и др.) установлены механические датчики окружающей температуры фирмы Falco. Такой датчик имеет механический регулятор и электрические контакты (одну группу из трех контактов) для коммутации электрооборудования (соответственно, включаемых на подогрев или охлаждение). Причем сам датчик температуры (вынесенный за корпус прибора) представляет собой спираль из 9 витков проволоки специального состава.

Сняв крышку с корпуса датчика, механической регулировкой с помощью отвертки добиваются порога срабатывания терморегулятора (замыкания контактов) при нужной температуре вокруг жала паяльника на рабочем столе. Проволочную спираль, которая выполняет функцию изменения сопротивления в зависимости от температуры, удобно использовать как спираль-держатель паяльника, на пример паяльных станций. Коммутационные контакты механического датчика соответственно подключают в разрыв питания вентилятора вытяжки.

Кроме терморезисторов с отрицательным ТКС, в устройстве можно использовать фоторезисторы (например, СФЗ-1) или другие датчики или устройства, им эквивалентные, с аналогичным характером изменения сопротивления. При применении фоторезистора в данной схеме получают интересный эффект — устройство будет реагировать на плавное изменение освещенности, которое происходит в моменты восхода солнца, и не будет реагировать на резкое изменение освещенности, например, включение внутреннего освещения. Такой эффект с успехом применяют в устройствах автоматов управления освещением.

Вообще, вариантов использования данного устройства очень много и они ограничиваются только творческой фантазией радиолюбителя. Вместо вентилятора можно использовать и другие устройства нагрузки, а также охранной сигнализации. Если вместо цепи R1, R2 установить второй датчик, например, терморезистор PR2 (показан пунктирной линией), функции устройство расширятся — теперь это уже электронный узел, контролирующий температуру в двух местах (соответственно количеству датчиков). Причем, при изменении сопротивления PR2 нагрузка включится почти мгновенно, а при изменении сопротивления PR1 с инерцией, как описано выше.

Налаживание устройства сводится к установке сбалансированного состояния входов компаратора. Подключенным на выход DA1 (к выводу 9) осциллографом или вольтметром постоянного тока контролирует в этой точке низкий уровень напряжения в исходном состоянии (при комнатной температуре вокруг датчика PR1). Балансирование осуществляют подбором сопротивления резистора R2.

Компаратор КР554СА3А можно заменить КР554СА3Б, К521СА3. Вместо реле К1 подходит любое слаботочное реле, рассчитанное на напряжения срабатывания 7… 12 В (при напряжении питания соответственно 9…12 В) и ток коммутации до 300 мА. Источник питания — стабилизированный. Максимальный ток потребления определяется типом примененного реле. При указанных на схеме элементах ток потребления не превышает 70 мА.

Токовый ключ на транзисторе VT1 заменяют КТ817, КТ940, КТ603, КТ630 с любым буквенным индексом или на аналогичные по электрическим характеристикам кремниевые транзисторы средней мощности. Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,25. Оксидные конденсаторы К50-24, К50-35 и аналогичные. Неполярные конденсаторы типа КМ-6Б или аналогичные. Терморезистор КМТ-1 можно заменить ММТ-1, ММТ-4.

В качестве вентилятора используется маломощный электродвигатель переменного тока, рассчитанный на напряжение в электрической сети, или промышленный электрический вентилятор на напряжение 12 В, например, ДОТ-302, Р169-3686. В последнем варианте его подключают в цепь питания постоянного напряжения 12 В.