Сегодня мы изучим такие детали, как биметаллические термостаты (выключатели, активируемые по температуре). Их используют внутри грелок, электроодеял, электрочайников, обогревателей и в некоторых других устройствах, где требуется дешевый механизм регуляции температуры.
Внутри большинства бытовых электроприборов обычно находятся биметаллические термостаты двух разновидностей — термостаты высокого напряжения (сетевого 220 В), которые напрямую контролируют подачу электрического тока на нагрузку, и термостаты низкого напряжения, что косвенно контролируют ток к нагрузке. Схематические символы для обычных биметаллических термостатов показаны выше.
- Термостаты сетевого напряжения рассчитаны на номинальные значения напряжения, тока и мощности нагрузок, с которыми они могут работать. Например, термостат на 250 В и 10 А можно использовать для управления нагрузкой 2500 Вт максимум.
- Термостаты низкого напряжения (и слабого тока) сравнительно меньше и дешевле, но они более чувствительны к изменениям температуры и могут обеспечить более точное управление, чем их высоковольтные аналоги.
Биметаллический термостат замыкает или размыкает электрическое соединение при заданной температуре. Вот вид изнутри биметаллического термостата, снятого со старой кофеварки.
Вот ещё дисковый биметаллический термостат с резистивной нагрузкой 10 А/250 В серии KSD301. Какие-то из них имеют нормально разомкнутые контакты, а другие – нормально замкнутые.
Ниже на фото биметаллический термостат TO-220 из серии JUC-31F с нормально разомкнутыми контактами. Для тестов сделаем простой релейный контроллер для термостатов серии JUC-31F и протестируем его с JUC-31F 95°C H. Ниже представлена схема этого проекта.
Тут LED1 используется для индикации того, что схема работает. Тогда на выходе (OUT) схемы биметаллического термостата появляется высокий логический уровень (H). Но когда термостат (TH1) отключается, светодиод гаснет, и выход переключается на низкий логический уровень (L).
Триггер Шмитта добавляет гистерезис, который сглаживает любые сохраняющиеся пульсации, не переключаясь в инверсное состояние сразу, а только после достижения точки срабатывания. Это эффективно вводит «мертвую зону» между логическими состояниями, где любой аналоговый шум не имеет никакого негативного эффекта.
Ключевым преимуществом этого решения является то, что термостат может быть установлен в любом желаемом локальном или удаленном месте, поскольку для соединения не требуется ничего, кроме простого двухжильного кабеля низкого напряжения. Затем низковольтную схему управления можно использовать для управления соответствующим модулем электромагнитного реле (или твердотельного реле) для безопасной подачи питания 220 В на изолированную высоковольтную нагрузку, например, на мощный провод нагревателя. Вот прототип собранный на макетной плате. Для проверки поместим термостат на паяльник с регулируемой температурой, и при заданной температуре он срабатывает как положено (можно услышать слабый щелчок во время включения/выключения термостата).
По сути, схема включается и выключается при разных пороговых значениях, поэтому нет скачков между одним состоянием и другим при зарядке конденсаторов. Заработало надежно, с первого раза, не требовалось никакой базовой настройки.
