Termostat – sterownik pompy CO

Przedstawiamy w tym artykule układ prostego regulatora węglowego pieca CO. W domkach jednorodzinnych coraz powszechniej wprowadza się sterowanie pieców CO za pomocą układów elektronicznych. Mimo to wciąż jeszcze istnieje spora ilość starych węglowych pieców CO które są pozbawione jakiegokolwiek sterowania. Do tego dochodzą jeszcze konstrukcje pieców węglowych wykonywanych we własnym zakresie, lub przez zakłady rzemieślnicze, które nie są wyposażane w żadne zaawansowane układy regulacji. W konsekwencji wykorzystanie takich pieców bywa zazwyczaj nieefektywne i niewygodne ze względu na konieczność ręcznego załączania i wyłączania pompki cyrkulacyjnej montowanej przy piecu CO. Niedogodności te można stosunkowo łatwo wyeliminować przez zastosowanie opisanego w tym artykule regulatora. Jego działanie polega na załączaniu do pracy pompki cyrkulacyjnej w zależności od temperatury wody w kotle CO. Regulator składa się z następujących bloków funkcjonalnych:

Opis układu

Schemat układu regulatora jest przedstawiony na rys.1. Zasadniczym elementem układu termostatu jest mostek pomiarowy złożony z elementów R5, R6, R7 i R9. W jedną z gałęzi mostka jest włączony termistor NTC – R9, który służy do pomiaru temperatury wody w kotle CO. W prototypie wykonanym przez autora zastosowano termistor precyzyjny ACW–006 nie wymagający trudnej do wykonania w warunkach amatorskich kalibracji. W przekątną mostka pomiarowego jest włączony komparator z pętlą histerezy, wykonany na wzmacniaczu operacyjnym US1. Szerokość pętli histerezy jest uzależniona od wartości rezystorów R3 i R4 oraz od wartości minimalnej i maksymalnej napięcia na wyjściu wzmacniacza US1. W przedstawionym układzie dla wartości R3 i R4 jak na schemacie histereza ma szerokość 2,946 V, co odpowiada górnemu progowi załączenia pompki w okolicy temperatury około 90st.C, i dolnemu progowi wyłączenia pompki około 60st.C. Należy pamiętać, że podane wartości zależą też od tolerancji użytych rezystorów. Kondensator C6 przyśpiesza przełączanie komparatora pomiędzy jego dwoma stanami stabilnymi. Włączenie pompki następuje gdy na wyjściu US1 panuje stan wysoki sygnalizowany świeceniem zielonej diody D5. Następuje wtedy również włączenie tranzystora T1 , odpowiedzialnego za zresetowanie układu czasowego US4. Prąd diody D5 przepływa przez rezystor ograniczający R10 i diodę optotriaka US3 sterującego triakiem TY1 załączającym obciążenie. W chwili kiedy następuje wyłączenie sterowania pompki cyrkulacyjnej (po spadku temperatury wody poniżej 60st.C) na wyjściu US1 pojawia się stan niski, optotriak US3 zostaje wyłączony a tranzystor T1 zatkany co prowadzi do włączenia układu czasowego US4 na skutek podania poziomu wysokiego na wejście resetujące US4 (końcówka 4). Timer 555 zaczyna wtedy odmierzać cyklicznie czas przerwy trwający 6 minut 47 sekund, i następujący po nim czas włączenia sygnalizowany przez czerwoną diodę D6 trwający 1 minutę 11 sekund. Okres generowanego w ten sposób przebiegu wynosi 7 minut 58 sekund, a współczynnik wypełnienia przebiegu ma wartość 85%. Podane tu parametry są uzależnione od tolerancji elementów R14, R15, C7, i mogą się zmieniać wraz ze zmianami wartości tych elementów. Świecenie D6 sygnalizuje włączenie pompki przez układ czasowy US4. Taki sposób działania termostatu wynika ze sposobu zainstalowania czujnika temperatury ACW–006 na rurze wylotowej z pieca i wynikającą z tego koniecznością okresowego wyprowadzenia z pieca CO niewielkiej ilości wody w celu pomiaru jej aktualnej temperatury. Autor tego artykułu stanowczo odradza Czytelnikom ze względów bezpieczeństwa dokonywania zmian konstrukcyjnych w piecu CO mających na celu umieszczenie czujnika wewnątrz pieca co umożliwiałoby bezpośredni pomiar temperatury. Ostatnią częścią układu termostatu jest zasilacz stabilizowany zasilający całość napięciem +12 V DC. Składa się on z transformatora sieciowego TS1 mostka prostowniczego na diodach D1 – D4 i stabilizatora na układzie US2, oraz kondensatorów filtrujących C1 i C2. Ze względu na prostotę zasilacza nie wymaga on szczegółowego omówienia.

Montaż układu

Prace montażowe rozpoczynamy od wykonania płytki drukowanej przedstawionej na rys.2. Płytka została tak zaprojektowana aby istniała możliwość wykonania jej za pomocą pisaka “do druku” z końcówką 0,5 mm. Można też wykonać ją metodą fotochemiczną przy pomocy odczynników dostępnych w handlu. W wykonanej płytce drukowanej wiercimy wszystkie otwory i przystępujemy do montażu elementów zgodnie ze schematem montażowym przedstawionym na rys.3. W pierwszej kolejności lutujemy wszystkie zwory oznaczone na schemacie jako ZW. Następnie montujemy pozostałe podzespoły z wyjątkiem termistora R9 i diod LED : D5, D6, i D7, które to elementy należy połączyć z płytką drukowaną za pomocą odpowiedniej długości przewodu montażowego. W miejscach oznaczonych jako : Pompa, 230V, SW1, i R9, montujemy kołki lutownicze np. wykonane z pocynowanego drutu miedzianego. Zyskamy w ten sposób możliwość wygodnego podłączenia odpowiednich elementów układu. Układ US2 i triak TY1 należy wyposażyć w niewielkie radiatory. Całość po zmontowaniu należy umieścić wewnątrz odpowiednio dobranej obudowy poliestyrenowej zakupionej w sklepie z podzespołami RTV. Na przedniej ściance obudowy należy umieścić włącznik zasilania SW1, oraz diody LED sygnalizujące pracę urządzenia. W tylnej ściance wykonujemy przepusty do przeprowadzenia kabla sieciowego i kabla pompy, oraz montujemy gniazdko np. od złącza terminala do podłączenia termistora R9. Termistor można też ewentualnie połączyć na stałe za pomocą lutowania. Wykonany termostat należy umieścić w pobliżu pieca CO, lub zamontować bezpośrednio na piecu jeżeli istnieje taka możliwość.

Wykonanie czujnika pomiarowego

Podstawowym elementem niezbędnym do wykonania czujnika pomiarowego jest termistor NTC precyzyjny typu ACW–006 oznaczony niebieskim znakiem barwnym, posiadający rezystancję 50kohm w temperaturze +25st.C. Dodatkowo potrzebne są jeszcze : kawałek rurki miedzianej stosowanej w instalacjach wodnych i CO o odpowiedniej średnicy (1/2 lub 3/4 cala) , dwa miedziane lub mosiężne nyple lub mufy – w zależności od typu wylotu z pieca – do zalutowania na końcach rurki miedzianej, oraz odcinek izolacji termicznej (w miarę możliwości dość grubej) do założenia na nasz czujnik. Wykonanie czujnika pomiarowego rozpoczynamy od ucięcia około 15 – 20 cm rurki miedzianej. Następnie przygotowujemy nyple lub mufy do zalutowania na końcach rurki przez oczyszczenie z tlenków powierzchni poddawanych lutowaniu. Oczyszczone powierzchnie pokrywany warstwą pasty lutowniczej i zakładamy mufy na końce rurki. Lutowane końcówki należy silnie rozgrzać za pomocą palnika lutowniczego gazowego lub benzynowego. Kiedy zauważymy wytapianie się cyny zawartej w paście lutowniczej przykładamy do brzegu lutowanych elementów drut cynowy – tinol – który roztapia się i wpływa w połączenie. Cynę uzupełniamy tak długo, aż przestanie ona wpływać w połączenie lutowane i zauważymy niewielki jej nadmiar na zewnątrz połączenia. Szczegół ten jest ważny ze względu na konieczność uzyskania połączenia odpowiednio szczelnego i o wymaganych parametrach wytrzymałości mechanicznej. Zlutowaną rurkę studzimy a następnie czyścimy jej środkową część gdzie umieszczamy termistor w taki sposób aby zapewnić jego dobry kontakt termiczny z podłożem np. przez zastosowanie niewielkiej ilości pasty termoprzewodzącej. Termistor powinien mieć przylutowany do końcówek odpowiedniej długości kabel dwużyłowy montażowy do połączenia z termostatem. Lutowane końcówki termistora powinny być zaizolowane izolacją termokurczliwą tak, aby nie było możliwości zwarcia lub dotknięcia miedzianej rurki. Termistor mocujemy do rurki za pomocą kilku warstw izolacji samoprzylepnej, plastikowej opaski samozaciskowej, lub lepiej izolacji termokurczliwej o odpowiedniej średnicy. Na wykonaną w ten sposób konstrukcję nasuwamy odcinek izolacji termicznej w taki sposób aby przewód od termistora wystawał z jednego końca np. obok mufy. Wykonany czujnik montujemy bezpośrednio na wylocie gorącej wody z pieca CO. Pozostałe elementy takie jak pompka, zawory, itp. , montowane są już za czujnikiem.

Uruchomienie i eksploatacja termostatu

Uruchomienie zmontowanego przez nas układu rozpoczynamy od dokładnego sprawdzenia montażu mechanicznego i elektrycznego. Jeżeli nie stwierdzimy żadnych wad to można przystąpić do sprawdzenia działania. W pierwszej kolejności podłączamy do układu termistor R9, oraz żarówkę 60W w miejsce pompki. Następnie podłączamy zasilanie z sieci 230V, i załączamy włącznik SW1. Powinna zaświecić się żółta dioda D7 sygnalizująca obecność napięcia zasilającego, którego wartość powinna być zbliżona do +12 V. Żarówka powinna być zgaszona jeżeli termistor znajduje się w temperaturze pokojowej. Test układu wykonawczego wykonujemy włączając pomiędzy punkty P1, i P2 rezystor 1kohm. Powinno wtedy nastąpić załączenie optotriaka US1, triaka TY1, i zaświecenie żarówki. Dokonujemy teraz pomiaru napięcia na końcówce 4 układu US4 – napięcie powinno być zbliżone do 12V co ustawia timer 555 w trybie normalnej pracy. Po odczekaniu około 6 minut od chwili włączenia układu powinno nastąpić zaświecenie żarówki i diody czerwonej D6 na około 1 minutę. Cykle te powinny się regularnie powtarzać co 7 minut. Jeśli tak jest to świadczy to o prawidłowej pracy układu czasowego US4. Teraz należy zacząć powoli ogrzewać czujnik pomiarowy wykonany zgodnie z opisem we wcześniejszej części artykułu. W chwili kiedy temperatura czujnika przekroczy wartość około 90st.C powinien zadziałać komparator na wzmacniaczu US1. Objawi się to zaświeceniem zielonej diody D5, i żarówki. Oprócz tego nastąpi wysterowanie tranzystora T1, i podanie niskiego poziomu logicznego na wejście resetujące US4 (końcówka 4). Zresetowany US4 przestanie generować cykliczny przebieg i dioda D6 nie powinna się już zaświecać w odstępach sześcio minutowych. Teraz możemy pozwolić na powolne ostygnięcie czujnika temperatury. W momencie kiedy jego temperatura spadnie poniżej 60st.C powinno nastąpić powtórne zadziałanie komparatora, zgaszenie D5, i żarówki, oraz ponowne uruchomienie układu czasowego 555. Jeżeli wszystkie próby techniczne wypadną pomyślnie to możemy podłączyć pompkę cyrkulacyjną i uznać nasz układ za uruchomiony. Warto jeszcze dodać na koniec, że przy normalnej eksploatacji można wykorzystać punkty testowe P1, i P2 do ręcznego załączania pompki cyrkulacyjnej. Aby skorzystać z tej opcji należy umieścić na płytce czołowej dodatkowy przełącznik i diodę LED z rezystorem ograniczającym 1kohm. Wszystkie te elementy połączone szeregowo włączamy między P1 i P2. Załączenie przełącznika ręcznego sterowania sygnalizowane przez LED spowoduje, że pompka będzie pracować stale niezależnie od temperatury wody w kotle CO i niezależnie od elektronicznego układu sterującego.

UWAGA!

Autor i Wydawnictwo dołożyli wszelkich starań, aby zawarte w artykule informacje były kompletne i rzetelne. Nie biorą jednak odpowiedzialności za ich wykorzystanie. Szczególną ostrożność trzeba zachować z uwagi na współdziałanie układu z kotłem CO oraz dołączenie do sieci energetycznej 230 V / 50Hz.

Podgląd schematów i rysunków

Jeżeli Twoja przeglądarka internetowa obsługuje ramki lokalne, to masz możliwość szybkiego zapoznania się ze schematami i rysunkami prezentowanych konstrukcji. W przeciwnym razie po prostu kliknij jeden z odnośników poniżej.


Termostat do CO 1 | Termostat do CO 2 | Termostat do CO 3

Mariusz Janikowski

Bc107@poczta.onet.pl

Kompletna dokumentacja urządzenia wraz ze schematem i rysunkami płytki drukowanej znajduje się w pliku : termo.zip

 


Powrot do strony glownej autora projektu