Приборы-помощники

ТЁПЛЫЙ «СТОЛ»

01.12.2014
ТЁПЛЫЙ «СТОЛ»Регулировка температуры для локального нагрева с помощью оригинального нагревательного элемента. Идея локального нагрева небольшого участка реализована с помощью подручных деталей, которые наверняка найдутся в запасах рачительного хозяина, к числу которых, безусловно, принадлежат и радиолюбители. Причём в качестве нагревательного элемента применён обычный постоянный резистор мощностью рассеяния 2 Вт. В зависимости от мощности и сопротивления постоянного резистора можно достичь нагрева ограниченной площадки до температуры -40 °С и даже 60 °С.
 
Схема представлена на рис. 1.
 
Электрическая схема устройства состоит из нагревательного элемента R2, светодиодного индикатора HL1 и шунтирующего резистора R1. Последний защищает светодиод от колебаний напряжения. В данной схеме светодиод HL1 (его можно включать в любом направлении, поскольку род тока в осветительной сети 220 В - переменный) выполняет роль индикатора рабочего состояний устройства, ведь если нагревательный элемент выйдет из строя, электрическая цепь будет разомкнутой и светодиод погаснет. Кроме того, в моей конструкции он мерцает (с частотой 50 Гц) довольно комфортно, являясь дополнительным индикатором исправности сети.
 
Впрочем, если кому-то такая индикация покажется избыточной - в данной и без того простой схеме - смело удаляйте из схемы элементы R1 и HL1; от этого её работоспособность не уменьшится.
 
Рис. 1. Электрическая схема устройства локального нагрева
 
Рис. 1. Электрическая схема устройства локального нагрева
 
Рис. 2. Клей Fix-it склеивает столь хорошо, что конструкции после его применения выдерживают на разрыв вес до 120 кг
 
Рис. 2. Клей Fix-it склеивает столь хорошо, что конструкции после его применения выдерживают на разрыв вес до 120 кг
 
При указанных на схеме значениях элементов нагрев кафельной пластины до температуры 40°С достигается за 7...8 минут. Еще через 10 минут эта температура стабилизируется в диапазоне 50...55° С.
 
В данной конструкции, которую можно взять за пример для более глубоких разработок - в части практического применения идеи, - нагревательный элемент приклеен с помощью теплостойкого клея Fix-it (рис. 2) в центре кафельной пластины размерами 2x3 см, с обратной (тыльной) её стороны.
 
Почему именно этот клей?
 
Ни один другой клей не обладает после высыхания столь «мощными» качествами; он может склеивать даже... камни, подходит для склеивания большинства материалов, хорошо пристает к влажным, холодным и окрашенным поверхностям. Клеевое соединение эластично, устойчиво к воде и морозу (температуре окружающего воздуха (-40 °С) и жаре (+100 °С), то есть выдерживает нагрев.
 
Испытан при склеивании частей металла, резины, кожи, древесины и других материалов.
 
Почему для данной разработки выбран именно кафель? Это хорошо проводящий тепло материал, отвечающий всем нормам электробезопасности (электрический ток не проводит, огнеупорный, твёрдый, маленький участок кафеля трудно расколоть). Поэтому касание к кафелю со стороны, обратной монтажу электрических проводов и нагревательного элемента, абсолютно безопасно для человека и животного. С другой стороны (с лицевой) кафельная плитка имеет гладкую полированную поверхность, что даёт возможность фантазировать о практическом применении устройства, о чём поговорим чуть ниже.
 
Пожалуй, единственное ограничение, которое всё же оставил бы - такую конструкцию не стоит помещать в жидкую среду (чтобы не было проводимости тока). В любой другой среде и в качестве решения задачи локального подогрева она, пожалуй, покажет свои лучшие универсальные качества.
 
Рис. 3. Вид на приклеенный с тыльной стороны кафеля резистор R2
 
Рис. 3. Вид на приклеенный с тыльной стороны кафеля резистор R2
 
Рис. 4. Вид на подключение проводников к нагревательному элементу-резистору
 
Рис. 4. Вид на подключение проводников к нагревательному элементу-резистору
 
На рис. 3 представлен вид на приклеенный с тыльной стороны кафеля резистор R2.
 
На рис. 4 представлен вид на подключенные к резистору провода.
 
С учётом электрической схемы (рис. 1) и незначительной мощности потребления мною применён двужильный провод ШВВП 2x0,75 мм2. Его длина от розетки до места монтажа кафельной пластины с резистором - 2,5 м. С учётом небольшой мощности конструкции падение напряжения в проводах незначительное.
 
Рис. 4 представлен вниманию читателей не случайно. Для надёжности конструкции и устранения опасности нарушения контакта при длительном нагреве, соединительные провода предварительно не только облуживаются (опаиваются), но и скручиваются с выводами резистора R2.
 
О ДЕТАЛЯХ
 
Потребуется: кафельная плитка (толщиной 5 мм), постоянный ограничительный резистор сопротивлением 100 Ом в качестве шунта для безопасной работы светодиодного индикатора, постоянный резистор сопротивлением 17...20 кОм и мощностью рассеяния 5 Вт - в качестве нагревательного элемента, соединительный провод ШВВП (или аналогичный), светодиод с током до 10 мА (подойдет практически любой) и клей Fix-it (или аналогичный). Участок кафеля на один описанный нагревательный элемент может быть - как в моем случае - 2x3 см.; для этого его уместно вырезать с помощью специального инструмента - плиткореза.
 
Сопротивление резистора 18...20 кОм предполагает, и это подтверждается практикой (по закону Ома), что общая потребляемая мощность при включении устройства в осветительную сеть 220 В достигнет примерно 4 Вт. Соответственно радиолюбитель не лишён возможности установить параллельно (в схему, рис. 1) несколько подобных резисторов. Мощность нагрева и мощность потребления при этом кратно увеличатся, но площадь обогрева тоже.
 
В качестве R1 применяю МЛТ-0,5, в качестве R2 - МЛТ-2. Светодиод - любой с током 10...15 мА.
 
Перспективы применения описанной разработки довольно широки и ограничиваются только творческой фантазией; у кого она имеет место быть.
 
В моём хозяйстве локальный и безопасный нагрев применяется для подогрева подложки под аквариумом зимой (на площадку 0,5 кв. м. подключается 8 — 10 резисторов), поверхности рабочего стола, установленного на лоджии (зимой, довольно прохладно, несмотря на застекление). Если к тыльной стороне кафеля установить мощные проволочные резисторы типа ПЭВР (или аналогичные) и усилить электропроводку, кафель может нагреваться от сети 220 В до температуры и 70 и 80 °С, причём за весьма короткое время. Но тогда заявленная в первых строках моего описания экономичность разработки перестанет быть таковой.
 
Ещё одна идея применения разработки в том, что её без каких-либо переделок уместно использовать в качестве... фумигатора. Если на нагретую кафельную плитку положить пластинку для фумигатора, то вся конструкция выполнит роль отпугивателя комаров (летом) из жилого помещения. Только в данном случае пластину фумигатора можно положить не одну и в любое место подогретого стола (любой поверхности), что делает предложение более удобным в использовании, чем, к примеру, штатный или промышленный электрофумигатор.
 
Впрочем, напомню, что варианты практического применения этой конструкции не ограничены, и могут найти в умах радиолюбителей и более изысканный путь.
 
Но это ещё не всё.
 
Рис. 5. Электрическая схема регулятора температуры нагрева
 
Рис. 5. Электрическая схема регулятора температуры нагрева
 
Рис. 6. Электрическая схема с питанием 12 В, расширяющая возможности тёплого «стола»
 
Рис. 6. Электрическая схема с питанием 12 В, расширяющая возможности тёплого «стола»
 
Теперь на двух разных примерах давайте посмотрим, как можно регулировать температуру нагрева резистора при подключении к сети 220 В и «безопасном» постоянном напряжении 12 В. В данном случае температура нагрева керамической пластины (плитки) прямо связана с падением напряжения на резисторе Rн (схемы на рис. 5 и рис. 6).
 
УПРАВЛЕНИЕ «КЕРАМИЧЕСКИМ» НАГРЕВОМ В ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ СЕТИ 220 В
 
На рис. 5 представлена электрическая схема устройства нагрева с управляющим элементом - симистором.
 
При большом токе через нагревательный элемент (и прочие приборы с реактивным характером нагрузки) подобное устройство создаст радиопомехи как в радиоэфире, так и в электрической сети в пределах одного электрического контура (электросчётчика энергии). С другой стороны, предлагаемая на рис. 5 схема, на мой взгляд, отличается своей простотой и эффективностью. В качестве управляющего элемента применён мощный симистор, который в открытом состоянии пропускает в нагрузку обе полуволны переменного напряжения. Дроссель И (45 витков трансформаторного провода ПЭЛ-0,8 на кольце 2000НН) и конденсатор С1 сглаживают пульсации напряжения в моменты неполного открытия симистора почти до нуля, что положительно сказывается на активной нагрузке. Что я имею в виду под этим словосочетанием?
 
Управление напряжением на симисторе осуществляется переменным резистором R2 (типа СПО-1) с линейной характеристикой изменения сопротивления (индекс В).
 
Устройство предназначено для регулировки напряжения на нагрузке мощностью до 100 Вт. В этих пределах симистор на теплоотвод устанавливать не нужно.
 
Корпус и ручка регулировки переменного резистора (для безопасности пользования) должны быть изолированы. Так как элементы узла подключены к опасному для жизни напряжению, при эксплуатации устройства следует соблюдать меры безопасности.
 
Должен заметить, что данная схема взята из промышленного устройства -диммера, которые хорошо продавались в розничной сети десять лет назад. Для экономии времени экспериментов «керамического нагревателя» мною был проведён опыт именно с этой схемой (вместо Rн по замыслу производителя включается лампа накаливания мощностью 11-60 Вт). Однако, устройство испытано и показало хорошие результаты: максимальный нагрев резистора Rн достигается за 4,5 минуты. При максимальном увеличении сопротивления резистора R2 падение напряжения на Rн всего около 10 В (переменного тока), и он не нагревается. В принципе, элементы L1 и С1 в определённых случаях можно из схемы исключить.
 
Устройство в налаживании не нуждается.
 
Постоянные резисторы типа МЛТ или С2-33. Ограничивающий резистор R1 с мощностью рассеяния не менее 1 Вт. Симистор можно заменить на КУ208В-КУ208Г.
 
Конденсаторы С1 и С2 типа МБМ, МБГО или аналогичные на рабочее напряжение не ниже 300 В.
 
ПРИ ПИТАНИИ 12 В
 
«Теплый стол» согласно схеме на рис. 6 с питанием 12 В постоянного тока работает в двух аспектах - включено и выключено. Небольшое напряжение питания выбрано для максимальной безопасности работы с устройством. С помощью этой несложной схемы удаётся существенно расширить возможности описанного выше оригинального нагревательного элемента.
 
В основе схемы - популярный таймер КР1006ВИ1, включенный в качестве генератора импульсов. Скважность импульсов на выходе микросхемы (вывод 3) можно регулировать, изменяя напряжение смещения на входе 5 D1. Такое схемное решение давно получило название широтно-импульсного метода изменения выходного сигнала.
 
В электронную схему управления введена стабилизационная цепь, состоящая из элементов R6, СЗ и стабилитрона VD1. В качестве последнего желательно применить любой из имеющихся полупроводниковых приборов с напряжением стабилизации 9В. Ток, потребляемый микросхемой D1 в рабочем режиме менее 10 мА, поэтому применение «простого» стабилитрона оправдано. Электролитический (оксидный) конденсатор С4 сглаживает низкочастотные пульсации по питанию.
 
Микросхема D1 при включении питания вырабатывает электрические импульсы прямоугольной формы. Частота импульсов определяется значениями элементов времязадающей цепи R3C2. Чем меньше ёмкость конденсатора С2, тем выше частота импульсов на выходе (вывод 3 D1). Резисторы R1, R4, R5 образуют делитель напряжения с возможностью регулировки. Конденсатор С1 обеспечивает плавное изменение скважности прямоугольных импульсов. Форма импульсов показана на рис. 4. Составной транзистор VТ1 открывается с каждым положительным фронтом прямоугольных импульсов, приходящих в его базу через ограничительный резистор с выхода микросхемы. Коэффициент заполнения последовательности импульсов колеблется, в зависимости от сопротивления делителя напряжения на входе D1, примерно от 35 до 100 %.
 
Поэтому напряжение на нагревательном элементе увеличивается пропорционально уменьшению сопротивления переменного резистора R5. При сопротивлении R5, равном 1 кОм и менее, напряжение на Rн максимально.
 
Электролитические (оксидные) конденсаторы типа К50-29 на рабочее напряжение не ниже 25 В. Остальные конденсаторы в схеме выбраны керамическими или типа КМ. Вместо составного транзистора, управляющего нагревательным элементом, можно применить прибор КТ834А-КТ834В.
 
Составной транзистор \/Т1 необходимо установить на изолированный от массы автомобиля радиатор. Это повысит безопасность электронных элементов и надёжность всего узла при длительной эксплуатации. Электрические параметры рекомендуемых транзисторов таковы, что весь узел имеет необходимый запас работоспособности; судите сами: максимальная мощность рассеивания КТ827 и КТ834 - 100 Вт; максимально допустимый ток через переход коллектор-эмиттер данных составных транзисторов 5 - 8 А.
 
В настоящее время устройство проходит испытания.
 
А. КАШКАРОВ




Рекомендуем почитать
  • Электронный метроном
    Электронный метроном«отбивает» такты не только звуком, но и световыми импульсами. В его схему входят два транзистора различной проводимости. Возбуждение усилителя осуществляется с помощью положительной обратной связи через конденсатор С1. Частоту повторения импульсов — от 40 до 210 в минуту — регулируют переменным резистором R2. Амплитуду — подстроенным резистором R5.

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ VK FB


Нашли ошибку? Выделите слово и нажмите Ctrl+Enter.