实验蜂窝煤炉控制器

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蜂窝煤炉是我国居民重要的炊事和取暖用具,但过夜封火时炉门关得过松,将使炉内的煤烧尽熄灭,炉门关得过紧,炉内的煤会因缺氧而窒息。这里向读者介绍一种蜂窝煤炉过夜温度自动控制器,它能有效地解决上述问题。

工作原理

经测试得知,把煤炉底层的一决死炭灰去掉,再加一块新煤,并把炉门关闭,此时煤炉顶部蜂眼处的温度为300℃左右。如果让炉门持续关闭,煤炉内的温度直线下降。当温度下降至140℃时,如果不及时开启炉门,炉内的炭火就会完全熄灭,我们把这个温度称之为临界温度。如果此时开启炉门,炉顶部蜂眼处的温度会升高。当温度升高到220℃左右时,如果再把炉门关上,炉顶蜂眼处的温度会随之而下降到140℃。据此我们做一个装置,将温度传感器放在煤炉顶部的蜂眼处,使之随着温度的变化去控制炉门的开闭,就可自动控制煤的燃烧,从而使煤炉安全过夜而不熄灭。

该控制装置的电路如图1所示。D\(_{2}\)为晶体管b、e结做的温度传感器,其结正向压降呈负温度系数,由于刚封好的炉子顶部煤炭蜂眼内的温度为300℃左右,所以传感器D2的电压V\(_{D2}\)急剧下降。此时,由于IC1为同相放大器,其输出端V\(_{O1}\)为低电平,IC2为反相放大器,其输出端电压V\(_{O2}\)呈高电平,BG2导通,电磁铁J\(_{1}\)吸合,使煤炉下部的通气口被关闭。这时VO2的数值接近电源电压值,V\(_{R7}\)=VO2·\(\frac{R}{_{7}}\)R7+R\(_{8}\)为IC2的比较电压,其值大于或等于V\(_{b1}\),故这时BG1截止。

图1
图1 🔍原图 (834×485)

炉门关闭后,炉温显著下降。传感器D\(_{2}\)上的电压值VD2便上升,IC\(_{1}\)输出端电压VO1亦随之上升,当V\(_{O1}\)>VR7时,IC\(_{2}\)输出端电压VO2亦由原先的高电平为低电平。BG\(_{2}\)由导通变为截止,继电器J1释放,使炉门打开,煤炉顶部蜂眼内的温度开始回升。此时由于V\(_{O2}\)为低电平,D3截止,故BG\(_{1}\)导通,这时电阻器R7上的电压为:V′\(_{R7}\)=Vb1-V\(_{be1}\),为IC2提供一个相应于220℃的比较电压。当温度上升到220℃以上时,V\(_{O1}\)便开始下降,当一旦低于V′R7时,V\(_{O2}\)便呈高电平,R7上的电压又恢复到V\(_{R7}\),而BG1又截止,BG\(_{2}\)导通,故电磁铁J1吸合,炉门重新关闭,炉内温度便又由220℃向140℃变化。综上所述,由于图1电路的自动控制作用,就可使煤炉安全过夜。

制作与安装

安装示意图如图2所示,控制器与煤炉塞可安排在一起,这里把它们分开是为了实验方便。煤炉换过煤炭后,把带有电磁铁J\(_{1}\)及木质插头的煤炉塞插入炉子下部的通气口内,尽可能插紧,为避免木塞烧着,前端最好用铁皮包住。温度传感器D2放入刚换过的最上层煤炭的蜂眼内,最后再把水壶放在煤炉上。煤炉塞的内部结构如图3所示。若电磁铁无电流通过,弹簧收缩,铁质吸片跳离铁芯,连杆便把有弹性的薄铜片做的风门板顶起,空气由图中虚线所示的风洞口进入炉内。当电磁铁通过电流时,此时铁质吸片与铁芯吸合在一起,由于连杆回缩,风门板便自动把风洞口堵上,这就阻断空气进入炉体。电磁铁是从J2-4型继电器中拆下来的,将原来的漆包线去掉,再用φ0.18mm的漆包线绕2400圈,直流电阻约120Ω。

图2
图2 🔍原图 (766×335)
图3
图3 🔍原图 (828×299)

传感器用3DG102金属封装管的b、e结,晶体管脚与连接导线的接头要很好地处理,否则极易氧化,该接头如能用热压焊最好,或者将接头清理干净,然后绞合在一起用锡焊牢也可使用。导线要用耐高温的,有一种叫“航空导线”的,其外皮是聚四氟乙烯,可耐200~300℃高温,导线从炉盖缝隙穿过。读者如有更好的办法,则传感器更能可靠耐用。(刘增荣)