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Termostato fai-da-te per una cantina
Selezione del sensore per termostato
Il regolatore di temperatura nella vita di tutti i giorni viene utilizzato in una varietà di dispositivi, dal frigorifero ai ferri e ai saldatori. Probabilmente, non esiste un radioamatore che ignorerebbe tale schema. Più spesso usato come sensore di temperatura o sensore in vari design amatoriali termistori, transistori o diodi. Il funzionamento di tali termoregolatori è abbastanza semplice, l'algoritmo di funzionamento è primitivo e, di conseguenza, un semplice circuito elettrico.
Il mantenimento della temperatura impostata viene eseguito accendendo / spegnendo elemento riscaldante (TEN): non appena la temperatura raggiunge il valore impostato, funziona dispositivo di confronto (comparatore) e il riscaldamento è spento. Questo principio di regolamentazione è implementato in tutti i regolatori semplici. Sembrerebbe che tutto sia semplice e chiaro, ma questo è solo fino a quando si tratta di esperimenti pratici.
Il processo più difficile e dispendioso in termini di tempo nella produzione di termostati "semplici" è l'adattamento alla temperatura desiderata. Per determinare i punti caratteristici della scala di temperatura, si propone di immergere prima il sensore in una nave con ghiaccio che si scioglie (questo è zero gradi Celsius), quindi in acqua bollente (100 gradi).
Dopo questa "calibrazione" per tentativi ed errori utilizzando un termometro e un voltmetro, viene impostata la temperatura necessaria. Dopo tali esperimenti, il risultato non è il migliore.
Ora, varie aziende producono molti sensori di temperatura già calibrati durante il processo di produzione. Questi sono principalmente sensori progettati per funzionare con microcontrollori. Le informazioni all'uscita di questi sensori sono digitali; vengono trasmesse tramite un'interfaccia bidirezionale a 1 filo a 1 filo, che consente di creare intere reti basate su dispositivi simili. In altre parole, è molto semplice creare un termometro multipunto, per controllare la temperatura, ad esempio all'interno e all'esterno, e nemmeno in una stanza.
Tra un'abbondanza di sensori digitali intelligenti, un dispositivo modesto sembra buono LM335 e le sue varianti 235, 135. La prima cifra nella marcatura indica lo scopo del dispositivo: 1 corrisponde all'accettazione militare, 2 l'uso industriale e i tre indicano l'uso del componente negli elettrodomestici.
A proposito, lo stesso sistema di notazione snella è caratteristico di molte parti importate, ad esempio amplificatori operazionali, comparatori e molti altri. L'analogo domestico di tali designazioni era la marcatura dei transistor, ad esempio 2T e CT. I primi erano destinati ai militari e i secondi ad uso diffuso. Ma è tempo di tornare al già noto LM335.
Esternamente, questo sensore sembra un transistor a bassa potenza in un alloggiamento di plastica TO - 92, ma al suo interno ci sono 16 transistor. Questo sensore può anche essere nel caso SO - 8, ma non ci sono differenze tra loro. L'aspetto del sensore è mostrato nella Figura 1.
Figura 1. Aspetto del sensore LM335
Secondo il principio di funzionamento, il sensore LM335 è un diodo zener, in cui la tensione di stabilizzazione dipende dalla temperatura. Con un aumento della temperatura di un grado Kelvin, la tensione di stabilizzazione aumenta di 10 millivolt. Uno schema di cablaggio tipico è mostrato nella Figura 2.
Figura 2. Circuito di abilitazione sensore tipicoLM335
Guardando questa figura, puoi immediatamente chiedere qual è la resistenza del resistore R1 e qual è la tensione di alimentazione con un tale circuito di commutazione. La risposta è contenuta nella documentazione tecnica, in cui si afferma che il normale funzionamento del prodotto è garantito nella gamma attuale di 0,45 ... 5,00 milliampere. Va notato che il limite di 5 mA non deve essere superato, poiché il sensore si surriscalda e misura la propria temperatura.
Cosa mostrerà il sensore LM335
Secondo la documentazione (foglio dati) il sensore è calibrato secondo scala assoluta di Kelvin. Se assumiamo che la temperatura interna sia -273,15 ° C, e questo è uno zero assoluto secondo Kelvin, allora il sensore in questione dovrebbe mostrare una tensione zero. All'aumentare della temperatura di ogni grado, la tensione di uscita del diodo zener aumenterà fino a 10 mV o di 0,010 V.
Per trasferire la temperatura dalla normale scala Celsius alla scala Kelvin, basta aggiungere 273.15. Bene, circa 0,15 dimenticano sempre tutto, quindi sono solo 273 e si scopre che 0 ° C è 0 + 273 = 273 ° K.
Nei libri di testo di fisica, 25 ° C è considerata una temperatura normale e secondo Kelvin risulta 25 + 273 = 298, o meglio 298.15. Questo punto è menzionato nel foglio dati come unico punto di calibrazione del sensore. Pertanto, a una temperatura di 25 ° C, l'uscita del sensore dovrebbe essere 298,15 * 0,010 = 2,9815 V.
L'intervallo operativo del sensore è compreso nell'intervallo -40 ... 100 ° C e nell'intero intervallo la caratteristica del sensore è molto lineare, il che semplifica il calcolo delle letture del sensore a qualsiasi temperatura: per prima cosa è necessario convertire la temperatura in gradi Celsius in gradi Kelvin. Quindi moltiplicare la temperatura risultante per 0,010 V. L'ultimo zero in questo numero indica che la tensione in Volt è indicata con una precisione di 1 mV.
Tutte queste considerazioni e calcoli dovrebbero portare all'idea che nella fabbricazione del termostato non dovrai laureare nulla immergendo il sensore in acqua bollente e ghiaccio sciolto. È sufficiente calcolare semplicemente la tensione all'uscita dell'LM335, dopo di che non resta che impostare questa tensione come riferimento all'ingresso del comparatore (comparatore).
Un altro motivo per utilizzare LM335 nel suo design è il suo prezzo basso. Nel negozio online è possibile acquistarlo per circa $ 1. Forse la consegna costerà di più. Dopo tutte queste considerazioni teoriche, possiamo procedere allo sviluppo del circuito elettrico del termostato. In questo caso, per la cantina.
Schema schematico del termostato per la cantina
Per progettare un termostato per una cantina basato su un sensore di temperatura LM335 analogico, non è necessario inventare nulla di nuovo. È sufficiente fare riferimento alla documentazione tecnica (Data Sheet) per questo componente. La scheda tecnica contiene tutti i modi in cui è possibile utilizzare il sensore, incluso il termoregolatore stesso.
Ma questo schema può essere considerato funzionale, con il quale è possibile studiare il principio del lavoro. In pratica, dovrai integrarlo con un dispositivo di uscita che ti consente di accendere un riscaldatore di una determinata potenza e, ovviamente, un alimentatore e, possibilmente, indicatori di funzionamento. Questi nodi verranno discussi un po 'più tardi, ma per ora vediamo cosa offre la documentazione proprietaria, ma anche i fogli di dati. Il circuito così com'è è mostrato in Figura 3.
Figura 3. Schema di collegamento sensorLM335
Come funziona il comparatore
La base dello schema proposto è il comparatore LM311, aka 211 o 111. Come tutti comparatoriIl 311 ha due ingressi e un'uscita. Uno degli ingressi (2) è diretto ed è indicato dal segno +. Un altro input è inverso (3) è indicato da un segno meno. L'output del comparatore è il pin 7.
La logica del comparatore è abbastanza semplice. Quando la tensione all'ingresso diretto (2) è maggiore rispetto all'inverso (3), viene impostato un livello alto all'uscita del comparatore. Il transistor si apre e collega il carico. Nella Figura 1, questo è immediatamente un riscaldatore, ma questo è un diagramma funzionale. Un potenziometro è collegato all'ingresso diretto, che imposta la soglia per il comparatore, ad es. impostazione della temperatura.
Quando la tensione all'ingresso inverso è maggiore rispetto a quella diretta, l'uscita del comparatore verrà impostata su un livello basso. Il sensore di temperatura LM335 è collegato all'ingresso inverso, quindi quando la temperatura aumenta (il riscaldatore è già acceso), la tensione all'ingresso inverso aumenta.
Quando la tensione del sensore raggiunge la soglia impostata dal potenziometro, il comparatore passa a un livello basso, il transistor si chiude e spegne il riscaldatore. Quindi l'intero ciclo verrà ripetuto.
Non è rimasto assolutamente nulla - sulla base dello schema funzionale considerato per sviluppare uno schema pratico, il più semplice ed economico possibile per gli appassionati di radioamatori principianti. Un possibile schema pratico è mostrato nella Figura 4.
Figura 4
Alcune spiegazioni al concetto
È facile vedere che il layout di base è leggermente cambiato. Prima di tutto, invece di un riscaldatore, il transistor accenderà il relè e ciò che accenderà il relè un po 'più tardi. È comparso anche un condensatore elettrolitico C1, il cui scopo è di attenuare le increspature di tensione sul diodo zener 4568. Ma parliamo dello scopo dei dettagli in modo più dettagliato.
La potenza del sensore di temperatura e del divisore di tensione delle impostazioni di temperatura R2, R3, R4 è stabilizzata stabilizzatore parametrico R1, 1N4568, C1 con una tensione di stabilizzazione di 6,4 V. Anche se l'intero dispositivo è alimentato da una fonte stabilizzata, uno stabilizzatore aggiuntivo non farà male.
Questa soluzione consente di alimentare l'intero dispositivo da una sorgente la cui tensione può essere selezionata in base alla tensione della bobina del relè disponibile. Molto probabilmente, sarà 12 o 24V. Fonte di alimentazione forse anche non stabilizzato, giusto ponte a diodi con condensatore. Ma è meglio non stintare e mettere lo stabilizzatore integrato 7812 nell'alimentatore, che fornirà anche protezione contro il corto circuito.
Se stiamo parlando del relè, cosa può essere applicato in questo caso? Innanzitutto, si tratta di moderni relè di piccole dimensioni, come quelli utilizzati nelle lavatrici. L'aspetto del relè è mostrato nella Figura 5.
Figura 5. Relè di piccole dimensioni
Per tutte le loro dimensioni miniaturizzate, tali relè possono commutare corrente fino a 10A, che consente di commutare il carico fino a 2KW. Questo è se per tutti i 10A, ma non è necessario farlo. Il massimo che è possibile attivare un tale relè è un riscaldatore con una capacità non superiore a 1 kW, perché deve esserci almeno una sorta di "margine di sicurezza"!
È molto buono se il relè includerà i contatti starter magnetico Serie PME, figuriamoci accendere il riscaldamento. Questa è una delle opzioni di commutazione del carico più affidabili. Altre opzioni di connessione sono descritte nell'articolo. "Come collegare il carico all'unità di controllo sui microcircuiti". Ma la pratica mostra che l'opzione con un avviatore magnetico è forse la più semplice e affidabile. Una possibile implementazione di questa opzione è mostrata nella Figura 6.
Figura 6
Alimentazione termostato
L'alimentatore del dispositivo non è stabilizzato e poiché lo stesso regolatore di temperatura (un microcircuito e un transistor) praticamente non consuma energia, qualsiasi alimentatore di fabbricazione cinese è adatto come fonte di alimentazione.
Se si crea un alimentatore, come mostrato nel diagramma, è abbastanza adatto un piccolo trasformatore di alimentazione da un registratore a cassette o qualcos'altro. La cosa principale è che la tensione sull'avvolgimento secondario non deve superare i 12..14 V. Con una tensione più bassa, il relè non funzionerà e con una tensione più alta può semplicemente bruciarsi.
Se la tensione di uscita del trasformatore è compresa tra 17 e 19 V, qui non è possibile fare a meno di uno stabilizzatore. Questo non dovrebbe essere spaventoso, poiché i moderni stabilizzatori integrati hanno solo 3 uscite, non è così difficile saldarli.
Carica
Il transistor aperto VT1 attiva il relè K1, che tramite il suo contatto K1.1 attiva l'avviatore magnetico K2. I contatti dell'avviatore magnetico K2.1 e K2.2 collegano il riscaldatore alla rete. Va notato che il riscaldatore si accende immediatamente con due contatti. Questa soluzione garantisce che quando lo starter è disconnesso, la fase non rimarrà sul carico, a meno che, ovviamente, tutto sia in ordine.
Poiché la cantina è umida, a volte molto umida, in termini di sicurezza elettrica è molto pericolosa, è meglio collegare l'intero dispositivo usando RCD secondo tutti i requisiti per il cablaggio moderno. Le regole del cablaggio elettrico nel seminterrato sono riportate in questo articolo.
Quale dovrebbe essere il riscaldatore
Gli schemi dei regolatori di temperatura per la cantina hanno pubblicato molto.Una volta furono pubblicati dalla rivista Modelist-Kostruktor e da altri supporti di stampa, ma ora tutta questa abbondanza è migrata su Internet. Questi articoli forniscono raccomandazioni su come dovrebbe essere il riscaldatore.
Qualcuno offre normali lampade a incandescenza da cento watt, riscaldatori tubolari del marchio TEN, radiatori ad olio (è possibile anche con un regolatore bimetallico difettoso). Si propone inoltre di utilizzare i riscaldatori domestici con un ventilatore incorporato. La cosa principale è che non c'è accesso diretto alle parti in tensione. Pertanto, vecchie stufe elettriche a spirale aperta e riscaldatori di tipo capra fatti in casa Non usare in nessun caso.
Controlla prima l'installazione
Se il dispositivo viene assemblato senza errori da parti riparabili, non è necessaria una regolazione speciale. Ma in ogni caso, prima del primo avvio, è necessario verificare la qualità dell'installazione: non ci sono tracce di saldatura o viceversa chiuse sul circuito. E non devi dimenticare di fare queste azioni, prendilo di regola. Ciò è particolarmente vero per le strutture collegate alla rete elettrica.
Impostazione del termostato
Se la prima inclusione della struttura si è verificata senza fumo ed esplosioni, l'unica cosa da fare è impostare la tensione di riferimento all'ingresso diretto del comparatore (pin 2), in base alla temperatura desiderata. Per fare questo, è necessario effettuare diversi calcoli.
Supponiamo che la temperatura in cantina debba essere mantenuta a +2 gradi Celsius. Quindi prima lo traduciamo in gradi Kelvin, quindi moltiplichiamo il risultato per 0,010 V, il risultato è una tensione di riferimento, è anche l'impostazione della temperatura.
(273.15 + 2) * 0.010 = 2.7515 (V)
Se si presume che il regolatore di temperatura debba mantenere una temperatura, ad esempio di +4 gradi, si otterrà il seguente risultato: (273.15 + 4) * 0.010 = 2.7715 (V)
Boris Aladyshkin
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