Δοκιμάστε το θερμοστάτη για ένα κελάρι

Επιλογή αισθητήρα για θερμοστάτη

Ο ρυθμιστής θερμοκρασίας στην καθημερινή ζωή χρησιμοποιείται σε μια ποικιλία συσκευών, από το ψυγείο μέχρι τα σίδερα και τα σίδερα συγκόλλησης. Πιθανώς, δεν υπάρχει ραδιοερασιτέχνης που θα παρακάμψει ένα τέτοιο σχέδιο. Συχνότερα χρησιμοποιείται ως αισθητήρας θερμοκρασίας ή αισθητήρας σε διάφορα ερασιτεχνικά σχέδια θερμοστάτες, τρανζίστορ ή διόδων. Η λειτουργία τέτοιων ελεγκτών θερμοκρασίας είναι αρκετά απλή, ο αλγόριθμος λειτουργίας είναι πρωτόγονος και ως αποτέλεσμα ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα.

Η συντήρηση της ρυθμισμένης θερμοκρασίας πραγματοποιείται με την ενεργοποίηση / απενεργοποίηση στοιχείο θέρμανσης (ΔΕΔ): μόλις η θερμοκρασία φτάσει στην καθορισμένη τιμή, λειτουργεί συγκριτική συσκευή (συγκριτικό) και ο θερμαντήρας είναι απενεργοποιημένος. Αυτή η αρχή της ρύθμισης εφαρμόζεται σε όλες τις απλές ρυθμιστικές αρχές. Φαίνεται ότι όλα είναι απλά και σαφή, αλλά μόνο μέχρι να έρθουν σε πρακτικά πειράματα.

Η πιο δύσκολη και χρονοβόρα διαδικασία στην κατασκευή "απλών" θερμοστατών είναι η προσαρμογή στην επιθυμητή θερμοκρασία. Για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών σημείων της θερμοκρασιακής κλίμακας, προτείνεται η πρώτη βύθιση του αισθητήρα σε ένα δοχείο με πάγο τήξης (αυτό είναι μηδέν βαθμούς Κελσίου), και στη συνέχεια σε βραστό νερό (100 μοίρες).

Μετά από αυτή τη "βαθμονόμηση" με δοκιμή και σφάλμα χρησιμοποιώντας θερμόμετρο και βολτόμετρο, ρυθμίζεται η απαραίτητη θερμοκρασία. Μετά από τέτοια πειράματα, το αποτέλεσμα δεν είναι το καλύτερο.

Τώρα, διάφορες επιχειρήσεις παράγουν πολλούς αισθητήρες θερμοκρασίας που έχουν ήδη βαθμονομηθεί κατά τη διαδικασία κατασκευής. Πρόκειται κυρίως για αισθητήρες σχεδιασμένους να συνεργάζονται μικροελεγκτές. Οι πληροφορίες στην έξοδο αυτών των αισθητήρων είναι ψηφιακές, μεταδίδονται μέσω μιας αμφίδρομης διεπαφής 1 συρμάτων, η οποία σας επιτρέπει να δημιουργείτε ολόκληρα δίκτυα που βασίζονται σε παρόμοιες συσκευές. Με άλλα λόγια, είναι πολύ απλό να δημιουργηθεί ένα θερμόμετρο πολλαπλών σημείων, για τον έλεγχο της θερμοκρασίας, για παράδειγμα, σε εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους, και όχι σε ένα δωμάτιο.

Εν μέσω μιας τέτοιας αφθονίας έξυπνων ψηφιακών αισθητήρων, μια μέτρια συσκευή φαίνεται καλή LM335 και τις παραλλαγές 235, 135. Το πρώτο ψηφίο της σήμανσης υποδεικνύει το σκοπό της συσκευής: 1 αντιστοιχεί σε στρατιωτική αποδοχή, 2 βιομηχανική χρήση και οι τρεις δείχνουν τη χρήση του εξαρτήματος σε οικιακές συσκευές.

Παρεμπιπτόντως, το ίδιο λεπτό σύστημα συμβολισμού είναι χαρακτηριστικό πολλών εισαγόμενων τμημάτων, για παράδειγμα, επιχειρησιακών ενισχυτών, συγκριτών και πολλών άλλων. Το εγχώριο ανάλογο αυτών των ονομασιών ήταν η σήμανση των τρανζίστορ, για παράδειγμα, 2T και CT. Οι πρώτες προορίζονταν για το στρατό, και οι τελευταίες για ευρεία χρήση. Αλλά ήρθε η ώρα να επιστρέψετε στο ήδη γνωστό LM335.

Εξωτερικά, αυτός ο αισθητήρας μοιάζει με τρανζίστορ χαμηλής ισχύος σε πλαστικό περίβλημα TO-92, αλλά μέσα του υπάρχουν 16 τρανζίστορ. Αυτός ο αισθητήρας μπορεί επίσης να είναι στην περίπτωση SO - 8, αλλά δεν υπάρχουν διαφορές μεταξύ τους. Η εμφάνιση του αισθητήρα φαίνεται στο σχήμα 1.

Εικόνα 1. Εμφάνιση του αισθητήρα LM335

Σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας, ο αισθητήρας LM335 είναι μια δίοδος zener, στην οποία η τάση σταθεροποίησης εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Με μία αύξηση θερμοκρασίας ενός βαθμού Kelvin, η τάση σταθεροποίησης αυξάνεται κατά 10 millivolts. Ένα τυπικό διάγραμμα συνδεσμολογίας παρουσιάζεται στο σχήμα 2.

Εικόνα 2. Τυπικό κύκλωμα ενεργοποίησης αισθητήραLM335

Όταν εξετάζετε αυτό το σχήμα, μπορείτε να ρωτήσετε αμέσως ποια είναι η αντίσταση της αντίστασης R1 και ποια είναι η τάση τροφοδοσίας με αυτό το σχέδιο μεταγωγής. Η απάντηση περιέχεται στην τεχνική τεκμηρίωση, η οποία αναφέρει ότι η κανονική λειτουργία του προϊόντος είναι εγγυημένη στην τρέχουσα περιοχή από 0,45 ... 5,00 milliamps. Πρέπει να σημειωθεί ότι δεν πρέπει να ξεπεραστεί το όριο των 5 mA, καθώς ο αισθητήρας θα υπερθερμανθεί και θα μετρήσει τη δική του θερμοκρασία.

Τι θα δείξει ο αισθητήρας LM335

Σύμφωνα με την τεκμηρίωση (φύλλο δεδομένων) ο αισθητήρας βαθμονομείται σύμφωνα με το απόλυτη κλίμακα Kelvin. Αν υποθέσουμε ότι η εσωτερική θερμοκρασία είναι -273,15 ° C, και αυτό είναι ένα απόλυτο μηδέν σύμφωνα με τον Kelvin, τότε ο εν λόγω αισθητήρας θα πρέπει να δείχνει μηδενική τάση. Με την αύξηση της θερμοκρασίας από κάθε βαθμό, η τάση εξόδου της διόδου zener θα αυξηθεί κατά 10mV ή κατά 0.010V.

Για να μεταφέρετε τη θερμοκρασία από τη συνήθη κλίμακα Κελσίου στην κλίμακα Kelvin, προσθέστε μόνο 273,15. Λοιπόν, περίπου το 0.15 ξεχνούν πάντα τα πάντα, οπότε είναι μόλις 273 και αποδεικνύεται ότι ο 0 ° C είναι 0 + 273 = 273 ° Κ.

Στα εγχειρίδια φυσικής, ο 25 ° C θεωρείται η κανονική θερμοκρασία και σύμφωνα με τον Kelvin προκύπτει 25 + 273 = 298 ή μάλλον 298,15. Αυτό το σημείο αναφέρεται στο φύλλο δεδομένων ως το μοναδικό σημείο βαθμονόμησης του αισθητήρα. Έτσι, σε θερμοκρασία 25 ° C, η έξοδος του αισθητήρα θα πρέπει να είναι 298,15 * 0,010 = 2,9815V.

Το εύρος λειτουργίας του αισθητήρα κυμαίνεται από -40 ... 100 ° C και σε ολόκληρη την περιοχή το χαρακτηριστικό του αισθητήρα είναι πολύ γραμμικό, γεγονός που καθιστά εύκολο τον υπολογισμό των μετρήσεων του αισθητήρα σε οποιαδήποτε θερμοκρασία: πρώτα πρέπει να μετατρέψετε τη θερμοκρασία σε Κελσίου σε βαθμούς Kelvin. Στη συνέχεια, πολλαπλασιάστε τη θερμοκρασία που προκύπτει κατά 0,010V. Το τελευταίο μηδέν σε αυτόν τον αριθμό υποδεικνύει ότι η τάση σε Volts υποδεικνύεται με ακρίβεια 1 mV.

Όλες αυτές οι σκέψεις και υπολογισμοί θα πρέπει να οδηγήσουν στην ιδέα ότι στην κατασκευή του θερμοστάτη δεν θα χρειαστεί να αποφοιτήσετε τίποτα βυθίζοντας τον αισθητήρα σε βραστό νερό και σε τήξη πάγου. Αρκεί να υπολογίσουμε απλώς την τάση στην έξοδο του LM335, μετά την οποία παραμένει μόνο η ρύθμιση αυτής της τάσης ως αναφοράς στην είσοδο του συγκριτή (συγκριτή).

Ένας άλλος λόγος για τη χρήση του LM335 στο σχεδιασμό του είναι η χαμηλή του τιμή. Στο ηλεκτρονικό κατάστημα μπορείτε να το αγοράσετε για περίπου $ 1. Ίσως η παράδοση θα κοστίσει περισσότερο. Μετά από όλες αυτές τις θεωρητικές σκέψεις, μπορούμε να προχωρήσουμε στην ανάπτυξη του ηλεκτρικού κυκλώματος του θερμοστάτη. Σε αυτή την περίπτωση, για το κελάρι.

Σχηματικό διάγραμμα του θερμοστάτη για το κελάρι

Προκειμένου να σχεδιαστεί ένας θερμοστάτης για ένα κελάρι με βάση έναν αναλογικό αισθητήρα θερμοκρασίας LM335, δεν πρέπει να εφευρεθεί τίποτα νέο. Αρκεί να ανατρέξετε στην τεχνική τεκμηρίωση (φύλλο δεδομένων) για αυτό το στοιχείο. Το δελτίο δεδομένων περιέχει όλους τους τρόπους με τους οποίους μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο αισθητήρας, συμπεριλαμβανομένου του ίδιου του ελεγκτή θερμοκρασίας.

Αλλά αυτό το σχέδιο μπορεί να θεωρηθεί ως λειτουργικό, με το οποίο είναι δυνατόν να μελετηθεί η αρχή της εργασίας. Στην πράξη, θα πρέπει να το συμπληρώσετε με μια συσκευή εξόδου που σας επιτρέπει να ενεργοποιήσετε έναν θερμαντήρα μιας δεδομένης ισχύος και φυσικά έναν τροφοδοτικό και ενδεχομένως δείκτες λειτουργίας. Αυτοί οι κόμβοι θα συζητηθούν λίγο αργότερα, αλλά για τώρα ας δούμε τι προσφέρει η κατοχυρωμένη τεκμηρίωση, αλλά και δελτία δεδομένων. Το κύκλωμα, όπως είναι, φαίνεται στο σχήμα 3.

Σχήμα 3. Διάγραμμα σύνδεσης αισθητήραLM335

Πώς λειτουργεί ο συγκριτής

Η βάση του προτεινόμενου σχεδίου είναι ο συγκριτής LM311, γνωστός ως 211 ή 111. Όπως όλα συγκριτικάΤο 311ο έχει δύο εισόδους και έξοδο. Μία από τις εισόδους (2) είναι άμεση και υποδεικνύεται με το σύμβολο +. Μια άλλη είσοδος είναι αντίστροφη (3) υποδεικνύεται με ένα σύμβολο μείον. Η έξοδος του συγκριτή είναι ο ακροδέκτης 7.

Η λογική του συγκριτή είναι αρκετά απλή. Όταν η τάση στην άμεση είσοδο (2) είναι μεγαλύτερη από την αντίστροφη (3), στην έξοδο του συγκριτή ρυθμίζεται υψηλή στάθμη. Το τρανζίστορ ανοίγει και συνδέει το φορτίο. Στο Σχήμα 1, αυτό είναι αμέσως ένας θερμαντήρας, αλλά αυτό είναι ένα λειτουργικό διάγραμμα. Ένα ποτενσιόμετρο συνδέεται με την άμεση είσοδο, η οποία καθορίζει το κατώφλι για τον συγκριτή, δηλ. ρύθμιση θερμοκρασίας.

Όταν η τάση στην αντίστροφη είσοδο είναι μεγαλύτερη από την άμεση, η έξοδος του συγκριτή θα ρυθμιστεί σε χαμηλή στάθμη. Ο αισθητήρας θερμοκρασίας LM335 είναι συνδεδεμένος στην αντίστροφη είσοδο, οπότε όταν η θερμοκρασία αυξηθεί (ο θερμαντήρας είναι ήδη ενεργοποιημένος), η τάση στην αντίστροφη είσοδο θα αυξηθεί.

Όταν η τάση του αισθητήρα φτάσει στο κατώφλι που καθορίζεται από το ποτενσιόμετρο, ο συγκριτής θα αλλάξει σε χαμηλή στάθμη, το τρανζίστορ θα κλείσει και θα απενεργοποιήσει τη θερμάστρα. Στη συνέχεια, ολόκληρος ο κύκλος θα επαναληφθεί.

Δεν έχει απομείνει απολύτως τίποτα - με βάση το θεωρημένο λειτουργικό σχήμα, να αναπτυχθεί ένα πρακτικό σχέδιο, όσο το δυνατόν πιο απλό και προσιτό για αρχάριους ραδιοερασιτέχνες. Ένα πιθανό πρακτικό σχήμα φαίνεται στο σχήμα 4.

Σχήμα 4

Μερικές εξηγήσεις για την ιδέα

Είναι εύκολο να δείτε ότι η βασική διάταξη έχει αλλάξει λίγο. Πρώτα απ 'όλα, αντί ενός θερμαντήρα, το τρανζίστορ θα ενεργοποιήσει το ρελέ και αυτό που θα ενεργοποιήσει το ρελέ για αυτό λίγο αργότερα. Ένας ηλεκτρολυτικός πυκνωτής C1 εμφανίστηκε επίσης, ο σκοπός του οποίου είναι η ομαλή κυματισμός τάσης στη δίοδο zener 4568. Αλλά ας μιλήσουμε για τον σκοπό των λεπτομερειών με περισσότερες λεπτομέρειες.

Η ισχύς του αισθητήρα θερμοκρασίας και του διαιρέτη τάσης της ρύθμισης θερμοκρασίας R2, R3, R4 σταθεροποιείται παραμετρικό σταθεροποιητή R1, 1Ν4568, C1 με τάση σταθεροποίησης 6.4V. Ακόμη και αν ολόκληρη η συσκευή τροφοδοτείται από μια σταθεροποιημένη πηγή, δεν θα βλάψει κάποιος πρόσθετος σταθεροποιητής.

Αυτή η λύση σας επιτρέπει να τροφοδοτείτε ολόκληρη τη συσκευή από μια πηγή της οποίας η τάση μπορεί να επιλεγεί ανάλογα με την τάση του διαθέσιμου πηνίου ρελέ. Πιθανότατα, θα είναι 12 ή 24V. Πηγή ενέργειας ίσως ακόμη και ασταθής, απλά γέφυρα δίοδος με πυκνωτή. Αλλά είναι προτιμότερο να μην υποχωρήσετε και να τοποθετήσετε τον ενσωματωμένο σταθεροποιητή 7812 στην παροχή ρεύματος, η οποία θα παρέχει επίσης προστασία από βραχυκύκλωμα.

Αν μιλάμε για το ρελέ, τι μπορεί να εφαρμοστεί σε αυτή την περίπτωση; Πρώτα απ 'όλα, πρόκειται για σύγχρονα μικρού μεγέθους ρελέ, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στα πλυντήρια ρούχων. Η εμφάνιση του ρελέ φαίνεται στο σχήμα 5.

Σχήμα 5. Μικρού μεγέθους ρελέ

Για όλα τα μικροσκοπικά μεγέθη τους, αυτά τα ρελέ μπορούν να μετατρέψουν το ρεύμα σε 10Α, πράγμα που επιτρέπει τη μεταγωγή του φορτίου σε 2KW. Αυτό ισχύει για όλες τις 10Α, αλλά δεν χρειάζεται να το κάνετε αυτό. Το περισσότερο που μπορείτε να ενεργοποιήσετε ένα τέτοιο ρελέ είναι ένας θερμαντήρας με χωρητικότητα όχι μεγαλύτερη από 1 kW, επειδή πρέπει να υπάρχει τουλάχιστον κάποιο είδος "περιθωρίου ασφαλείας"!

Είναι πολύ καλό αν το ρελέ θα περιλαμβάνει επαφές μαγνητικό εκκινητή Σειρά PME, πόσο μάλλον να ενεργοποιήσετε τη θερμάστρα. Αυτή είναι μια από τις πιο αξιόπιστες επιλογές μεταγωγής φορτίου. Άλλες επιλογές σύνδεσης περιγράφονται στο άρθρο. "Πώς να συνδέσετε το φορτίο στη μονάδα ελέγχου σε μικροκυκλώματα". Αλλά η πρακτική δείχνει ότι η επιλογή με ένα μαγνητικό εκκινητή είναι ίσως η απλούστερη και πιο αξιόπιστη. Μια πιθανή εφαρμογή αυτής της επιλογής φαίνεται στο σχήμα 6.

Σχήμα 6

Τροφοδοσία θερμοστάτη

Η μονάδα τροφοδοσίας της συσκευής δεν είναι σταθερή και δεδομένου ότι ο ίδιος ο ρυθμιστής θερμοκρασίας (ένας μικροκυκλώνας και ένας τρανζίστορ) δεν καταναλώνουν σχεδόν καμία ισχύ, οποιοσδήποτε μετασχηματιστής ρεύματος από την Κίνα είναι κατάλληλος ως πηγή ενέργειας.

Εάν κάνετε μια τροφοδοσία ρεύματος, όπως φαίνεται στο διάγραμμα, τότε ένας πολύ μικρός μετασχηματιστής ισχύος από ένα κασετόφωνο μαγνητοσκόπιο μιας αριθμομηχανής ή κάτι άλλο είναι αρκετά κατάλληλο. Το κύριο πράγμα είναι ότι η τάση στη δευτερεύουσα περιέλιξη δεν πρέπει να υπερβαίνει το 12..14V. Με χαμηλότερη τάση, ο ηλεκτρονόμος δεν θα λειτουργήσει και με μεγαλύτερη τάση μπορεί απλώς να καεί.

Εάν η τάση εξόδου του μετασχηματιστή είναι στην περιοχή των 17 ... 19V, τότε εδώ δεν μπορείτε να κάνετε χωρίς σταθεροποιητή. Αυτό δεν πρέπει να είναι τρομακτικό, επειδή οι σύγχρονοι ολοκληρωμένοι σταθεροποιητές έχουν μόνο 3 εξόδους, δεν είναι τόσο δύσκολο να τα κολλήσεις.

Φόρτωση σε

Το ανοικτό τρανζίστορ VT1 ενεργοποιεί το ρελέ K1, το οποίο μέσω της επαφής του K1.1 ενεργοποιεί το μαγνητικό μίζα K2. Οι επαφές του μαγνητικού εκκινητήρα K2.1 και K2.2 συνδέουν τον θερμαντήρα με το δίκτυο. Πρέπει να σημειωθεί ότι ο θερμαντήρας ενεργοποιείται αμέσως με δύο επαφές. Αυτή η λύση εξασφαλίζει ότι όταν ο εκκινητής είναι αποσυνδεδεμένος, η φάση δεν θα παραμείνει στο φορτίο, εκτός αν, φυσικά, όλα είναι εντάξει.

Δεδομένου ότι το κελάρι είναι υγρό, μερικές φορές πολύ υγρό, από την άποψη της ηλεκτρικής ασφάλειας είναι πολύ επικίνδυνο, είναι καλύτερο να συνδέσετε ολόκληρη τη συσκευή χρησιμοποιώντας RCD σύμφωνα με όλες τις απαιτήσεις για σύγχρονη καλωδίωση. Οι κανόνες της ηλεκτρικής καλωδίωσης στο υπόγειο βρίσκονται στο αυτό το άρθρο.

Τι θα πρέπει να είναι ο θερμαντήρας

Τα σχέδια των ρυθμιστών θερμοκρασίας για το κελάρι δημοσίευσαν πολλά.Μόλις δημοσιεύτηκαν από το περιοδικό Modelist-Kostruktor και άλλα έντυπα μέσα, αλλά τώρα όλη αυτή η αφθονία έχει μεταφερθεί στο Internet. Αυτά τα άρθρα παρέχουν συστάσεις για τον τρόπο με τον οποίο πρέπει να είναι ο θερμαντήρας.

Κάποιος διαθέτει συνηθισμένους λαμπτήρες πυρακτώσεως εκατοντάδων, σωληνοειδείς θερμαντήρες μάρκας TEN, θερμαντικά σώματα λαδιού (μπορείτε ακόμη και με ελαττωματικό διμεταλλικό ρυθμιστή). Προτείνεται επίσης να χρησιμοποιηθούν οικιακές θερμάστρες με ενσωματωμένο ανεμιστήρα. Το κυριότερο είναι ότι δεν υπάρχει άμεση πρόσβαση στα ζωντανά μέρη. Επομένως, οι παλιές ηλεκτρικές σόμπες με ανοιχτή σπείρα και σπιτικά θερμοσίφωνες αίγας Μη χρησιμοποιείτε σε καμία περίπτωση.

Ελέγξτε πρώτα την εγκατάσταση

Εάν η συσκευή συναρμολογηθεί χωρίς σφάλματα από εξαρτήματα που μπορούν να επισκευαστούν, τότε δεν απαιτείται ειδική ρύθμιση. Αλλά σε κάθε περίπτωση, πριν από την πρώτη εκκίνηση, είναι απαραίτητο να ελέγξετε την ποιότητα της εγκατάστασης: δεν υπάρχει συγκόλληση ή αντίστροφα κλειστά κομμάτια στην πλακέτα κυκλώματος. Και δεν πρέπει να ξεχάσετε να κάνετε αυτές τις ενέργειες, απλώς το πάρτε ως κανόνα. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για δομές που συνδέονται με το ηλεκτρικό δίκτυο.

Ρύθμιση του θερμοστάτη

Εάν η πρώτη καταχώρηση της δομής έγινε χωρίς καπνό και εκρήξεις, τότε το μόνο που πρέπει να κάνετε είναι να ρυθμίσετε την τάση αναφοράς στην άμεση είσοδο του συγκριτή (ακίδα 2), ανάλογα με την επιθυμητή θερμοκρασία. Για να γίνει αυτό, πρέπει να κάνετε αρκετούς υπολογισμούς.

Ας υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία στο κελάρι πρέπει να διατηρείται στους + 2 βαθμούς Κελσίου. Τότε πρώτα μεταφράζουμε σε βαθμούς Κελβινίου, τότε πολλαπλασιάζουμε το αποτέλεσμα με 0,010V, το αποτέλεσμα είναι τάση αναφοράς, είναι επίσης η ρύθμιση της θερμοκρασίας.

(273,15 + 2) * 0,010 = 2,7515 (ν)

Εάν θεωρηθεί ότι ο ρυθμιστής θερμοκρασίας πρέπει να διατηρήσει μια θερμοκρασία, π.χ. +4 βαθμούς, τότε θα προκύψει το ακόλουθο αποτέλεσμα: (273.15 + 4) * 0.010 = 2.7715 (V)

Μπόρις Αλαντίσκιν