Doe-het-zelf thermostaat voor een kelder

Sensorselectie voor thermostaat

De temperatuurregelaar in het dagelijks leven wordt gebruikt in een breed scala aan apparaten, van de koelkast tot de strijkijzers en soldeerbouten. Waarschijnlijk is er geen radioamateur die een dergelijk schema zou omzeilen. Meestal gebruikt als een temperatuursensor of sensor in verschillende amateurontwerpen thermistors, transistors of diodes. De werking van dergelijke temperatuurregelaars is vrij eenvoudig, het bedieningsalgoritme is primitief, en bijgevolg een eenvoudig elektrisch circuit.

Onderhoud van de ingestelde temperatuur wordt uitgevoerd door aan - uit te schakelen verwarmingselement (TEN): zodra de temperatuur de ingestelde waarde bereikt, werkt het apparaat vergelijken (comparator) en de verwarming is uitgeschakeld. Dit reguleringsprincipe is geïmplementeerd in alle eenvoudige regulators. Het lijkt erop dat alles eenvoudig en duidelijk is, maar dit is alleen totdat het gaat om praktische experimenten.

Het moeilijkste en meest tijdrovende proces bij de vervaardiging van "eenvoudige" thermostaten is aanpassing aan de gewenste temperatuur. Om de karakteristieke punten van de temperatuurschaal te bepalen, wordt voorgesteld om de sensor eerst onder te dompelen in een vat met smeltend ijs (dit is nul graden Celsius) en vervolgens in kokend water (100 graden).

Na deze "kalibratie" met vallen en opstaan ​​met behulp van een thermometer en een voltmeter, wordt de benodigde temperatuur ingesteld. Na dergelijke experimenten is het resultaat niet het beste.

Nu produceren verschillende bedrijven veel temperatuursensoren die al tijdens het productieproces zijn gekalibreerd. Dit zijn voornamelijk sensoren die zijn ontworpen om mee te werken microcontrollers. De informatie aan de uitgang van deze sensoren is digitaal, verzonden via een 1-draads bidirectionele eenaderige interface, waarmee u hele netwerken kunt maken op basis van vergelijkbare apparaten. Met andere woorden, het is heel eenvoudig om een ​​meerpuntsthermometer te maken, om de temperatuur bijvoorbeeld binnen en buiten te regelen, zelfs niet in één kamer.

Te midden van zo'n overvloed aan slimme digitale sensoren ziet een bescheiden apparaat er goed uit LM335 en zijn varianten 235, 135. Het eerste cijfer in de markering geeft het doel van het apparaat aan: 1 komt overeen met militaire acceptatie, 2 industrieel gebruik en de drie geven het gebruik van de component in huishoudelijke apparaten aan.

Overigens is hetzelfde harmonieuze notatiesysteem kenmerkend voor veel geïmporteerde onderdelen, bijvoorbeeld operationele versterkers, comparatoren en vele andere. De binnenlandse analoog van dergelijke benamingen was het markeren van transistoren, bijvoorbeeld 2T en CT. De eerste waren bedoeld voor het leger en de tweede voor wijdverbreid gebruik. Maar het is tijd om terug te keren naar de al bekende LM335.

Extern ziet deze sensor eruit als een low-power transistor in een plastic behuizing TO - 92, maar binnenin zijn er 16 transistors. Deze sensor kan ook in de SO - 8 case zitten, maar er zijn geen verschillen tussen hen. Het uiterlijk van de sensor wordt getoond in figuur 1.

Figuur 1. Uiterlijk van de LM335-sensor

Volgens het werkingsprincipe is de LM335-sensor een zenerdiode, waarbij de stabilisatiespanning afhankelijk is van de temperatuur. Bij een temperatuurstijging van één graad Kelvin neemt de stabilisatiespanning toe met 10 millivolt. Een typisch bedradingsschema wordt getoond in figuur 2.

Figuur 2. Typisch sensor-inschakelcircuitLM335

Als je naar deze figuur kijkt, kun je meteen vragen wat de weerstand van de weerstand R1 is en wat de voedingsspanning is met zo'n schakelcircuit. Het antwoord is opgenomen in de technische documentatie, waarin staat dat de normale werking van het product is gegarandeerd in het huidige bereik van 0,45 ... 5,00 milliampère. Opgemerkt moet worden dat de limiet van 5 mA niet mag worden overschreden, omdat de sensor oververhit raakt en zijn eigen temperatuur meet.

Wat de LM335-sensor zal tonen

Volgens de documentatie (gegevensblad) is de sensor gekalibreerd volgens absolute Kelvin-schaal. Als we aannemen dat de binnentemperatuur -273,15 ° C is, en dit is een absolute nul volgens Kelvin, dan moet de sensor in kwestie nulspanning tonen. Met toenemende temperatuur met elke graad, zal de uitgangsspanning van de zenerdiode met maar liefst 10 mV of met 0,010 V toenemen.

Om de temperatuur over te brengen van de gebruikelijke schaal van Celsius naar de schaal van Kelvin, voeg je gewoon 273.15 toe. Nou, ongeveer 0,15 vergeten ze altijd alles, dus het is gewoon 273, en het blijkt dat 0 ° C 0 + 273 = 273 ° K is.

In natuurkundeboeken wordt 25 ° C als normale temperatuur beschouwd en volgens Kelvin blijkt het 25 + 273 = 298, of liever 298.15. Dit punt wordt in het gegevensblad vermeld als het enige sensorkalibratiepunt. Bij een temperatuur van 25 ° C moet de output van de sensor dus 298,15 * 0,010 = 2,9815 V zijn.

Het werkbereik van de sensor ligt binnen het bereik van -40 ... 100 ° C en in het hele bereik is de karakteristiek van de sensor zeer lineair, waardoor het gemakkelijk is om de sensorwaarden bij elke temperatuur te berekenen: eerst moet u de temperatuur in graden Celsius omzetten in graden Kelvin. Vermenigvuldig vervolgens de resulterende temperatuur met 0,010V. De laatste nul in dit nummer geeft aan dat de spanning in Volt wordt aangegeven met een nauwkeurigheid van 1 mV.

Al deze overwegingen en berekeningen zouden moeten leiden tot het idee dat u bij de fabricage van de thermostaat niets hoeft te halen door de sensor in kokend water en in smeltend ijs te dompelen. Het is voldoende om eenvoudig de spanning aan de uitgang van de LM335 te berekenen, waarna het alleen resteert om deze spanning in te stellen als referentie aan de ingang van de comparator (comparator).

Een andere reden om de LM335 in zijn ontwerp te gebruiken, is de lage prijs. In de online winkel kun je het kopen voor ongeveer $ 1. Misschien kost de bezorging meer. Na al deze theoretische overwegingen kunnen we doorgaan met de ontwikkeling van het elektrische circuit van de thermostaat. In dit geval voor de kelder.

Schematische weergave van de thermostaat voor de kelder

Om een ​​thermostaat te ontwerpen voor een kelder op basis van een analoge LM335-temperatuursensor, hoeft niets nieuws te worden uitgevonden. Het volstaat om te verwijzen naar de technische documentatie (gegevensblad) voor dit onderdeel. Het gegevensblad bevat alle manieren waarop de sensor kan worden gebruikt, inclusief de temperatuurregelaar zelf.

Maar dit schema kan als functioneel worden beschouwd, waardoor het mogelijk is om het werkbeginsel te bestuderen. In de praktijk moet u dit aanvullen met een uitvoerapparaat waarmee u een verwarming met een bepaald vermogen en natuurlijk een voeding en mogelijk bedieningsindicatoren kunt inschakelen. Deze knooppunten zullen wat later worden besproken, maar laten we voor nu eens kijken wat de eigen documentatie biedt, maar ook datasheets. Het circuit zoals het is, wordt getoond in figuur 3.

Figuur 3. Verbindingsdiagram sensorLM335

Hoe de comparator werkt

De basis van het voorgestelde schema is de vergelijker LM311, aka 211 of 111. Zoals alle vergelijkersDe 311st heeft twee ingangen en een uitgang. Een van de ingangen (2) is direct en wordt aangegeven met het + -teken. Een andere invoer is invers (3) wordt aangegeven met een minteken. De uitgang van de comparator is pin 7.

De logica van de comparator is vrij eenvoudig. Wanneer de spanning op de directe ingang (2) groter is dan aan de inverse (3), wordt een hoog niveau ingesteld aan de uitgang van de comparator. De transistor opent en verbindt de belasting. In figuur 1 is dit meteen een verwarming, maar dit is een functioneel diagram. Een potentiometer is verbonden met de directe ingang, die de drempel voor de comparator instelt, d.w.z. temperatuurinstelling.

Wanneer de spanning op de inverse ingang groter is dan op de directe, wordt de uitgang van de comparator op een laag niveau ingesteld. De LM335 temperatuursensor is verbonden met de omgekeerde ingang, dus wanneer de temperatuur stijgt (de verwarming staat al aan), zal de spanning op de omgekeerde ingang toenemen.

Wanneer de sensorspanning de drempel bereikt die door de potentiometer is ingesteld, schakelt de comparator naar een laag niveau, sluit de transistor en schakelt de verwarming uit. Daarna wordt de hele cyclus herhaald.

Er is absoluut niets meer over - op basis van het beschouwde functionele schema om een ​​praktisch schema te ontwikkelen, zo eenvoudig en betaalbaar mogelijk voor beginnende amateurradiofanaten. Een mogelijk praktisch schema is weergegeven in figuur 4.

Figuur 4

Een paar verklaringen voor het concept

Het is gemakkelijk te zien dat de basislay-out een beetje is veranderd. Allereerst zal de transistor in plaats van een verwarming het relais inschakelen, en wat het relais hier iets later over zal inschakelen. Een elektrolytische condensator C1 verscheen ook, waarvan het doel is om spanningsrimpelingen bij de zenerdiode 4568 af te vlakken. Maar laten we het doel van de details in meer detail bespreken.

Het vermogen van de temperatuursensor en spanningsdeler van de temperatuurinstelling R2, R3, R4 is gestabiliseerd parametrische stabilisator R1, 1N4568, C1 met een stabilisatiespanning van 6.4V. Zelfs als het hele apparaat wordt gevoed door een gestabiliseerde bron, doet een extra stabilisator geen pijn.

Met deze oplossing kunt u het hele apparaat voeden met een bron waarvan de spanning kan worden geselecteerd, afhankelijk van de spanning van de beschikbare relaisspoel. Hoogstwaarschijnlijk zal het 12 of 24V zijn. Stroombron misschien zelfs niet gestabiliseerd, gewoon diodebrug met condensator. Maar het is beter om de geïntegreerde stabilisator 7812 niet in de voeding te stoppen en deze ook tegen kortsluiting te beschermen.

Als we het over het relais hebben, wat kan in dit geval worden toegepast? Allereerst zijn dit moderne kleine relais, zoals die in wasmachines worden gebruikt. Het uiterlijk van het relais wordt getoond in figuur 5.

Figuur 5. Klein relais

Voor al hun miniatuurgrootte kunnen dergelijke relais stroom schakelen tot 10A, waardoor de belasting tot 2KW kan worden geschakeld. Dit geldt voor alle 10A, maar dat hoeft u niet te doen. Het meest dat u zo'n relais kunt inschakelen, is een verwarming met een capaciteit van niet meer dan 1 kW, omdat er op zijn minst een soort van "veiligheidsmarge" moet zijn!

Het is heel goed als het relais contacten bevat magnetische starter PME-serie, laat staan ​​de verwarming aanzetten. Dit is een van de meest betrouwbare opties voor lastomschakeling. Andere verbindingsopties worden beschreven in het artikel. "Hoe de belasting te verbinden met de controle-eenheid op microschakelingen". Maar de praktijk leert dat de optie met een magnetische starter misschien de eenvoudigste en meest betrouwbare is. Een mogelijke implementatie van deze optie is weergegeven in figuur 6.

Figuur 6

Thermostaat voeding

De voedingseenheid van het apparaat is niet gestabiliseerd en omdat de temperatuurregelaar zelf (een microschakeling en een transistor) praktisch geen stroom verbruikt, is elke in China gemaakte voedingsadapter geschikt als stroombron.

Als u een voeding maakt, zoals weergegeven in het diagram, is een kleine transformator van een cassetterecorder of iets anders heel geschikt. Het belangrijkste is dat de spanning op de secundaire wikkeling niet hoger mag zijn dan 12..14V. Bij een lagere spanning werkt het relais niet en bij een hogere spanning kan het eenvoudig doorbranden.

Als de uitgangsspanning van de transformator in het bereik van 17 ... 19V ligt, kunt u hier niet zonder een stabilisator. Dit moet niet eng zijn, omdat moderne geïntegreerde stabilisatoren slechts 3 uitgangen hebben, het is niet zo moeilijk om ze te solderen.

Laden op

De open transistor VT1 schakelt relais K1 in, dat door zijn contact K1.1 de magnetische starter K2 inschakelt. De contacten van de magnetische starter K2.1 en K2.2 verbinden de verwarmer met het netwerk. Opgemerkt moet worden dat de verwarming onmiddellijk wordt ingeschakeld met twee contacten. Deze oplossing zorgt ervoor dat wanneer de starter wordt losgekoppeld, de fase niet op de belasting blijft, tenzij, natuurlijk, alles in orde is.

Aangezien de kelder vochtig is, soms erg vochtig, is het in termen van elektrische veiligheid erg gevaarlijk, het is het beste om het hele apparaat aan te sluiten RCD volgens alle vereisten voor moderne bedrading. De regels voor de elektrische bedrading in de kelder zijn te vinden in dit artikel.

Wat zou de kachel moeten zijn

Regelingen van temperatuurregelaars voor de kelder hebben veel gepubliceerd.Ooit werden ze uitgegeven door het tijdschrift Modelist-Kostruktor en andere gedrukte media, maar nu is al deze overvloed naar het internet gemigreerd. Deze artikelen geven aanbevelingen over hoe de kachel zou moeten zijn.

Iemand biedt gewone gloeilampen van honderd watt, buisvormige kachels van het merk TEN, olieradiatoren (dit kan zelfs met een defecte bimetaalregelaar). Er wordt ook voorgesteld om huishoudelijke kachels te gebruiken met een ingebouwde ventilator. Het belangrijkste is dat er geen directe toegang is tot delen onder spanning. Daarom, oude elektrische kachels met een open spiraal en zelfgemaakte geitenverwarmers In geen geval gebruiken.

Controleer eerst de installatie

Als het apparaat zonder fouten van te repareren onderdelen wordt gemonteerd, is geen speciale aanpassing vereist. Maar in elk geval moet vóór de eerste ingebruikname de kwaliteit van de installatie worden gecontroleerd: zijn er geen soldeer- of omgekeerd gesloten sporen op de printplaat. En je moet niet vergeten om deze acties te doen, neem het gewoon als een regel. Dit geldt met name voor structuren die zijn aangesloten op het elektrische netwerk.

Thermostaat instellen

Als de eerste opname van de structuur plaatsvond zonder rook en explosies, dan is het enige wat u moet doen de referentiespanning instellen op de directe ingang van de comparator (pin 2), volgens de gewenste temperatuur. Om dit te doen, moet u verschillende berekeningen maken.

Neem aan dat de temperatuur in de kelder op +2 graden Celsius moet worden gehouden. Dan vertalen we het eerst in Kelvin-graden, dan vermenigvuldigen we het resultaat met 0,010V, het resultaat is een referentiespanning, het is ook de temperatuurinstelling.

(273.15 + 2) * 0.010 = 2.7515 (V)

Als wordt aangenomen dat de temperatuurregelaar een temperatuur van bijvoorbeeld +4 graden moet handhaven, wordt het volgende resultaat verkregen: (273.15 + 4) * 0.010 = 2.7715 (V)

Boris Aladyshkin