Termostat pentru un pivniță

Selectarea senzorului pentru termostat

Regulatorul de temperatură în viața de zi cu zi este utilizat într-o mare varietate de dispozitive, de la frigider la fierul de călcat și fierul de lipit. Probabil, nu există niciun radioamator care să ocolească o astfel de schemă. Cel mai adesea folosit ca senzor de temperatură sau senzor în diferite modele de amatori termistori, tranzistori sau diode. Funcționarea acestor regulatoare de temperatură este destul de simplă, algoritmul de funcționare este primitiv și, ca urmare, un circuit electric simplu.

Menținerea temperaturii setate se realizează prin pornire / oprire element de încălzire (TEN): imediat ce temperatura atinge valoarea setată, funcționează comparare dispozitiv (comparator) iar încălzitorul este oprit. Acest principiu de reglementare este implementat în toate regulatoarele simple. S-ar părea că totul este simplu și clar, dar acest lucru este doar până când vine vorba de experimente practice.

Cel mai dificil și consumator de timp în fabricarea termostatelor „simple” este să se ajusteze la temperatura dorită. Pentru a determina punctele caracteristice ale scării de temperatură, se propune mai întâi scufundarea senzorului într-un vas cu gheață topită (aceasta este de zero grade Celsius), apoi în apă clocotită (100 de grade).

După această „calibrare” prin încercare și eroare folosind un termometru și un voltmetru, temperatura setată este necesară. După asemenea experimente, rezultatul nu este cel mai bun.

Acum, diverse firme produc mulți senzori de temperatură deja calibrați în timpul procesului de fabricație. Aceștia sunt în principal senzori proiectați să funcționeze microcontrolere. Informațiile de la ieșirea acestor senzori sunt digitale, sunt transmise printr-o interfață bidirecțională cu 1 fir, care vă permite să creați rețele întregi bazate pe dispozitive similare. Cu alte cuvinte, este foarte simplu să creezi un termometru cu mai multe puncte, pentru a controla temperatura, de exemplu, în interior și exterior, și nici măcar într-o cameră.

Pe fondul unei asemenea abundențe de senzori digitali inteligenți, un dispozitiv modest arată bine LM335 și variantele sale 235, 135. Prima cifră din marcaj indică scopul dispozitivului: 1 corespunde acceptării militare, 2 utilizării industriale, iar cele trei indică utilizarea componentei în electrocasnice.

Apropo, același sistem de notare zvelt este caracteristic pentru multe părți importate, de exemplu, amplificatoare operaționale, comparatori și multe altele. Analogul intern al unor astfel de denumiri a fost marcarea tranzistoarelor, de exemplu, 2T și CT. Primele erau destinate armatei, iar cele din urmă pentru utilizare pe scară largă. Dar este timpul să reveniți la deja cunoscutul LM335.

Extern, acest senzor arată ca un tranzistor cu putere redusă într-o carcasă de plastic TO - 92, dar în interiorul său există 16 tranzistoare. Acest senzor poate fi, de asemenea, în cazul SO-8, dar nu există diferențe între ei. Aspectul senzorului este prezentat în figura 1.

Figura 1. Aspectul senzorului LM335

Conform principiului de funcționare, senzorul LM335 este o diodă zener, în care tensiunea de stabilizare depinde de temperatură. Cu o creștere a temperaturii de un grad Kelvin, tensiunea de stabilizare crește cu 10 milivoli. În figura 2 este prezentată o diagramă tipică de cablare.

Figura 2. Circuitul tipic de activare a senzoruluiLM335

Când priviți această cifră, puteți întreba imediat care este rezistența rezistenței R1 și care este tensiunea de alimentare cu un astfel de circuit de comutare. Răspunsul este conținut în documentația tehnică, care spune că funcționarea normală a produsului este garantată în intervalul curent de 0,45 ... 5,00 miliamperi. Trebuie menționat că limita de 5 mA nu trebuie depășită, deoarece senzorul se va supraîncălzi și va măsura propria temperatură.

Ce va arăta senzorul LM335

Conform documentației (fișă tehnică) senzorul este calibrat conform scara Kelvin absolută. Dacă presupunem că temperatura interioară este de -273,15 ° C, iar acesta este un zero absolut conform Kelvin, atunci senzorul în cauză ar trebui să arate tensiune zero. Odată cu creșterea temperaturii cu fiecare grad, tensiunea de ieșire a diodei Zener va crește cu până la 10mV sau cu 0,010V.

Pentru a transfera temperatura de la scala Celsius obișnuită pe scara Kelvin, trebuie doar să adăugați 273.15. Ei bine, aproximativ 0,15 ei uită mereu totul, deci sunt doar 273 și se dovedește că 0 ° C este 0 + 273 = 273 ° K.

În manualele de fizică, 25 ° C este considerată temperatura normală și, potrivit Kelvin, se dovedește 25 + 273 = 298, sau mai degrabă 298,15. Acest punct este menționat în fișa tehnică ca fiind singurul punct de calibrare a senzorului. Astfel, la o temperatură de 25 ° C, puterea senzorului trebuie să fie de 298,15 * 0,010 = 2,9815V.

Domeniul de funcționare al senzorului se încadrează în intervalul de -40 ... 100 ° C, iar pe întregul interval caracteristica senzorului este foarte liniară, ceea ce facilitează calcularea citirilor senzorului la orice temperatură: mai întâi trebuie să convertiți temperatura în Celsius în grade Kelvin. Înmulțiți apoi temperatura rezultată cu 0,010V. Ultimul zero din acest număr indică faptul că tensiunea în Volți este indicată cu o precizie de 1 mV.

Toate aceste considerații și calcule ar trebui să conducă la ideea că la fabricarea termostatului nu va trebui să absolvi nimic prin înmuierea senzorului în apă clocotită și în topirea gheții. Este suficient să calculați pur și simplu tensiunea la ieșirea LM335, după care rămâne doar să setați această tensiune ca referință la intrarea comparatorului (comparator).

Un alt motiv pentru utilizarea LM335 în proiectarea sa este prețul scăzut. În magazinul online îl puteți cumpăra pentru aproximativ 1 dolar. Poate că livrarea va costa mai mult. După toate aceste considerente teoretice, putem continua la dezvoltarea circuitului electric al termostatului. În acest caz, pentru pivniță.

Schemă a termostatului pentru pivniță

Pentru a proiecta un termostat pentru o pivniță bazată pe un senzor de temperatură analog LM335, nu trebuie inventat nimic nou. Este suficient să ne referim la documentația tehnică (fișă tehnică) pentru această componentă. Fișa tehnică conține toate modalitățile de utilizare a senzorului, inclusiv controlerul de temperatură în sine.

Dar această schemă poate fi considerată ca funcțională, prin care este posibil să studiem principiul muncii. În practică, va trebui să-l suplimentați cu un dispozitiv de ieșire care vă permite să porniți un încălzitor de o anumită putere și, desigur, o sursă de alimentare și, eventual, indicatori de funcționare. Aceste noduri vor fi discutate puțin mai târziu, dar, deocamdată, să vedem ce oferă documentația de proprietate, dar și fișe tehnice. Circuitul, așa cum este, este prezentat în figura 3.

Figura 3. Schema de conectare senzorLM335

Cum funcționează comparatorul

La baza schemei propuse se află comparatorul LM311, numit 211 sau 111. Ca toate comparatoare311st are două intrări și o ieșire. Una dintre intrările (2) este directă și este indicată prin semnul +. O altă intrare este inversă (3) este indicată printr-un semn minus. Rezultatul comparatorului este pin 7.

Logica comparatorului este destul de simplă. Atunci când tensiunea la intrarea directă (2) este mai mare decât la invers (3), la ieșirea comparatorului este stabilit un nivel ridicat. Tranzistorul se deschide și conectează sarcina. În figura 1, acesta este imediat un încălzitor, dar aceasta este o diagramă funcțională. Un potențiometru este conectat la intrarea directă, care stabilește pragul pentru comparator, adică. setarea temperaturii

Când tensiunea la intrarea inversă este mai mare decât la cea directă, ieșirea comparatorului va fi setată la un nivel scăzut. Senzorul de temperatură LM335 este conectat la intrarea inversă, astfel încât atunci când temperatura crește (încălzitorul este deja pornit), tensiunea la intrarea inversă va crește.

Când tensiunea senzorului atinge pragul stabilit de potențiometru, comparatorul va comuta la un nivel scăzut, tranzistorul se va închide și va opri încălzitorul. Apoi se va repeta întreg ciclul.

Nu mai rămâne absolut nimic - pe baza schemei funcționale considerate pentru a dezvolta o schemă practică, cât mai simplă și accesibilă pentru pasionații de radio amatori începători. În schema 4 este prezentată o posibilă schemă practică.

Figura 4

Câteva explicații ale conceptului

Este ușor de observat că aspectul de bază s-a schimbat puțin. În primul rând, în loc de un încălzitor, tranzistorul va porni releul și ce va activa releul despre asta puțin mai târziu. A apărut și un condensator electrolitic C1, al cărui scop este de a netezi ondulările de tensiune la dioda zener 4568. Dar să vorbim despre scopul detaliilor mai detaliat.

Puterea senzorului de temperatură și divizorul de tensiune al reglării temperaturii R2, R3, R4 este stabilizată stabilizator parametric R1, 1N4568, C1 cu o tensiune de stabilizare de 6,4V. Chiar dacă întregul dispozitiv este alimentat de la o sursă stabilizată, un stabilizator suplimentar nu va dăuna.

Această soluție vă permite să alimentați întregul dispozitiv de la o sursă a cărei tensiune poate fi selectată în funcție de tensiunea bobinei releului disponibile. Cel mai probabil, va fi 12 sau 24V. Sursa de alimentare poate chiar nestabilizat, doar pod de diodă cu condensator. Dar este mai bine să nu stăpâniți și să puneți stabilizatorul integrat 7812 în sursa de alimentare, care va oferi, de asemenea, protecție împotriva scurtcircuitelor.

Dacă vorbim despre releu, ce se poate aplica în acest caz? În primul rând, acestea sunt relee moderne de dimensiuni mici, precum cele folosite la mașinile de spălat. Aspectul releului este prezentat în figura 5.

Figura 5. Releu de dimensiuni mici

Pentru toate dimensiunile lor în miniatură, astfel de relee pot schimba curentul până la 10A, ceea ce permite comutarea sarcinii până la 2KW. Acest lucru este cazul pentru toate 10A, dar nu trebuie să faceți asta. Cel mai mult pe care îl puteți porni un astfel de releu este un încălzitor cu o capacitate de maximum 1 kW, deoarece trebuie să existe cel puțin un fel de „marjă de siguranță”!

Este foarte bine dacă releul va include contacte demaror magnetic Seria PME, să nu mai vorbim de a porni încălzitorul. Aceasta este una dintre cele mai fiabile opțiuni de comutare a sarcinii. Alte opțiuni de conectare sunt descrise în articol. "Cum să conectați sarcina la unitatea de control pe microcircuite". Dar practica arată că opțiunea cu un demaror magnetic este poate cea mai simplă și mai fiabilă. O posibilă implementare a acestei opțiuni este prezentată în figura 6.

Figura 6

Alimentare termostat

Unitatea de alimentare a dispozitivului este stabilizată și, deoarece regulatorul de temperatură în sine (un microcircuit și un tranzistor) nu consumă aproape nici o energie, orice adaptor de rețea fabricat din China este potrivit ca sursă de energie.

Dacă faceți o sursă de alimentare, așa cum este arătat în diagrama, atunci un mic transformator de alimentare dintr-un casetofon înregistrator sau altceva este destul de potrivit. Principalul lucru este că tensiunea pe înfășurarea secundară nu trebuie să depășească 12..14V. Cu o tensiune mai mică, releul nu va funcționa, iar cu o tensiune mai mare poate pur și simplu să se ardă.

Dacă tensiunea de ieșire a transformatorului este în intervalul 17 ... 19V, atunci aici nu puteți face fără un stabilizator. Acest lucru nu ar trebui să fie înfricoșător, deoarece stabilizatorii integrați moderni au doar 3 ieșiri, nu este atât de dificil să le lipsești.

Încarcă

Tranzistorul deschis VT1 pornește releul K1, care prin contactul său K1.1 pornește demarorul magnetic K2. Contactele demarorului magnetic K2.1 și K2.2 conectează încălzitorul la rețea. Trebuie menționat că încălzitorul se aprinde imediat cu două contacte. Această soluție asigură că, atunci când demarorul este deconectat, faza nu va rămâne pe sarcină, decât dacă, desigur, totul este în ordine.

Deoarece pivnița este umedă, uneori foarte umedă, din punct de vedere al siguranței electrice este foarte periculoasă, cel mai bine este să conectați întregul dispozitiv folosind RCD în conformitate cu toate cerințele pentru cablarea modernă. Regulile cablajului electric din subsol pot fi găsite în acest articol.

Ce ar trebui să fie încălzitorul

Schemele de regulatoare de temperatură pentru pivniță au publicat multe.Odată au fost publicate de revista Modelist-Kostruktor și de alte tiparite, dar acum toată această abundență a migrat pe Internet. Aceste articole oferă recomandări despre modul în care încălzitorul ar trebui să fie.

Cineva oferă lămpi incandescente obișnuite de sute de wați, încălzitoare tubulare ale mărcii TEN, radiatoare de ulei (este posibil chiar și cu un regulator bimetalic defect). De asemenea, se propune utilizarea încălzitoarelor interne cu ventilator încorporat. Principalul lucru este că nu există acces direct la piese sub tensiune. Prin urmare, sobe electrice vechi cu o spirală deschisă și încălzitoare de capră de casă Nu folosiți în niciun caz.

Verificați mai întâi instalarea

Dacă dispozitivul este asamblat fără erori din piese de service, atunci nu este necesară ajustarea specială. În orice caz, înainte de prima pornire, este necesar să verificați calitatea instalației: nu există piese de lipit sau viceversa închise pe placa de circuit imprimat. Și nu trebuie să uitați să faceți aceste acțiuni, ci luați-o de regulă. Acest lucru este valabil în special pentru structurile conectate la rețeaua electrică.

Setarea termostatului

Dacă prima includere a structurii s-a produs fără fum și explozii, atunci singurul lucru de făcut este să setați tensiunea de referință la intrarea directă a comparatorului (pin 2), în funcție de temperatura dorită. Pentru a face acest lucru, trebuie să faceți mai multe calcule.

Presupunem că temperatura din pivniță trebuie menținută la +2 grade Celsius. Apoi, mai întâi îl traducem în grade Kelvin, apoi multiplicăm rezultatul cu 0,010V, rezultatul este o tensiune de referință, este, de asemenea, setarea temperaturii.

(273,15 + 2) * 0,010 = 2,7515 (V)

Dacă se presupune că termostatul trebuie să mențină, de exemplu, +4 grade, atunci va fi obținut următorul rezultat: (273,15 + 4) * 0,010 = 2,7715 (V)

Boris Aladyshkin