kategória: Praktická elektronika, Domáca automatizácia
Počet zobrazení: 104853
Komentáre k článku: 13
Do-it-yourself termostat pre pivnicu
Výber snímača pre termostat
Regulátor teploty v každodennom živote sa používa v rôznych zariadeniach, od chladničky po žehličky a spájkovačky. Pravdepodobne neexistuje rádioamatér, ktorý by takýto systém obišiel. Najčastejšie sa používa ako snímač teploty alebo snímač v rôznych amatérskych prevedeniach termistory, tranzistory alebo diódy, Obsluha takýchto regulátorov teploty je pomerne jednoduchá, algoritmus prevádzky je primitívny a výsledkom je jednoduchý elektrický obvod.
Udržiavanie nastavenej teploty sa vykonáva zapnutím / vypnutím vykurovacie teleso (TEN): akonáhle teplota dosiahne nastavenú hodnotu, funguje to porovnávacie zariadenie (komparátor) a ohrievač je vypnutý. Tento princíp regulácie je implementovaný do všetkých jednoduchých regulátorov. Zdalo by sa, že všetko je jednoduché a zrozumiteľné, ale až do praktických experimentov.
Najnáročnejším a najnáročnejším spôsobom výroby „jednoduchých“ termostatov je nastavenie požadovanej teploty. Na určenie charakteristických bodov teplotnej stupnice sa navrhuje ponoriť snímač najskôr do nádoby s topiacim sa ľadom (to je 0 stupňov Celzia) a potom do vriacej vody (100 stupňov).
Po tejto „kalibrácii“ pokusom a chybou pomocou teplomeru a voltmetra sa nastaví potrebná teplota. Po takýchto pokusoch nie je výsledok najlepší.
Rôzne firmy teraz vyrábajú veľa snímačov teploty, ktoré už boli kalibrované počas výrobného procesu. Sú to hlavne senzory určené na prácu s nimi mikroprocesory, Informácie na výstupe týchto senzorov sú digitálne, prenášajú sa prostredníctvom jednosmerného jednosmerného obojsmerného rozhrania, ktoré vám umožňuje vytvárať celé siete založené na podobných zariadeniach. Inými slovami, je veľmi jednoduché vytvoriť viacbodový teplomer, regulovať teplotu napríklad v interiéri a exteriéri, dokonca ani v jednej miestnosti.
V takom množstve inteligentných digitálnych senzorov vyzerá skromné zariadenie dobre LM335 a jeho varianty 235, 135. Prvá číslica v označení označuje účel zariadenia: 1 zodpovedá vojenskému prijatiu, 2 priemyselnému použitiu a tri označujú použitie komponentu v domácich spotrebičoch.
Mimochodom, ten istý harmonický systém zápisu je charakteristický pre mnohé dovážané časti, napríklad operačné zosilňovače, porovnávače a mnoho ďalších. Domáci analóg týchto označení bolo označenie tranzistorov, napríklad 2T a CT. Prvý z nich bol určený pre armádu a druhý pre široké použitie. Je však čas vrátiť sa k už známemu modelu LM335.
Navonok tento senzor vyzerá ako tranzistor s nízkym výkonom v plastovom puzdre TO - 92, ale vo vnútri je 16 tranzistorov. Tento senzor môže byť tiež v prípade SO - 8, ale medzi nimi nie sú žiadne rozdiely. Vzhľad senzora je znázornený na obrázku 1.
Obrázok 1. Vzhľad senzora LM335
Podľa princípu činnosti je snímač LM335 zenerova dióda, v ktorej stabilizačné napätie závisí od teploty. Pri zvýšení teploty o jeden stupeň Kelvina sa stabilizačné napätie zvýši o 10 milivoltov. Typická schéma zapojenia je znázornená na obrázku 2.
Obrázok 2. Typický obvod aktivácie snímačaLM335
Pri pohľade na toto číslo sa môžete okamžite opýtať, aký je odpor rezistora R1 a aké je napájacie napätie pri takomto spínacom obvode. Odpoveď je obsiahnutá v technickej dokumentácii, ktorá hovorí, že normálna prevádzka produktu je zaručená v súčasnom rozsahu 0,45 ... 5,00 miliampérov. Je potrebné poznamenať, že limit 5 mA by nemal byť prekročený, pretože snímač sa prehrieva a meria svoju vlastnú teplotu.
Čo bude zobrazovať snímač LM335
Podľa dokumentácie (údajový list) je senzor kalibrovaný podľa absolútna Kelvinova stupnica, Ak predpokladáme, že vnútorná teplota je -273,15 ° C, a podľa Kelvina je to absolútna nula, potom by mal príslušný senzor vykazovať nulové napätie. Pri zvyšujúcej sa teplote o každý stupeň sa výstupné napätie zenerovej diódy zvýši až o 10 mV alebo o 0,010 V.
Na prenos teploty z obvyklej stupnice Celzia do stupnice Kelvina stačí pridať 273,15. No, asi 0,15, vždy zabudnú na všetko, takže je to len 273 a ukázalo sa, že 0 ° C je 0 + 273 = 273 ° K.
V učebniciach fyziky sa teplota 25 ° C považuje za normálnu teplotu a podľa Kelvina sa ukazuje 25 + 273 = 298 alebo skôr 298,15. Tento bod je uvedený v údajovom liste ako jediný kalibračný bod snímača. Pri teplote 25 ° C by teda výstup snímača mal byť 298,15 * 0,010 = 2,9815 V.
Prevádzkový rozsah senzora je v rozsahu -40 ... 100 ° C av celom rozsahu je charakteristika senzora veľmi lineárna, čo uľahčuje výpočet hodnôt senzora pri akejkoľvek teplote: najskôr musíte previesť teplotu v stupňoch Celzia na stupne Kelvina. Výsledná teplota sa potom vynásobí 0,010 V. Posledná nula v tomto čísle znamená, že napätie vo voltoch je indikované s presnosťou 1 mV.
Všetky tieto úvahy a výpočty by mali viesť k myšlienke, že pri výrobe termostatu nebudete musieť nič stupňovať ponorením senzora do vriacej vody a do topiaceho sa ľadu. Stačí jednoducho vypočítať napätie na výstupe LM335, po ktorom zostáva len nastaviť toto napätie ako referenciu na vstupe komparátora (komparátora).
Ďalším dôvodom použitia modelu LM335 pri jeho konštrukcii je nízka cena. V internetovom obchode si ju môžete kúpiť za približne $ 1. Možno, že doručenie bude stáť viac. Po všetkých týchto teoretických úvahách môžeme pristúpiť k vývoju elektrického obvodu termostatu. V tomto prípade pre pivnicu.
Schematická schéma termostatu pre pivnicu
Aby bolo možné navrhnúť termostat pre pivnicu založenú na analógovom snímači teploty LM335, netreba vymýšľať nič nové. Stačí sa pozrieť na technickú dokumentáciu (údajový list) k tomuto komponentu. Údajový list obsahuje všetky spôsoby použitia senzora vrátane samotného regulátora teploty.
Túto schému však možno považovať za funkčnú, pomocou ktorej je možné študovať princíp práce. V praxi to budete musieť doplniť výstupným zariadením, ktoré vám umožní zapnúť ohrievač s určitým výkonom a samozrejme napájanie a prípadne aj prevádzkové indikátory. Tieto uzly sa prediskutujú o niečo neskôr, ale teraz sa pozrime, čo ponúka patentovaná dokumentácia, ale aj údajové listy. Okruh, ako je, je znázornený na obrázku 3.
Obrázok 3. Schéma pripojenia senzorLM335
Ako funguje komparátor
Základom navrhovanej schémy je komparátor LM311, známy ako 211 alebo 111. Rovnako ako všetky ostatné komparátory311. má dva vstupy a výstup. Jeden zo vstupov (2) je priamy a je označený znamienkom +. Ďalší vstup je inverzný (3) je označený znamienkom mínus. Výstupom z porovnávača je pin 7.
Logika komparátora je pomerne jednoduchá. Ak je napätie na priamom vstupe (2) väčšie ako na inverzii (3), na výstupe z porovnávača sa nastaví vysoká úroveň. Tranzistor sa otvorí a pripojí záťaž. Na obrázku 1 je to okamžite ohrievač, ale toto je funkčný diagram. Na priamy vstup je pripojený priamy potenciometer, ktorý nastavuje prahovú hodnotu pre komparátor, t.j. nastavenie teploty.
Ak je napätie na inverznom vstupe väčšie ako na priamom, výstupná úroveň komparátora bude nízka. Senzor teploty LM335 je pripojený k inverznému vstupu, takže keď teplota stúpne (ohrievač je už zapnutý), napätie na inverznom vstupe sa zvýši.
Keď napätie snímača dosiahne prahovú hodnotu nastavenú potenciometrom, komparátor sa prepne na nízku úroveň, tranzistor sa uzavrie a vypne ohrievač. Celý cyklus sa potom zopakuje.
Na základe uvažovanej funkčnej schémy nezostáva absolútne nič pre vytvorenie praktickej schémy, ktorá by bola čo najjednoduchšia a najvýhodnejšia pre začínajúcich amatérskych rozhlasových nadšencov. Možná praktická schéma je znázornená na obrázku 4.
Obrázok 4
Niekoľko vysvetlení koncepcie
Je ľahké vidieť, že základné rozloženie sa trochu zmenilo. Po prvé, namiesto ohrievača tranzistor zapne relé a čo o tom zapne relé o niečo neskôr. Objavil sa tiež elektrolytický kondenzátor C1, ktorého účelom je vyhladiť zvlnenie napätia na zenerovej dióde 4568. Poďme však hovoriť o účele detailov podrobnejšie.
Výkon snímača teploty a deliča napätia nastavenia teploty R2, R3, R4 je stabilizovaný parametrický stabilizátor R1, 1N4568, C1 so stabilizačným napätím 6,4 V. Aj keď je celé zariadenie napájané zo stabilizovaného zdroja, ďalší stabilizátor nebude bolieť.
Toto riešenie umožňuje napájať celé zariadenie zo zdroja, ktorého napätie je možné zvoliť v závislosti od napätia dostupnej reléovej cievky. S najväčšou pravdepodobnosťou to bude 12 alebo 24 V. Zdroj energie možno dokonca nestabilizovaný diódový most s kondenzátorom. Je však lepšie nezasunúť a zapojiť integrovaný stabilizátor 7812 do napájacieho zdroja, čo tiež poskytne ochranu pred skratom.
Ak hovoríme o relé, čo sa dá v tomto prípade uplatniť? V prvom rade ide o moderné malé relé, aké sa používajú v práčkach. Vzhľad relé je znázornený na obrázku 5.
Obrázok 5. Malé relé
Pre všetky ich miniatúrne veľkosti môžu tieto relé prepínať prúd až do 10 A, čo umožňuje prepínanie záťaže až do 2KW. Platí to pre všetkých 10A, ale nemusíte to robiť. Najviac, že môžete zapnúť také relé, je kúrenie s kapacitou nie viac ako 1 kW, pretože musí existovať aspoň nejaká „bezpečnostná rezerva“!
Je veľmi dobré, ak bude relé obsahovať kontakty magnetický štartér Séria PME, natož zapnúť ohrievač. Toto je jedna z najspoľahlivejších možností prepínania záťaže. Ďalšie možnosti pripojenia sú opísané v článku. "Ako pripojiť záťaž k riadiacej jednotke na mikroobvodoch", Prax však ukazuje, že možnosť s magnetickým štartérom je pravdepodobne najjednoduchšia a najspoľahlivejšia. Možná implementácia tejto možnosti je znázornená na obrázku 6.
Obrázok 6
Napájanie termostatom
Napájacia jednotka zariadenia je nestabilizovaná a keďže samotný regulátor teploty (jeden mikroobvod a jeden tranzistor) nespotrebúva takmer žiadny výkon, ako zdroj energie je vhodný akýkoľvek sieťový adaptér vyrobený v Číne.
Ak vytvoríte zdroj energie, ako je to znázornené na diagrame, potom je vhodný malý transformátor z páskového zapisovača alebo z niečoho iného. Hlavné je, že napätie na sekundárnom vinutí by nemalo prekročiť 12,14 V. Pri nižšom napätí nebude relé pracovať a pri vyššom napätí môže jednoducho vyhorieť.
Ak je výstupné napätie transformátora v rozsahu 17 ... 19 V, potom tu nemôžete obísť bez stabilizátora. To by nemalo byť desivé, pretože moderné integrované stabilizátory majú iba 3 výstupy, nie je také ťažké ich spájkovať.
Načítať
Otvorený tranzistor VT1 zapne relé K1, ktoré svojím kontaktom K1.1 zapne magnetický štartér K2. Kontakty magnetického štartéra K2.1 a K2.2 spájajú ohrievač so sieťou. Je potrebné poznamenať, že kúrenie sa zapína okamžite s dvoma kontaktmi. Toto riešenie zaisťuje, že po odpojení štartéra nezostane fáza na záťaži, pokiaľ samozrejme nie je všetko v poriadku.
Pretože pivnica je vlhká, niekedy veľmi vlhká, z hľadiska elektrickej bezpečnosti je veľmi nebezpečná, preto je najlepšie pripojiť celé zariadenie pomocou RCD podľa všetkých požiadaviek na moderné zapojenie. Pravidlá elektrického vedenia v suteréne nájdete v tento článok.
Čo by malo byť kúrenie
Schémy regulátorov teploty pre pivnicu boli publikované veľa.Akonáhle boli publikované v časopise Modelist-Kostruktor a ďalšie tlačené médiá, všetka táto hojnosť sa teraz presunula na internet. Tieto články poskytujú odporúčania, ako by mal byť ohrievač.
Niekto ponúka bežné stovkové wattové žiarovky, rúrkové ohrievače značky TEN, olejové radiátory (je to možné aj s chybným bimetalickým regulátorom). Navrhuje sa tiež použitie domácich ohrievačov so vstavaným ventilátorom. Hlavná vec je, že neexistuje priamy prístup k živým častiam. Preto staré elektrické sporáky s otvorenou špirálou a domáce kozie kúrenie V žiadnom prípade nepoužívajte.
Najskôr skontrolujte inštaláciu
Ak je zariadenie zmontované bez chýb z opraviteľných častí, potom nie je potrebné špeciálne nastavenie. V každom prípade však pred prvým uvedením do prevádzky je potrebné skontrolovať kvalitu inštalácie: na doske plošných spojov nie sú žiadne spájky alebo naopak. A nesmiete zabudnúť na tieto kroky, spravidla to berte. To platí najmä pre štruktúry pripojené k elektrickej sieti.
Nastavenie termostatu
Ak k prvému zahrnutiu štruktúry došlo bez dymu a výbuchu, potom je potrebné iba nastaviť referenčné napätie na priamom vstupe komparátora (kolík 2) podľa požadovanej teploty. Ak to chcete urobiť, musíte vykonať niekoľko výpočtov.
Predpokladajme, že teplota v pivnici by sa mala udržiavať na +2 ° C. Potom ho najprv prevedieme na stupne Kelvina, potom vynásobíme výsledok 0,010V, výsledkom je referenčné napätie, je to tiež nastavenie teploty.
(273,15 + 2) * 0,010 = 2,7515 (V)
Ak sa predpokladá, že regulátor teploty by mal udržiavať teplotu napríklad +4 stupňov, získa sa tento výsledok: (273,15 + 4) * 0,010 = 2,7715 (V)
Boris Aladyshkin
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: