Do-it-yourself termostat pro sklep

Výběr senzoru pro termostat

Regulátor teploty v každodenním životě se používá v celé řadě zařízení, od ledničky po žehličky a páječky. Pravděpodobně neexistuje radioamatér, který by takový program obešel. Nejčastěji se používá jako teplotní senzor nebo senzor v různých amatérských provedeních termistory, tranzistory nebo diody. Obsluha takových regulátorů teploty je poměrně jednoduchá, operační algoritmus je primitivní a v důsledku toho jednoduchý elektrický obvod.

Udržování nastavené teploty se provádí zapnutím / vypnutím topné těleso (TEN): jakmile teplota dosáhne nastavené hodnoty, funguje porovnávací zařízení (komparátor) a topení je vypnuté. Tento princip regulace je implementován do všech jednoduchých regulátorů. Zdálo by se, že vše je jednoduché a jasné, ale je to jen do praktických experimentů.

Nejobtížnějším a nejnáročnějším postupem při výrobě „jednoduchých“ termostatů je přizpůsobení požadované teplotě. Pro stanovení charakteristických bodů teplotní stupnice se navrhuje nejprve ponořit senzor do nádoby s tajícím ledem (to je 0 stupňů Celsia) a poté do vroucí vody (100 stupňů).

Po této „kalibraci“ pomocí pokusu a chyby pomocí teploměru a voltmetru se nastaví nezbytná teplota. Po takových experimentech není výsledek nejlepší.

Nyní různé firmy vyrábějí mnoho teplotních senzorů již kalibrovaných během výrobního procesu. Jsou to hlavně senzory určené pro práci s nimi mikrokontroléry. Informace na výstupu těchto senzorů jsou digitální a jsou přenášeny prostřednictvím jednovodičového jednosměrného obousměrného rozhraní, které umožňuje vytvářet celé sítě založené na podobných zařízeních. Jinými slovy, je velmi snadné vytvořit vícebodový teploměr, regulovat teplotu, například uvnitř a venku, a to ani v jedné místnosti.

V takovém množství inteligentních digitálních senzorů vypadá skromné ​​zařízení dobře LM335 a jeho varianty 235, 135. První číslice v označení označuje účel zařízení: 1 odpovídá vojenskému přijetí, 2 průmyslovému použití a tři označují použití komponenty v domácích spotřebičích.

Mimochodem, stejný harmonický notační systém je charakteristický pro mnoho importovaných částí, například operační zesilovače, komparátory a mnoho dalších. Domácí analogem takových označení bylo označení tranzistorů, například 2T a CT. První byl určen pro armádu a druhý pro široké použití. Je však čas vrátit se k již známému modelu LM335.

Externě tento senzor vypadá jako tranzistor s nízkým výkonem v plastovém pouzdru TO - 92, ale uvnitř je 16 tranzistorů. Tento senzor může být také v případě SO - 8, ale mezi nimi nejsou žádné rozdíly. Vzhled senzoru je znázorněn na obrázku 1.

Obrázek 1. Vzhled senzoru LM335

Podle principu činnosti je snímač LM335 zenerova dioda, ve které stabilizační napětí závisí na teplotě. Se zvýšením teploty o jeden stupeň Kelvina se stabilizační napětí zvyšuje o 10 milivoltů. Typický diagram zapojení je znázorněn na obrázku 2.

Obrázek 2. Typický obvod pro povolení senzoruLM335

Při pohledu na tento obrázek se můžete okamžitě zeptat, jaký je odpor rezistoru R1 a jaké je napájecí napětí s takovým spínacím obvodem. Odpověď je obsažena v technické dokumentaci, která říká, že běžný provoz produktu je zaručen při současném rozsahu 0,45 ... 5,00 miliampů. Je třeba poznamenat, že mez 5 mA by neměla být překročena, protože senzor se přehřeje a změří svou vlastní teplotu.

Co se zobrazí na senzoru LM335

Podle dokumentace (datový list) je senzor kalibrován podle absolutní Kelvinova stupnice. Pokud předpokládáme, že vnitřní teplota je -273,15 ° C a jedná se o absolutní nulu podle Kelvina, měl by dotyčný senzor vykazovat nulové napětí. Se zvyšující se teplotou o každý stupeň se výstupní napětí zenerovy diody zvýší až o 10 mV nebo o 0,010 V.

Chcete-li přenést teplotu z obvyklé stupnice Celsia na stupnici Kelvina, stačí přidat 273,15. No, asi 0,15, vždy zapomenou na všechno, takže je to jen 273 a ukázalo se, že 0 ° C je 0 + 273 = 273 ° K.

V učebnicích fyziky je teplota 25 ° C považována za normální teplotu a podle Kelvina se ukazuje 25 + 273 = 298, nebo spíše 298,15. Tento bod je v datovém listu uveden jako jediný kalibrační bod senzoru. Při teplotě 25 ° C by tedy výstup snímače měl být 298,15 * 0,010 = 2,9815V.

Provozní rozsah senzoru je v rozsahu -40 ... 100 ° C a v celém rozsahu je charakteristika senzoru velmi lineární, což usnadňuje výpočet hodnot senzoru při jakékoli teplotě: nejprve musíte převést teplotu ve stupních Celsia na stupně Kelvin. Potom vynásobte výslednou teplotu 0,010 V. Poslední nula v tomto čísle znamená, že napětí ve voltech je indikováno s přesností 1 mV.

Všechny tyto úvahy a výpočty by měly vést k myšlence, že při výrobě termostatu nebudete muset nic proměňovat ponořením senzoru do vroucí vody a do tání ledu. Stačí jednoduše vypočítat napětí na výstupu LM335, po kterém zbývá pouze nastavit toto napětí jako referenční na vstupu komparátoru (komparátoru).

Dalším důvodem pro použití LM335 v jeho designu je jeho nízká cena. V internetovém obchodě si ji můžete koupit za zhruba 1 $. Možná, že doručení bude stát více. Po všech těchto teoretických úvahách můžeme přistoupit k vývoji elektrického obvodu termostatu. V tomto případě pro sklep.

Schéma termostatu pro sklep

Aby bylo možné navrhnout termostat do sklepa na základě analogového snímače teploty LM335, není třeba vymýšlet nic nového. Stačí se podívat na technickou dokumentaci (datový list) k této komponentě. Datový list obsahuje všechny způsoby, jak lze senzor použít, včetně samotného regulátoru teploty.

Toto schéma však lze považovat za funkční, pomocí něhož je možné studovat princip práce. V praxi to budete muset doplnit o výstupní zařízení, které vám umožní zapnout ohřívač s daným výkonem a samozřejmě zdrojem energie a případně i provozními indikátory. Tyto uzly budou diskutovány o něco později, ale prozatím se podívejme, co proprietární dokumentace nabízí, také datové listy. Obvod, jak je, je znázorněn na obrázku 3.

Obrázek 3. Schéma připojení senzorLM335

Jak komparátor funguje

Základem navrhovaného schématu je komparátor LM311, známý jako 211 nebo 111. Jako všichni komparátory311. má dva vstupy a výstup. Jeden ze vstupů (2) je přímý a je označen znaménkem +. Další vstup je inverzní (3) je označen znaménkem mínus. Výstupem komparátoru je pin 7.

Logika komparátoru je poměrně jednoduchá. Když je napětí na přímém vstupu (2) větší než na inverzi (3), nastaví se na výstupu komparátoru vysoká úroveň. Tranzistor se otevře a připojí zátěž. Na obrázku 1 je to okamžitě topné těleso, ale toto je funkční schéma. K přímému vstupu je připojen potenciometr, který nastavuje práh komparátoru, tj. nastavení teploty.

Pokud je napětí na inverzním vstupu větší než na přímém, výstup komparátoru bude nastaven na nízkou úroveň. Čidlo teploty LM335 je připojeno k inverznímu vstupu, takže když teplota stoupne (ohřívač je již zapnutý), napětí na inverzním vstupu se zvýší.

Když napětí senzoru dosáhne prahu nastaveného potenciometrem, komparátor se přepne na nízkou úroveň, tranzistor se uzavře a vypne topení. Celý cyklus se pak opakuje.

Na základě uvažovaného funkčního schématu nezbývá absolutně nic praktického, co nejjednoduššího a nejlevnějšího pro začínající amatérské rozhlasové nadšence. Možné praktické schéma je znázorněno na obrázku 4.

Obrázek 4

Několik vysvětlení konceptu

Je snadné vidět, že se základní rozložení trochu změnilo. Za prvé, místo ohřívače tranzistor zapne relé a co o tom zapne relé o něco později. Objevil se také elektrolytický kondenzátor C1, jehož účelem je vyhladit zvlnění napětí na zenerově diodě 4568. Pojďme však mluvit o účelu podrobností podrobněji.

Výkon snímače teploty a děliče napětí nastavení teploty R2, R3, R4 je stabilizován parametrický stabilizátor R1, 1N4568, C1 se stabilizačním napětím 6,4 V. I když je celé zařízení napájeno ze stabilizovaného zdroje, další stabilizátor nebude bolet.

Toto řešení umožňuje napájení celého zařízení ze zdroje, jehož napětí lze zvolit v závislosti na napětí dostupné cívky relé. S největší pravděpodobností to bude 12 nebo 24V. Zdroj energie možná dokonce nestabilizované diodový most s kondenzátorem. Je však lepší nestinkovat a dát integrovaný stabilizátor 7812 do napájení, což také poskytne ochranu proti zkratu.

Pokud mluvíme o relé, co lze v tomto případě použít? Nejprve se jedná o moderní malá relé, která se používají v pračkách. Vzhled relé je znázorněn na obrázku 5.

Obrázek 5. Malé relé

Pro všechny jejich miniaturní velikosti mohou taková relé přepínat proud až do 10A, což umožňuje přepínání zátěže až do 2KW. To platí pro všechny 10A, ale nemusíte to dělat. Nejvíce, že můžete zapnout takové relé, je topení s kapacitou ne více než 1 kW, protože musí existovat alespoň nějaký druh „bezpečnostní rezervy“!

Je velmi dobré, pokud bude relé obsahovat kontakty magnetický startér Řada PME, natož zapnout topení. Toto je jedna z nejspolehlivějších možností přepínání zátěže. Další možnosti připojení jsou popsány v článku. "Jak připojit zátěž k řídicí jednotce na mikroobvodech". Praxe však ukazuje, že možnost s magnetickým startérem je možná nejjednodušší a nejspolehlivější. Možné provedení této možnosti je znázorněno na obrázku 6.

Obrázek 6

Napájení termostatu

Napájecí jednotka zařízení je nestabilizovaná a protože samotný regulátor teploty (jeden mikroobvod a jeden tranzistor) spotřebovává téměř žádný výkon, je jako zdroj napájení vhodný jakýkoli síťový adaptér vyrobený v Číně.

Pokud provedete napájení, jak je znázorněno na obrázku, pak je vhodný malý transformátor z kazetového magnetofonu v kalkulačce nebo něco jiného. Hlavní věc je, že napětí na sekundárním vinutí by nemělo přesáhnout 12,14V. Při nižším napětí nebude relé fungovat a při vyšším napětí může jednoduše vyhořet.

Pokud je výstupní napětí transformátoru v rozsahu 17 ... 19V, pak se bez stabilizátoru neobejdete. To by nemělo být děsivé, protože moderní integrované stabilizátory mají pouze 3 výstupy, není tak obtížné je pájet.

Načíst

Otevřený tranzistor VT1 zapne relé K1, které svým kontaktem K1.1 zapne magnetický spouštěč K2. Kontakty magnetického spouštěče K2.1 a K2.2 připojují ohřívač k síti. Je třeba poznamenat, že ohřívač se zapíná okamžitě se dvěma kontakty. Toto řešení zajišťuje, že po odpojení spouštěče fáze nezůstane na zátěži, pokud ovšem není vše v pořádku.

Protože je sklep vlhký, někdy velmi vlhký, z hlediska elektrické bezpečnosti je velmi nebezpečný, je nejlepší připojit celé zařízení pomocí RCD podle všech požadavků na moderní zapojení. Pravidla elektrického zapojení v suterénu najdete v tento článek.

Co by mělo být topení

Schémata regulátorů teploty pro sklep hodně publikovala.Jakmile byly publikovány časopisem Modelist-Kostruktor a dalšími tištěnými médii, nyní se tato hojnost přesunula na internet. Tyto články obsahují doporučení, jak by měl být ohřívač.

Někdo nabízí obyčejné 100 W žárovky, trubkové ohřívače značky TEN, olejové radiátory (je možné i s vadným bimetalickým regulátorem). Navrhuje se také použití domácích topidel se zabudovaným ventilátorem. Hlavní věc je, že neexistuje přímý přístup k živým částem. Proto jsou stará elektrická kamna s otevřenou spirálou a domácí ohřívače koz V žádném případě nepoužívejte.

Nejprve zkontrolujte instalaci

Pokud je zařízení sestaveno bez chyb z opravitelných dílů, není nutné speciální seřízení. V každém případě je však před prvním spuštěním nutné zkontrolovat kvalitu instalace: na desce plošných spojů nejsou žádné pájecí nebo naopak uzavřené stopy. A nesmíte zapomenout na tyto akce, prostě to berte zpravidla. To platí zejména pro struktury připojené k elektrické síti.

Nastavení termostatu

Pokud k prvnímu začlenění struktury došlo bez kouře a výbuchu, pak jediné, co musíte udělat, je nastavit referenční napětí na přímém vstupu komparátoru (pin 2), podle požadované teploty. K tomu je třeba provést několik výpočtů.

Předpokládejme, že teplota ve sklepě by měla být udržována na +2 ° C. Nejprve jej převedeme na Kelvinovy ​​stupně, pak vynásobíme výsledek 0,010V, výsledkem je referenční napětí, je to také nastavení teploty.

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

Pokud se předpokládá, že termostat musí udržovat teplotu například +4 stupňů, získá se tento výsledek: (273,15 + 4) * 0,010 = 2,7715 (V)

Boris Aladyshkin