Thermostat à monter soi-même pour une cave

Sélection de sonde pour thermostat

Le régulateur de température dans la vie quotidienne est utilisé dans une grande variété d'appareils, du réfrigérateur aux fers et fers à souder. Il n'y a probablement aucun radio-amateur qui contournerait un tel schéma. Le plus souvent utilisé comme capteur de température ou capteur dans diverses conceptions amateurs thermistances, transistors ou diodes. Le fonctionnement de tels régulateurs de température est assez simple, l'algorithme de fonctionnement est primitif, et par conséquent un circuit électrique simple.

Le maintien de la température réglée s'effectue par allumage / extinction élément chauffant (TEN): dès que la température atteint la valeur réglée, ça marche appareil de comparaison (comparateur) et le chauffage est éteint. Ce principe de régulation est mis en œuvre dans tous les régulateurs simples. Il semblerait que tout soit simple et clair, mais ce n'est que jusqu'à ce qu'il s'agisse d'expériences pratiques.

Le processus le plus difficile et le plus long dans la fabrication de thermostats "simples" est de s'ajuster à la température souhaitée. Pour déterminer les points caractéristiques de l'échelle de température, il est proposé d'immerger d'abord le capteur dans un récipient avec de la glace fondante (c'est zéro degré Celsius), puis dans de l'eau bouillante (100 degrés).

Après ce "calibrage" par essais et erreurs à l'aide d'un thermomètre et d'un voltmètre, la température nécessaire est réglée. Après de telles expériences, le résultat n'est pas le meilleur.

Aujourd'hui, diverses entreprises produisent de nombreux capteurs de température déjà calibrés au cours du processus de fabrication. Ce sont principalement des capteurs conçus pour fonctionner avec microcontrôleurs. Les informations à la sortie de ces capteurs sont numériques; elles sont transmises via une interface bidirectionnelle 1 fil 1 fil, qui vous permet de créer des réseaux entiers basés sur des appareils similaires. En d'autres termes, il est très simple de créer un thermomètre multipoint, pour contrôler la température, par exemple, à l'intérieur et à l'extérieur, et même pas dans une pièce.

Au milieu d'une telle abondance de capteurs numériques intelligents, un appareil modeste semble bon LM335 et ses variantes 235, 135. Le premier chiffre du marquage indique le but de l'appareil: 1 correspond à l'acceptation militaire, 2 à une utilisation industrielle et les trois indiquent l'utilisation du composant dans les appareils électroménagers.

Soit dit en passant, le même système de notation harmonieuse est caractéristique de nombreuses pièces importées, par exemple, les amplificateurs opérationnels, les comparateurs et bien d'autres. L'analogue domestique de ces désignations était le marquage des transistors, par exemple, 2T et CT. Les premiers étaient destinés aux militaires et les seconds à un usage répandu. Mais il est temps de revenir au LM335 déjà familier.

Extérieurement, ce capteur ressemble à un transistor de faible puissance dans un boîtier en plastique TO - 92, mais à l'intérieur il y a 16 transistors. Ce capteur peut également se trouver dans le boîtier SO-8, mais il n'y a aucune différence entre eux. L'aspect du capteur est illustré à la figure 1.

Figure 1. Apparence du capteur LM335

Selon le principe de fonctionnement, le capteur LM335 est une diode zener, dont la tension de stabilisation dépend de la température. Avec une augmentation de température d'un degré Kelvin, la tension de stabilisation augmente de 10 millivolts. Un schéma de câblage typique est illustré à la figure 2.

Figure 2. Circuit de validation de capteur typiqueLM335

En regardant cette figure, vous pouvez immédiatement demander quelle est la résistance de la résistance R1 et quelle est la tension d'alimentation avec un tel circuit de commutation. La réponse est contenue dans la documentation technique, qui dit que le fonctionnement normal du produit est garanti dans la gamme actuelle de 0,45 ... 5,00 milliampères. Il convient de noter que la limite de 5 mA ne doit pas être dépassée, car le capteur surchauffera et mesurera sa propre température.

Ce que le capteur LM335 montrera

Selon la documentation (fiche technique) le capteur est calibré selon échelle Kelvin absolue. Si nous supposons que la température intérieure est de -273,15 ° C, et qu'il s'agit d'un zéro absolu selon Kelvin, le capteur en question devrait afficher une tension nulle. Avec l'augmentation de la température de tous les degrés, la tension de sortie de la diode Zener augmentera jusqu'à 10 mV ou 0,010 V.

Pour transférer la température de l'échelle Celsius habituelle à l'échelle Kelvin, ajoutez simplement 273.15. Eh bien, environ 0,15, ils oublient toujours tout, donc c'est juste 273, et il s'avère que 0 ° C est 0 + 273 = 273 ° K.

Dans les manuels de physique, 25 ° C est considéré comme une température normale, et selon Kelvin, il s'avère que 25 + 273 = 298, ou plutôt 298,15. Ce point est mentionné dans la fiche technique comme le seul point d'étalonnage du capteur. Ainsi, à une température de 25 ° C, la sortie du capteur doit être de 298,15 * 0,010 = 2,9815V.

La plage de fonctionnement du capteur se situe dans la plage de -40 ... 100 ° C et dans toute la plage, la caractéristique du capteur est très linéaire, ce qui facilite le calcul des lectures du capteur à n'importe quelle température: vous devez d'abord convertir la température en degrés Celsius en degrés Kelvin. Multipliez ensuite la température résultante par 0,010 V. Le dernier zéro de ce nombre indique que la tension en Volts est indiquée avec une précision de 1 mV.

Toutes ces considérations et calculs devraient conduire à l'idée que dans la fabrication du thermostat, vous n'avez rien à graduer en plongeant le capteur dans de l'eau bouillante et de la glace fondante. Il suffit de calculer simplement la tension en sortie du LM335, après quoi il ne reste plus qu'à régler cette tension comme référence à l'entrée du comparateur (comparateur).

Une autre raison d'utiliser le LM335 dans sa conception est son faible prix. Dans la boutique en ligne, vous pouvez l'acheter pour environ 1 $. La livraison coûtera peut-être plus cher. Après toutes ces considérations théoriques, nous pouvons procéder au développement du circuit électrique du thermostat. Dans ce cas, pour la cave.

Schéma de principe du thermostat de la cave

Pour concevoir un thermostat de cave basé sur un capteur de température analogique LM335, rien de nouveau n'est à inventer. Il suffit de se référer à la documentation technique (fiche technique) de ce composant. La fiche technique contient toutes les façons dont le capteur peut être utilisé, y compris le régulateur de température lui-même.

Mais ce schéma peut être considéré comme fonctionnel, par lequel il est possible d'étudier le principe du travail. En pratique, vous devrez le compléter avec un appareil de sortie qui vous permettra d'allumer un radiateur d'une puissance donnée et, bien sûr, une alimentation et éventuellement des indicateurs de fonctionnement. Ces nœuds seront discutés un peu plus tard, mais pour l'instant voyons ce que propose la documentation propriétaire, elle aussi les fiches techniques. Le circuit, tel qu'il est, est illustré à la figure 3.

Figure 3. Schéma de connexion capteurLM335

Fonctionnement du comparateur

La base du schéma proposé est le comparateur LM311, alias 211 ou 111. Comme tous comparateursLe 311st a deux entrées et une sortie. L'une des entrées (2) est directe et est indiquée par le signe +. Une autre entrée est inverse (3) est indiquée par un signe moins. La sortie du comparateur est la broche 7.

La logique du comparateur est assez simple. Lorsque la tension à l'entrée directe (2) est supérieure à celle à l'inverse (3), un niveau haut est fixé à la sortie du comparateur. Le transistor s'ouvre et connecte la charge. Dans la figure 1, il s'agit immédiatement d'un chauffage, mais il s'agit d'un schéma fonctionnel. Un potentiomètre est connecté à l'entrée directe, qui définit le seuil du comparateur, c'est-à-dire réglage de la température.

Lorsque la tension à l'entrée inverse est supérieure à la tension directe, la sortie du comparateur sera réglée à un niveau bas. Le capteur de température LM335 est connecté à l'entrée inverse, donc lorsque la température augmente (le chauffage est déjà allumé), la tension à l'entrée inverse augmente.

Lorsque la tension du capteur atteint le seuil fixé par le potentiomètre, le comparateur passe à un niveau bas, le transistor se ferme et éteint le chauffage. Ensuite, tout le cycle sera répété.

Il ne reste absolument rien - sur la base du schéma fonctionnel envisagé pour développer un schéma pratique, aussi simple et abordable que possible pour les amateurs de radio amateur débutants. Un schéma pratique possible est illustré à la figure 4.

Figure 4

Quelques explications sur le concept

Il est facile de voir que la disposition de base a un peu changé. Tout d'abord, au lieu d'un radiateur, le transistor activera le relais, et ce qui activera le relais à ce sujet un peu plus tard. Un condensateur électrolytique C1 est également apparu, dont le but est de lisser les ondulations de tension au niveau de la diode zener 4568. Mais parlons plus en détail de l'objectif des détails.

La puissance du capteur de température et du diviseur de tension du réglage de température R2, R3, R4 est stabilisée stabilisateur paramétrique R1, 1N4568, C1 avec une tension de stabilisation de 6,4V. Même si l'ensemble de l'appareil est alimenté par une source stabilisée, un stabilisateur supplémentaire ne fera pas de mal.

Cette solution vous permet d'alimenter l'ensemble de l'appareil à partir d'une source dont la tension peut être sélectionnée en fonction de la tension de la bobine de relais disponible. Très probablement, ce sera 12 ou 24V. Source d'alimentation peut-être même non stabilisé, juste pont de diode avec condensateur. Mais il vaut mieux ne pas traîner et mettre le stabilisateur intégré 7812 dans l'alimentation, qui fournira également une protection contre les courts-circuits.

Si nous parlons du relais, que peut-on appliquer dans ce cas? Tout d'abord, ce sont des relais modernes de petite taille, comme ceux utilisés dans les machines à laver. L'aspect du relais est illustré à la figure 5.

Figure 5. Relais de petite taille

Pour toute leur taille miniature, ces relais peuvent commuter le courant jusqu'à 10A, ce qui permet de commuter la charge jusqu'à 2KW. C'est le cas pour tous les 10A, mais vous n'avez pas besoin de le faire. Le plus que vous pouvez activer un tel relais est un appareil de chauffage d'une capacité ne dépassant pas 1 kW, car il doit y avoir au moins une sorte de «marge de sécurité»!

C'est très bien si le relais comprend des contacts démarreur magnétique Série PME, et encore moins allumer le radiateur. Il s'agit de l'une des options de commutation de charge les plus fiables. D'autres options de connexion sont décrites dans l'article. "Comment connecter la charge à l'unité de contrôle sur les microcircuits". Mais la pratique montre que l'option avec un démarreur magnétique est peut-être la plus simple et la plus fiable. Une implémentation possible de cette option est illustrée à la figure 6.

Figure 6

Alimentation du thermostat

L'unité d'alimentation électrique de l'appareil n'est pas stabilisée, et puisque le régulateur de température lui-même (un microcircuit et un transistor) ne consomme presque pas d'énergie, tout adaptateur réseau fabriqué en Chine convient comme source d'alimentation.

Si vous effectuez une alimentation, comme indiqué sur le schéma, un petit transformateur de puissance à partir d'un magnétophone à cassette d'une calculatrice ou autre chose est tout à fait approprié. L'essentiel est que la tension sur l'enroulement secondaire ne dépasse pas 12..14V. Avec une tension inférieure, le relais ne fonctionnera pas et avec une tension plus élevée, il peut simplement griller.

Si la tension de sortie du transformateur est dans la plage de 17 ... 19V, alors vous ne pouvez pas vous passer d'un stabilisateur. Cela ne devrait pas faire peur, car les stabilisateurs intégrés modernes n'ont que 3 sorties, il n'est pas si difficile de les souder.

Charger sur

Le transistor ouvert VT1 active le relais K1 qui, par son contact K1.1, active le démarreur magnétique K2. Les contacts du démarreur magnétique K2.1 et K2.2 connectent le radiateur au réseau. Il convient de noter que le chauffage se met immédiatement en marche avec deux contacts. Cette solution garantit que lorsque le démarreur est déconnecté, la phase ne restera pas sur la charge, à moins, bien sûr, que tout soit en ordre.

Étant donné que la cave est humide, parfois très humide, en termes de sécurité électrique est très dangereux, il est préférable de connecter l'ensemble de l'appareil à l'aide RCD selon toutes les exigences de câblage moderne. Les règles du câblage électrique au sous-sol se trouvent dans cet article.

Quel devrait être le radiateur

Les schémas des régulateurs de température pour la cave ont beaucoup publié.Autrefois publiés par le magazine Modelist-Kostruktor et d'autres publications imprimées, mais maintenant toute cette abondance a migré vers Internet. Ces articles fournissent des recommandations sur la façon dont le radiateur doit être.

Quelqu'un propose des lampes à incandescence de cent watts ordinaires, des radiateurs tubulaires de la marque TEN, des radiateurs à huile (c'est possible même avec un régulateur bimétallique défectueux). Il est également proposé d'utiliser des radiateurs domestiques avec un ventilateur intégré. L'essentiel est qu'il n'y ait pas d'accès direct aux parties actives. Par conséquent, les vieux poêles électriques à spirale ouverte et chauffe-maison de type chèvre Ne l'utilisez en aucun cas.

Vérifiez d'abord l'installation

Si l'appareil est assemblé sans erreurs de pièces réparables, un réglage spécial n'est pas nécessaire. Mais en tout cas, avant la première mise en service, il faut vérifier la qualité de l'installation: n'y a-t-il pas de soudure ou vice versa des pistes fermées sur la carte de circuit imprimé. Et vous ne devez pas oublier de faire ces actions, prenez-les simplement comme règle. Cela est particulièrement vrai pour les structures connectées au réseau électrique.

Réglage du thermostat

Si la première inclusion de la structure s'est produite sans fumée ni explosions, alors la seule chose à faire est de régler la tension de référence à l'entrée directe du comparateur (broche 2), en fonction de la température souhaitée. Pour ce faire, vous devez effectuer plusieurs calculs.

Supposons que la température de la cave soit maintenue à +2 degrés Celsius. Ensuite, nous le traduisons d'abord en degrés Kelvin, puis nous multiplions le résultat par 0,010 V, le résultat est une tension de référence, c'est aussi le réglage de la température.

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

Si l'on suppose que le thermostat doit maintenir une température de, par exemple, +4 degrés, alors le résultat suivant sera obtenu: (273,15 + 4) * 0,010 = 2,77715 (V)

Boris Aladyshkin