Направете сами термостат за изба

Избор на сензор за термостат

Регулаторът на температурата в ежедневието се използва в най-различни устройства, от хладилника до ютии и спояващи ютии. Вероятно няма радиолюбител, който би заобиколил подобна схема. Най-често се използва като температурен датчик или сензор в различни любителски дизайни термистори, транзистори или диоди, Работата на такива регулатори на температурата е доста проста, алгоритъмът на работа е примитивен и в резултат на това проста електрическа верига.

Поддържането на зададената температура се осъществява чрез включване / изключване нагревателен елемент (TEN): веднага щом температурата достигне зададената стойност, тя работи устройство за сравняване (сравнителен) и нагревателят е изключен. Този принцип на регулиране се прилага във всички прости регулатори. Изглежда, че всичко е просто и ясно, но това е само докато се стигне до практически експерименти.

Най-трудният и отнемащ време процес при производството на "прости" термостати е приспособяването към желаната температура. За да се определят характерните точки на температурната скала, се предлага първо да се потопи сензорът в съд с топящ се лед (това е нула градуса по Целзий), а след това във вряща вода (100 градуса).

След това "калибриране" чрез проба и грешка с помощта на термометър и волтметър се задава необходимата температура. След подобни експерименти резултатът не е най-добрият.

Сега различни фирми произвеждат много сензори за температура, които вече са калибрирани по време на производствения процес. Това са главно сензори, предназначени за работа микроконтролери, Информацията на изхода на тези сензори е цифрова; тя се предава чрез едножичен двужилен интерфейс, който ви позволява да създавате цели мрежи на базата на подобни устройства. С други думи, много лесно е да създадете многоточков термометър, за да контролирате температурата, например, на закрито и отвън, и дори не в една стая.

На фона на такова изобилие от интелигентни цифрови сензори, скромното устройство изглежда добре LM335 и неговите варианти 235, 135. Първата цифра в маркировката показва предназначението на устройството: 1 съответства на военно приемане, 2 на промишлена употреба, а трите означават използването на компонента в домакински уреди.

Между другото, една и съща стройна система за обозначение е характерна за много внесени части, например операционни усилватели, сравнители и много други. Вътрешният аналог на такива обозначения беше маркирането на транзистори, например, 2T и CT. Първите бяха предназначени за военните, а вторите за широко приложение. Но е време да се върнем към вече познатия LM335.

Външно този сензор изглежда като транзистор с ниска мощност в пластмасов корпус TO - 92, но вътре в него има 16 транзистора. Този сензор може да бъде и в случай на SO-8, но няма разлики между тях. Появата на сензора е показана на фигура 1.

Фигура 1. Външен вид на сензора LM335

Според принципа на работа сензорът LM335 е ценеров диод, при който стабилизационното напрежение зависи от температурата. Когато температурата се повиши с един градус Келвин, стабилизационното напрежение се увеличава с 10 миливолта. Типична схема на свързване е показана на фигура 2.

Фигура 2. Типична верига за включване на сензораLM335

Когато погледнете тази фигура, можете веднага да попитате какво е съпротивлението на резистора R1 и какво е захранващото напрежение с такава превключвателна верига. Отговорът се съдържа в техническата документация, в която се казва, че нормалната работа на продукта е гарантирана в сегашния диапазон от 0,45 ... 5,00 милиампеса. Трябва да се отбележи, че не трябва да се превишава границата от 5 mA, тъй като сензорът ще прегрее и ще измери собствената си температура.

Какво ще покаже сензорът LM335

Според документацията (Информационен лист) сензорът се калибрира според абсолютна скала на Келвин, Ако приемем, че вътрешната температура е -273,15 ° C и това е абсолютна нула според Kelvin, тогава въпросният сензор трябва да показва нулево напрежение. С повишаване на температурата с всяка степен изходното напрежение на ценеровия диод ще се увеличи с колкото 10mV или с 0,010V.

За да прехвърлите температурата от обичайната скала на Целзий в скалата на Келвин, просто добавете 273,15. Е, около 0,15 винаги забравят всичко, така че е само 273 и се оказва, че 0 ° C е 0 + 273 = 273 ° K.

В учебниците по физика 25 ° С се счита за нормална температура, а според Келвин се оказва 25 + 273 = 298, или по-скоро 298.15. Тази точка се споменава в листа с данни като единствената точка за калибриране на сензора. По този начин, при температура 25 ° C, изходът на сензора трябва да бъде 298.15 * 0.010 = 2.9815V.

Работният обхват на сензора е в границите от -40 ... 100 ° C, а в целия диапазон характеристиката на сензора е много линейна, което улеснява изчисляването на показанията на сензора при всяка температура: първо трябва да преобразувате температурата в Целзий в градуси Келвин. След това умножете получената температура с 0.010V. Последната нула в това число показва, че напрежението във волта е показано с точност 1 mV.

Всички тези съображения и изчисления трябва да доведат до идеята, че при производството на термостата няма да се налага да завършвате нищо, като потопите сензора във вряща вода и в топящ се лед. Достатъчно е просто да се изчисли напрежението на изхода на LM335, след което остава само да настроите това напрежение като еталон на входа на сравнителя (сравнителя).

Друга причина за използването на LM335 в неговия дизайн е ниската му цена. В онлайн магазина можете да го закупите за около $ 1. Може би доставката ще струва повече. След всички тези теоретични съображения можем да пристъпим към развитието на електрическата верига на термостата. В този случай за избата.

Принципна схема на термостата за мазето

За да се проектира термостат за мазе на базата на аналогов сензор за температура LM335, не трябва да се измислят нищо ново. Достатъчно е да се обърнете към техническата документация (Информационен лист) за този компонент. Информационният лист съдържа всички начини за използване на сензора, включително самия регулатор на температурата.

Но тази схема може да се счита за функционална, чрез която е възможно да се изучи принципът на работа. На практика ще трябва да го допълните с изходно устройство, което ви позволява да включите нагревател с дадена мощност и, разбира се, индикатори за захранване и, вероятно, работни показатели. Тези възли ще бъдат обсъдени малко по-късно, но за сега нека да видим какво предлага собствената документация, тя също и технически таблици. Веригата, такава, каквато е, е показана на фигура 3.

Фигура 3. Диаграма на свързване сензорLM335

Как работи сравнителят

Основата на предложената схема е сравнителният LM311, известен още като 211 или 111. Както всички сравняваните311st има два входа и изход. Един от входовете (2) е директен и се обозначава със знака +. Друг вход е обратен (3) се обозначава със знак минус. Изходът на сравнителя е пин 7.

Логиката на сравнителя е доста проста. Когато напрежението на директния вход (2) е по-голямо от обратното (3), на изхода на компаратора се задава високо ниво. Транзисторът се отваря и свързва товара. На фигура 1 това веднага е нагревател, но това е функционална схема. Към директния вход е свързан потенциометър, който определя прага на сравнителя, т.е. настройка на температурата

Когато напрежението на обратния вход е по-голямо, отколкото на директния, изходът на сравнителя ще бъде настроен на ниско ниво. Температурният сензор LM335 е свързан към обратния вход, така че когато температурата се повиши (нагревателят вече е включен), напрежението на обратния вход ще се увеличи.

Когато напрежението на сензора достигне прага, зададен от потенциометъра, компараторът ще премине на ниско ниво, транзисторът ще се затвори и ще изключи нагревателя. Тогава целият цикъл ще се повтори.

Не е останало абсолютно нищо - въз основа на разглежданата функционална схема да се разработи практическа схема, възможно най-проста и достъпна за начинаещи любители на радиолюбителите. Възможна практическа схема е показана на фигура 4.

Фигура 4

Няколко обяснения на концепцията

Лесно е да се види, че основното оформление се е променило малко. На първо място, вместо нагревател, транзисторът ще включи релето и какво ще включи релето за това малко по-късно. Появи се и електролитен кондензатор С1, чиято цел е да изглади вълничките на напрежението при стабилизиращия диод 4568. Но нека поговорим за целта на детайлите по-подробно.

Мощността на температурния сензор и делител на напрежение на настройката на температурата R2, R3, R4 се стабилизира параметричен стабилизатор R1, 1N4568, C1 със стабилизационно напрежение 6.4V. Дори ако цялото устройство се захранва от стабилизиран източник, допълнителен стабилизатор няма да навреди.

Това решение ви позволява да захранвате цялото устройство от източник, чието напрежение може да бъде избрано в зависимост от напрежението на наличната релейна бобина. Най-вероятно ще е 12 или 24V. Източник на захранване може би дори нестабилизиран, просто диоден мост с кондензатор. Но е по-добре да не се напъвате и не поставяте интегрирания стабилизатор 7812 в захранването, което също ще осигури защита срещу късо съединение.

Ако говорим за релето, какво може да се приложи в този случай? На първо място, това са модерни релета с малък размер, подобни на тези, използвани в пералните машини. Появата на релето е показана на фигура 5.

Фигура 5. Реле с малък размер

При всичките си миниатюрни размери, такива релета могат да превключват ток до 10А, което позволява превключване на натоварването до 2KW. Това е ако за всички 10А, но не е необходимо да го правите. Най-много, което можете да включите такова реле, е нагревател с мощност не повече от 1 кВт, защото трябва да има поне някакъв „запас за безопасност“!

Много е добре, ако релето ще включва контакти магнитен стартер PME серия, камо ли да включите нагревателя. Това е една от най-надеждните опции за превключване на товара. Други опции за връзка са описани в статията. „Как да свържем товара към контролния блок върху микросхемите“, Но практиката показва, че опцията с магнитен стартер е може би най-простата и надеждна. Възможно изпълнение на тази опция е показано на Фигура 6.

Фигура 6

Термостатно захранване

Захранващият блок на устройството е нестабилизиран и тъй като самият регулатор на температурата (една микросхема и един транзистор) практически не консумира никаква мощност, всеки захранващ адаптер от Китай е подходящ като източник на захранване.

Ако направите захранване, както е показано на диаграмата, тогава малък захранващ трансформатор от касетофон или нещо друго е съвсем подходящ. Основното е, че напрежението върху вторичната намотка не трябва да надвишава 12..14V. При по-ниско напрежение релето няма да работи, а с по-високо напрежение може просто да изгори.

Ако изходното напрежение на трансформатора е в диапазона от 17 ... 19V, тогава тук не можете да направите без стабилизатор. Това не трябва да е страшно, тъй като съвременните интегрирани стабилизатори имат само 3 изхода, не е толкова трудно да ги спойкате.

Заредете се

Отвореният транзистор VT1 включва релето K1, което чрез контакта си K1.1 включва магнитния стартер K2. Контактите на магнитния стартер K2.1 и K2.2 свързват нагревателя към мрежата. Трябва да се отбележи, че нагревателят се включва веднага с два контакта. Това решение гарантира, че когато стартерът е изключен, фазата няма да остане на товара, освен ако, разбира се, всичко не е наред.

Тъй като мазето е влажно, понякога много влажно, по отношение на електрическата безопасност е много опасно, най-добре е да свържете цялото устройство, като използвате RCD според всички изисквания за модерно окабеляване. Правилата на електрическото окабеляване в мазето можете да намерите в тази статия.

Какъв трябва да бъде нагревателят

Схеми на температурни регулатори за мазето публикуваха много.Някога те бяха публикувани от списание Modelist-Kostruktor и други печатни издания, но сега цялото това изобилие се пренесе в интернет. Тези статии дават препоръки как трябва да бъде нагревателят.

Някой предлага обикновени сто ватови лампи с нажежаема жичка, тръбни нагреватели на марката TEN, маслени радиатори (възможно е дори с дефектен биметален регулатор). Предлага се също да се използват битови нагреватели с вграден вентилатор. Основното е, че няма директен достъп до частите на живо. Ето защо, стари електрически печки с отворена спирала и домашни нагреватели за козел тип Не използвайте в никакъв случай.

Първо проверете инсталацията

Ако устройството е сглобено без грешки от обслужващите се части, тогава не се изисква специална настройка. Но във всеки случай, преди първото стартиране, е необходимо да се провери качеството на инсталиране: няма ли запояване или обратно затворени песни на печатаната платка. И не трябва да забравяте да извършите тези действия, просто го приемете като правило. Това важи особено за конструкции, свързани към електрическата мрежа.

Настройка на термостата

Ако първото включване на конструкцията стана без дим и експлозии, тогава единственото нещо, което трябва да направите, е да настроите референтното напрежение на директния вход на компаратора (щифт 2), според желаната температура. За да направите това, трябва да направите няколко изчисления.

Да приемем, че температурата в мазето трябва да се поддържа на +2 градуса по Целзий. След това първо го превеждаме в градуси на Келвин, след това умножаваме резултата по 0,010V, резултатът е референтно напрежение, това е и настройката на температурата.

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

Ако се приеме, че термостатът трябва да поддържа температура, например, +4 градуса, тогава ще се получи следният резултат: (273,15 + 4) * 0,010 = 2,7715 (V)

Борис Аладишкин