Zrób to sam termostat do piwnicy

Wybór czujnika dla termostatu

Regulator temperatury w życiu codziennym jest wykorzystywany w różnych urządzeniach, od lodówki po żelazka i lutownice. Prawdopodobnie nie ma amatora radiowego, który obejrzałby taki schemat. Najczęściej stosowany jako czujnik temperatury lub czujnik w różnych konstrukcjach amatorskich termistory, tranzystory lub diody. Działanie takich regulatorów temperatury jest dość proste, algorytm działania jest prymitywny, w wyniku czego powstaje prosty obwód elektryczny.

Utrzymanie ustawionej temperatury odbywa się poprzez włączenie / wyłączenie element grzejny (TEN): jak tylko temperatura osiągnie ustawioną wartość, działa urządzenie porównujące (komparator) i grzejnik jest wyłączony. Ta zasada regulacji jest wdrażana we wszystkich prostych regulatorach. Wydawałoby się, że wszystko jest proste i zrozumiałe, ale dzieje się tak tylko do praktycznych eksperymentów.

Najtrudniejszym i czasochłonnym procesem przy produkcji „prostych” termostatów jest dostosowanie się do pożądanej temperatury. Aby określić charakterystyczne punkty skali temperatury, proponuje się najpierw zanurzenie czujnika w naczyniu z topniejącym lodem (jest to zero stopni Celsjusza), a następnie we wrzącej wodzie (100 stopni).

Po tej „kalibracji” metodą prób i błędów za pomocą termometru i woltomierza ustawiana jest wymagana temperatura. Po takich eksperymentach wynik nie jest najlepszy.

Teraz różne firmy produkują wiele czujników temperatury już skalibrowanych podczas procesu produkcyjnego. Są to głównie czujniki zaprojektowane do współpracy mikrokontrolery. Informacje na wyjściu tych czujników są cyfrowe; są przesyłane za pomocą 1-przewodowego 1-przewodowego dwukierunkowego interfejsu, który umożliwia tworzenie całych sieci w oparciu o podobne urządzenia. Innymi słowy, bardzo łatwo jest stworzyć termometr wielopunktowy, aby kontrolować temperaturę, na przykład wewnątrz i na zewnątrz, nawet w jednym pomieszczeniu.

Przy tak dużej liczbie inteligentnych czujników cyfrowych skromne urządzenie wygląda dobrze LM335 i jego warianty 235, 135. Pierwsza cyfra w oznaczeniu wskazuje przeznaczenie urządzenia: 1 odpowiada przyjęciu do wojska, 2 zastosowanie przemysłowe, a trzy oznaczają użycie elementu w sprzęcie gospodarstwa domowego.

Nawiasem mówiąc, ten sam smukły system notacji jest charakterystyczny dla wielu importowanych części, na przykład wzmacniaczy operacyjnych, komparatorów i wielu innych. Domowym analogiem takich oznaczeń było oznaczanie tranzystorów, na przykład 2T i CT. Te pierwsze były przeznaczone dla wojska, a te do powszechnego użytku. Ale czas wrócić do znanego już LM335.

Zewnętrznie czujnik ten wygląda jak tranzystor małej mocy w plastikowej obudowie TO - 92, ale wewnątrz niego znajduje się 16 tranzystorów. Ten czujnik może być również w przypadku SO - 8, ale nie ma między nimi różnic. Wygląd czujnika pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1. Wygląd czujnika LM335

Zgodnie z zasadą działania czujnik LM335 jest diodą Zenera, w której napięcie stabilizacji zależy od temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury o jeden stopień Kelvina napięcie stabilizacji wzrasta o 10 miliwoltów. Typowy schemat połączeń pokazano na rysunku 2.

Rysunek 2. Typowy obwód włączania czujnikaLM335

Patrząc na tę figurę, możesz natychmiast zapytać, jaka jest rezystancja rezystora R1 i jakie jest napięcie zasilania w takim obwodzie przełączającym. Odpowiedź zawarta jest w dokumentacji technicznej, która mówi, że normalne działanie produktu jest gwarantowane w obecnym zakresie 0,45 ... 5,00 miliamperów. Należy zauważyć, że nie należy przekraczać limitu 5 mA, ponieważ czujnik się przegrzeje i zmierzy własną temperaturę.

Co pokaże czujnik LM335

Zgodnie z dokumentacją (arkusz danych) czujnik jest kalibrowany zgodnie z absolutna skala Kelvina. Jeśli założymy, że temperatura wewnętrzna wynosi -273,15 ° C, a według Kelvina jest to zero bezwzględne, wówczas czujnik, o którym mowa, powinien wykazywać napięcie zerowe. Wraz ze wzrostem temperatury o każdy stopień napięcie wyjściowe diody Zenera wzrośnie nawet o 10 mV lub o 0,010 V.

Aby przenieść temperaturę ze zwykłej skali Celsjusza na skalę Kelvina, wystarczy dodać 273,15. Cóż, około 0,15 zawsze zapominają o wszystkim, więc to tylko 273, i okazuje się, że 0 ° C to 0 + 273 = 273 ° K.

W podręcznikach fizyki temperatura 25 ° C jest uważana za normalną temperaturę i według Kelvina okazuje się, że 25 + 273 = 298, a raczej 298,15. Ten punkt jest wymieniony w arkuszu danych jako jedyny punkt kalibracji czujnika. Zatem w temperaturze 25 ° C moc wyjściowa czujnika powinna wynosić 298,15 * 0,010 = 2,9815 V.

Zakres działania czujnika mieści się w zakresie -40 ... 100 ° C, aw całym zakresie charakterystyka czujnika jest bardzo liniowa, co ułatwia obliczenie odczytów czujnika w dowolnej temperaturze: najpierw należy przeliczyć temperaturę w stopniach Celsjusza na stopnie Kelvina. Następnie pomnóż uzyskaną temperaturę przez 0,010 V. Ostatnie zero w tej liczbie wskazuje, że napięcie w woltach jest wskazane z dokładnością do 1 mV.

Wszystkie te rozważania i obliczenia powinny prowadzić do idei, że przy produkcji termostatu nie będziesz musiał niczego ukończyć, zanurzając czujnik we wrzącej wodzie i w topniejącym lodzie. Wystarczy obliczyć napięcie na wyjściu LM335, po czym pozostaje tylko ustawić to napięcie jako wartość odniesienia na wejściu komparatora (komparatora).

Innym powodem zastosowania LM335 w jego konstrukcji jest jego niska cena. W sklepie internetowym możesz go kupić za około 1 USD. Być może dostawa będzie kosztować więcej. Po tych wszystkich teoretycznych rozważaniach możemy przystąpić do opracowania obwodu elektrycznego termostatu. W tym przypadku do piwnicy.

Schemat termostatu piwnicy

Aby zaprojektować termostat do piwnicy na bazie analogowego czujnika temperatury LM335, nie trzeba wymyślać niczego nowego. Wystarczy zapoznać się z dokumentacją techniczną (arkusz danych) dla tego komponentu. Arkusz danych zawiera wszystkie sposoby wykorzystania czujnika, w tym sam regulator temperatury.

Ale ten schemat można uznać za funkcjonalny, dzięki któremu można przestudiować zasadę pracy. W praktyce będziesz musiał uzupełnić go o urządzenie wyjściowe, które pozwala włączyć grzejnik o danej mocy i, oczywiście, zasilacz i ewentualnie wskaźniki działania. Te węzły zostaną omówione nieco później, ale na razie zobaczmy, co oferuje zastrzeżona dokumentacja, a także arkusze danych. Obwód, jak to jest, pokazano na rysunku 3.

Rysunek 3. Schemat połączeń czujnikLM335

Jak działa komparator

Podstawą proponowanego schematu jest komparator LM311, znany również jako 211 lub 111. Jak wszyscy komparatory311st ma dwa wejścia i wyjście. Jedno z wejść (2) jest bezpośrednie i jest oznaczone znakiem +. Kolejne wejście jest odwrotne (3) jest oznaczone znakiem minus. Wyjście komparatora to pin 7.

Logika komparatora jest dość prosta. Kiedy napięcie na wejściu bezpośrednim (2) jest większe niż na odwrotnym kierunku (3), na wyjściu komparatora ustawiany jest wysoki poziom. Tranzystor otwiera się i łączy obciążenie. Na ryc. 1 jest to natychmiast grzejnik, ale jest to schemat funkcjonalny. Potencjometr jest podłączony do wejścia bezpośredniego, które ustawia próg dla komparatora, tj. ustawienie temperatury.

Gdy napięcie na wejściu odwrotnym jest większe niż na wprost, moc wyjściowa komparatora zostanie ustawiona na niski poziom. Czujnik temperatury LM335 jest podłączony do wejścia odwrotnego, więc gdy temperatura wzrośnie (grzejnik jest już włączony), napięcie na wejściu odwrotnym wzrośnie.

Kiedy napięcie czujnika osiągnie próg ustawiony potencjometrem, komparator przełączy się na niski poziom, tranzystor zamknie się i wyłączy grzejnik. Następnie cały cykl zostanie powtórzony.

Nie ma absolutnie nic - na podstawie przemyślanego schematu funkcjonalnego opracowano praktyczny schemat, tak prosty i niedrogi, jak to tylko możliwe dla początkujących entuzjastów radia amatorskiego. Możliwy schemat praktyczny pokazano na rycinie 4.

Rycina 4

Kilka wyjaśnień tej koncepcji

Łatwo zauważyć, że podstawowy układ nieco się zmienił. Przede wszystkim, zamiast grzałki, tranzystor włączy przekaźnik, a co włączy przekaźnik o tym nieco później. Pojawił się również kondensator elektrolityczny C1, którego celem jest wygładzenie tętnień napięcia na diodzie Zenera 4568. Porozmawiajmy jednak bardziej szczegółowo o celu szczegółów.

Moc czujnika temperatury i dzielnika napięcia ustawienia temperatury R2, R3, R4 jest ustabilizowana stabilizator parametryczny R1, 1N4568, C1 o napięciu stabilizacji 6,4 V. Nawet jeśli całe urządzenie jest zasilane ze stabilizowanego źródła, dodatkowy stabilizator nie zaszkodzi.

To rozwiązanie pozwala zasilić całe urządzenie ze źródła, którego napięcie można wybrać w zależności od napięcia dostępnej cewki przekaźnika. Najprawdopodobniej będzie to 12 lub 24 V. Źródło zasilania może nawet niestabilizowany mostek diodowy z kondensatorem. Ale lepiej nie zacinać i nie umieszczać zintegrowanego stabilizatora 7812 w zasilaczu, który zapewni również ochronę przed zwarciem.

Jeśli mówimy o przekaźniku, co można zastosować w tym przypadku? Przede wszystkim są to nowoczesne małe przekaźniki, takie jak te stosowane w pralkach. Wygląd przekaźnika pokazano na rysunku 5.

Rysunek 5. Mały przekaźnik

Dla wszystkich swoich miniaturowych rozmiarów przekaźniki mogą przełączać prąd do 10A, co pozwala na przełączanie obciążenia do 2 kW. Dotyczy to wszystkich 10A, ale nie musisz tego robić. Najbardziej możliwe do włączenia takiego przekaźnika jest grzejnik o mocy nie większej niż 1 kW, ponieważ musi istnieć co najmniej pewien „margines bezpieczeństwa”!

Bardzo dobrze, jeśli przekaźnik będzie zawierał styki rozrusznik magnetyczny Seria PME, nie mówiąc już o włączeniu grzejnika. Jest to jedna z najbardziej niezawodnych opcji przełączania obciążenia. Inne opcje połączeń opisano w artykule. „Jak podłączyć obciążenie do jednostki sterującej w mikroukładach”. Ale praktyka pokazuje, że opcja z magnetycznym rozrusznikiem jest być może najprostsza i najbardziej niezawodna. Możliwą implementację tej opcji pokazano na rysunku 6.

Rycina 6

Zasilacz termostatu

Zasilacz urządzenia jest niestabilny, a ponieważ sam regulator temperatury (jeden mikroukład i jeden tranzystor) prawie nie zużywa energii, każdy zasilacz sieciowy wyprodukowany w Chinach nadaje się jako źródło zasilania.

Jeśli wykonasz zasilacz, jak pokazano na schemacie, mały transformator mocy z magnetofonu lub czegoś innego jest całkiem odpowiedni. Najważniejsze jest to, że napięcie na uzwojeniu wtórnym nie powinno przekraczać 12..14 V. Przy niższym napięciu przekaźnik nie będzie działał, a przy wyższym napięciu może po prostu wypalić się.

Jeśli napięcie wyjściowe transformatora mieści się w zakresie 17 ... 19 V, to tutaj nie można obejść się bez stabilizatora. Nie powinno to być przerażające, ponieważ nowoczesne zintegrowane stabilizatory mają tylko 3 wyjścia, nie jest tak trudno je lutować.

Załaduj

Otwarty tranzystor VT1 włącza przekaźnik K1, który swoim stykiem K1.1 włącza rozrusznik magnetyczny K2. Styki rozrusznika magnetycznego K2.1 i K2.2 łączą nagrzewnicę z siecią. Należy zauważyć, że grzejnik włącza się natychmiast z dwoma stykami. Takie rozwiązanie zapewnia, że ​​po odłączeniu rozrusznika faza nie pozostanie na obciążeniu, chyba że oczywiście wszystko będzie w porządku.

Ponieważ piwnica jest wilgotna, a czasem bardzo wilgotna, pod względem bezpieczeństwa elektrycznego jest bardzo niebezpieczne, najlepiej podłączyć całe urządzenie za pomocą RCD zgodnie ze wszystkimi wymaganiami dotyczącymi nowoczesnego okablowania. Zasady okablowania elektrycznego w piwnicy można znaleźć w ten artykuł.

Co powinno być grzejnikiem

Schematy regulatorów temperatury piwnicy opublikowano bardzo często.Kiedyś zostały opublikowane przez magazyn Modelist-Kostruktor i inne media drukowane, ale teraz cała ta obfitość migruje do Internetu. Artykuły te zawierają zalecenia dotyczące tego, jak powinien być ogrzewacz.

Ktoś oferuje zwykłe sto watowe lampy żarowe, grzejniki rurowe marki TEN, grzejniki olejowe (jest to możliwe nawet przy wadliwym regulatorze bimetalicznym). Proponuje się również stosowanie grzejników domowych z wbudowanym wentylatorem. Najważniejsze jest to, że nie ma bezpośredniego dostępu do części pod napięciem. Dlatego stare piece elektryczne z otwartą spiralą i domowe grzejniki typu koziego W żadnym wypadku nie używaj.

Najpierw sprawdź instalację

Jeśli urządzenie jest zmontowane bez błędów z części serwisowalnych, wówczas specjalna regulacja nie jest wymagana. Ale w każdym razie przed pierwszym uruchomieniem należy sprawdzić jakość instalacji: czy na płytce drukowanej nie ma lutowania lub odwrotnie zamkniętych ścieżek. I nie możesz zapominać o tych czynnościach, po prostu weź to z reguły. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku struktur podłączonych do sieci elektrycznej.

Ustawienie termostatu

Jeśli pierwsze włączenie konstrukcji nastąpiło bez dymu i eksplozji, wówczas jedyne co należy zrobić, to ustawić napięcie odniesienia na bezpośrednim wejściu komparatora (pin 2), zgodnie z pożądaną temperaturą. Aby to zrobić, musisz wykonać kilka obliczeń.

Załóż, że temperatura w piwnicy powinna być utrzymywana na poziomie + 2 stopnie Celsjusza. Następnie najpierw przeliczamy go na stopnie Kelvina, a następnie mnożymy wynik przez 0,010 V, wynikiem jest napięcie odniesienia, jest to również ustawienie temperatury.

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

Jeśli założymy, że termostat musi utrzymywać temperaturę na przykład +4 stopnie, wówczas uzyskany zostanie następujący wynik: (273,15 + 4) * 0,010 = 2,7715 (V)

Boris Aladyshkin