Categories: Electrònica pràctica, Domòtica
Nombre de visualitzacions: 104853
Comentaris sobre l'article: 13
Termostat per a un celler amb les teves pròpies mans
Selecció del sensor per termòstat
El regulador de temperatura a la vida quotidiana s’utilitza en una gran varietat d’aparells, des de la nevera fins a ferros i ferros de soldadura. Probablement, no hi ha cap aficionat a la ràdio que passés per alt aquest esquema. S'utilitza més sovint com a sensor o temperatura en diversos dissenys amateurs termistors, transistors o díodes. El funcionament d'aquests controladors de temperatura és bastant simple, l'algoritme de funcionament és primitiu i, per tant, un simple circuit elèctric.
El manteniment de la temperatura ajustada es realitza activant / apagant element de calefacció (TEN): tan aviat com la temperatura arriba al valor establert, funciona comparador de dispositius (comparador) i el calefactor està apagat. Aquest principi de regulació està implementat en tots els reguladors simples. Sembla que tot és senzill i entenedor, però només es tracta d’experiments pràctics.
El procés més difícil i que necessita temps per a la fabricació de termòstats "senzills" és ajustar-se a la temperatura desitjada. Per determinar els punts característics de l'escala de temperatura, es proposa submergir el sensor en un recipient amb gel fonent (això és zero graus centígrads), i després en aigua bullent (100 graus).
Després d’aquesta “calibració” per assaig i error mitjançant un termòmetre i un voltímetre, s’estableix la temperatura necessària. Després d'aquests experiments, el resultat no és el millor.
Ara, diverses empreses produeixen molts sensors de temperatura ja calibrats durant el procés de fabricació. Es tracta principalment de sensors dissenyats per treballar microcontroladors. La informació a la sortida d’aquests sensors és digital, transmesa a través d’una interfície bidireccional d’un sol fil, que permet crear xarxes senceres basades en dispositius similars. Dit d’una altra manera, és molt senzill crear un termòmetre de diversos punts, per controlar la temperatura, per exemple, a l’interior i a l’exterior, i ni tan sols en una habitació.
Enmig d'una gran quantitat de sensors digitals intel·ligents, un dispositiu modest té un bon aspecte LM335 i les seves variants 235, 135. El primer dígit del marcatge indica la finalitat del dispositiu: 1 correspon a l’acceptació militar, 2 d’ús industrial i els tres indica l’ús del component en electrodomèstics.
Per cert, el mateix sistema de notació esvelta és característic de moltes parts importades, per exemple, amplificadors operatius, comparadors i moltes altres. L’analogi domèstic d’aquestes designacions va ser el marcatge de transistors, per exemple, 2T i CT. Els primers estaven destinats als militars i els segons per a un ús generalitzat. Però és hora de tornar al ja familiar LM335.
Exteriorment, aquest sensor sembla un transistor de poca potència en una carcassa de plàstic TO - 92, però al seu interior hi ha 16 transistors. Aquest sensor també pot estar en el cas SO-8, però no hi ha diferències entre ells. L’aparició del sensor es mostra a la figura 1.
Figura 1. Aparició del sensor LM335
Segons el principi de funcionament, el sensor LM335 és un díode zener, en el qual la tensió d’estabilització depèn de la temperatura. Quan la temperatura augmenta en un grau Kelvin, el voltatge d’estabilització augmenta en 10 mil·ligolts. A la figura 2 es mostra un esquema de cablejat típic.
Figura 2. Circuit d’activació del sensor típicLM335
Si observeu aquesta figura, podeu preguntar immediatament quina és la resistència de la resistència R1 i quina és la tensió d’alimentació amb un circuit de commutació d’aquest tipus. La resposta es troba a la documentació tècnica, que diu que el funcionament normal del producte està garantit en l’interval actual de 0,45 ... 5,00 mil·límetres. Cal destacar que no s’ha de superar el límit de 5 mA, ja que el sensor es sobreescalfarà i mesurarà la seva pròpia temperatura.
Què mostrarà el sensor LM335
Segons la documentació (Fitxa tècnica), el sensor es calibra segons escala Kelvin absoluta. Si suposem que la temperatura interior és de -273,15 ° C i aquest és un zero absolut segons Kelvin, el sensor en qüestió hauria de mostrar tensió zero. Amb l'augment de la temperatura de cada grau, la tensió de sortida del díode zener augmentarà fins a 10mV o 0,010V.
Per transferir la temperatura de l'escala Celsius habitual a l'escala Kelvin, només cal afegir 273,15. Bé, al voltant de 0,15 sempre ho obliden tot, de manera que només són 273, i resulta que 0 ° C és 0 + 273 = 273 ° K.
Als llibres de text de física, 25 ° C es considera la temperatura normal i, segons Kelvin, resulta 25 + 273 = 298, o més aviat 298,15. Aquest punt es menciona al full de dades com a únic punt de calibració del sensor. Així, a una temperatura de 25 ° C, la sortida del sensor ha de ser 298,15 * 0,010 = 2,9815V.
El rang de funcionament del sensor està situat entre els -40 ... 100 ° C i en tot el rang la característica del sensor és molt lineal, cosa que facilita el càlcul de les lectures del sensor a qualsevol temperatura: primer cal convertir la temperatura en centígrads en graus Kelvin. A continuació, multipliqueu la temperatura resultant per 0,010V. L’últim zero d’aquest número indica que la tensió en Volts s’indica amb una precisió d’1 mV.
Totes aquestes consideracions i càlculs han de conduir a la idea que en la fabricació del termòstat no hauràs de graduar res, submergint el sensor en aigua bullent i en la fusió del gel. Només n’hi ha prou amb calcular el voltatge a la sortida del LM335, després d’això només queda establir aquest voltatge com a referència a l’entrada del comparador.
Una altra raó per utilitzar el LM335 en el seu disseny és el seu baix preu. A la botiga en línia el podeu comprar per uns 1 dòlars. Potser el lliurament costarà més. Després de totes aquestes consideracions teòriques, podem procedir al desenvolupament del circuit elèctric del termòstat. En aquest cas, per al celler.
Esquema esquemàtic del termòstat per a la bodega
Per dissenyar un termòstat per a un celler basat en un sensor de temperatura analògic LM335, no s’ha d’inventar res de nou. N’hi ha prou amb referir-se a la documentació tècnica (Fitxa tècnica) d’aquest component. El full de dades conté totes les maneres de fer servir el sensor, inclòs el controlador de temperatura.
Però aquest esquema es pot considerar com a funcional, pel qual és possible estudiar el principi de treball. A la pràctica, haureu de complementar-lo amb un dispositiu de sortida que us permeti encendre un escalfador d’una potència determinada i, per descomptat, una font d’alimentació i, possiblement, indicadors de funcionament. Aquests nodes es parlaran una mica més endavant, però de moment anem a veure què ofereix la documentació propietària, també els fulls de dades. El circuit, tal com és, es mostra a la figura 3.
Figura 3. Esquema de connexió sensorLM335
Com funciona el comparador
La base de l’esquema proposat és el comparador LM311, alias 211 o 111. Com tots comparadorsLa 311a té dues entrades i una sortida. Una de les entrades (2) és directa i està indicada pel signe +. Una altra entrada és inversa (3) s'indica amb un signe menys. La sortida del comparador és el pin 7.
La lògica del comparador és bastant simple. Quan la tensió a l’entrada directa (2) és superior a la inversa (3), s’estableix un nivell alt a la sortida del comparador. El transistor s’obre i connecta la càrrega. A la figura 1, es tracta immediatament d’un escalfador, però es tracta d’un diagrama funcional. Un potentiòmetre està connectat a l'entrada directa, que estableix el llindar per al comparador, és a dir. configuració de la temperatura.
Quan la tensió a l’entrada inversa sigui més gran que a la directa, la sortida del comparador s’establirà a un nivell baix. El sensor de temperatura LM335 està connectat a l’entrada inversa, de manera que quan la temperatura puja (el calefactor ja està en marxa) augmentarà la tensió a l’entrada inversa.
Quan el voltatge del sensor assoleixi el llindar establert pel potenciòmetre, el comparador canviarà a un nivell baix, el transistor es tancarà i apagarà l'escalfador. Després es repetirà tot el cicle.
No queda absolutament res: sobre la base de l'esquema funcional considerat per desenvolupar un esquema pràctic, el més simple i assequible possible per als aficionats a la ràdio aficionats principiants. A la figura 4 es mostra un possible esquema pràctic.
Figura 4
Algunes explicacions sobre el concepte
És fàcil veure que el disseny bàsic ha canviat una mica. Primer de tot, en lloc d’un escalfador, el transistor s’encendrà el relé i el que encendrà el relé una mica més tard. També va aparèixer un condensador electrolític C1, que té com a finalitat suavitzar les ondulacions de tensió al díode zener 4568. Però parlem de l'objectiu dels detalls amb més detall.
La potència del sensor de temperatura i el divisor de tensió de la configuració de temperatura R2, R3, R4 està estabilitzada estabilitzador paramètric R1, 1N4568, C1 amb un voltatge d’estabilització de 6,4 V. Tot i que tot el dispositiu s’alimenta des d’una font estabilitzada, un estabilitzador addicional no en farà mal.
Aquesta solució permet alimentar tot el dispositiu des d’una font la tensió de la qual es pot seleccionar en funció del voltatge de la bobina del relé disponible. El més probable és que sigui de 12 o 24V. Font d’energia potser fins i tot desestabilitzat, només pont de díodes amb condensador Però és millor no enganxar i posar l'estabilitzador integrat 7812 a l'alimentació, que també proporcionarà protecció contra curtcircuits.
Si parlem del relé, què es pot aplicar en aquest cas? En primer lloc, es tracta de relleus moderns de petita mida, com els que s’utilitzen a les rentadores. L’aparició del relé es mostra a la figura 5.
Figura 5. Relé de mida petita
Per a tota la seva mida en miniatura, aquests relés poden canviar de corrent fins a 10A, cosa que permet canviar la càrrega fins a 2KW. Això passa per a tots els 10 A, però no cal fer-ho. El màxim que podeu encendre aquest relé és un escalfador amb una capacitat no superior a 1 kW, perquè hi ha d’haver almenys un tipus de “marge de seguretat”.
Està molt bé si el relé inclourà contactes arrencador magnètic Sèrie PME, i molt menys, encendre l'escalfador. Aquesta és una de les opcions de commutació de càrrega més fiables. A l’article es descriuen altres opcions de connexió. "Com connectar la càrrega a la unitat de control en microcircuits". Però la pràctica demostra que l’opció amb un arrencador magnètic és potser la més simple i fiable. A la figura 6 es mostra una possible implementació d'aquesta opció.
Figura 6
Alimentació del termòstat
La unitat d’alimentació del dispositiu està inestabilitzada i, ja que el mateix regulador de temperatura (un microcircuit i un transistor) no consumeixen gairebé energia, cap adaptador de xarxa fabricat a la Xina és adequat com a font d’energia.
Si feu una font d’alimentació, tal com es mostra al diagrama, aleshores un transformador d’alimentació petit procedent d’una cinta gravadora o d’una altra cosa és força adequat. El més important és que la tensió del bobinatge secundari no ha de superar els 12..14V. Amb un voltatge inferior, el relé no funcionarà i, amb un voltatge més elevat, simplement es pot cremar.
Si la tensió de sortida del transformador està en el rang de 17 ... 19V, aquí no podreu prescindir d'un estabilitzador. Això no ha de fer por, perquè els estabilitzadors integrats moderns tenen només 3 sortides, no és tan difícil vendre’ls.
Carregueu
El transistor obert VT1 encén el relé K1, que mitjançant el seu contacte K1.1 s’encén l’arrencador magnètic K2. Els contactes de l’iniciador magnètic K2.1 i K2.2 connecten l’escalfador a la xarxa. Cal destacar que el calefactor s’encén immediatament amb dos contactes. Aquesta solució garanteix que, quan l’arrencador es desconnecti, la fase no romandrà en la càrrega, tret que, per descomptat, tot estigui en ordre.
Com que el celler és humit, de vegades molt humit, en termes de seguretat elèctrica és molt perillós, el millor és connectar tot el dispositiu mitjançant RCD segons tots els requisits per a un cablejat modern. Les normes del cablejat elèctric del soterrani es troben a aquest article.
Què hauria de ser l'escalfador
Es publiquen molt els esquemes de reguladors de temperatura del celler.Una vegada que van ser publicades per la revista Modelist-Kostruktor i altres publicacions impreses, però ara tota aquesta abundància ha migrat a Internet. Aquests articles proporcionen recomanacions sobre com ha de ser el calefactor.
Algú ofereix làmpades incandescents ordinàries de cent watts, escalfadors tubulars de la marca TEN, radiadors d’oli (és possible fins i tot amb un regulador bimetàlic defectuós). També es proposa utilitzar calefactors domèstics amb ventilador incorporat. El més important és que no hi ha accés directe a peces en viu. Per tant, antigues estufes elèctriques amb espiral oberta i calefactors casolans de cabra No l’utilitzeu en cap cas.
Comproveu primer la instal·lació
Si el dispositiu està muntat sense errors de peces reparables, no cal un ajust especial. Però, en qualsevol cas, abans de la primera posada en marxa, és imprescindible comprovar la qualitat de la instal·lació: no hi ha pistes tancades ni a la inversa tancades a la placa de circuit imprès. I no us heu d’oblidar de fer aquestes accions, només prendre-les per regla general. Això és especialment cert per a estructures connectades a la xarxa elèctrica.
Configuració del termòstat
Si la primera inclusió de l’estructura es va produir sense fum i explosions, l’únic que cal fer és establir la tensió de referència a l’entrada directa del comparador (pin 2), segons la temperatura desitjada. Per fer-ho, heu de fer diversos càlculs.
Suposem que la temperatura a la bodega s’ha de mantenir a +2 º centígrads. Aleshores primer el traduïm en graus Kelvin, després multipliquem el resultat per 0,010V, el resultat és un voltatge de referència, també és la temperatura.
(273,15 + 2) * 0,010 = 2,7515 (V)
Si s'assumeix que el termòstat ha de mantenir una temperatura de, per exemple, +4 graus, s'obtindrà el resultat següent: (273,15 + 4) * 0,010 = 2,7715 (V)
Boris Aladyshkin
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: