kategorier: Praktisk elektronik, Hjemmeautomatisering
Antal visninger: 104853
Kommentarer til artiklen: 13
Gør-det-selv-termostat til en kælder
Sensorvalg til termostat
Temperaturregulatoren i hverdagen bruges i en lang række enheder, fra køleskab til strygejern og loddejern. Der er sandsynligvis ingen radioamatør, der vil omgå en sådan ordning. Oftest brugt som temperatursensor eller sensor i forskellige amatørdesign termistorer, transistorer eller dioder. Funktionen af sådanne temperaturregulatorer er ganske enkel, driftsalgoritmen er primitiv og som et resultat et simpelt elektrisk kredsløb.
Opretholdelse af den indstillede temperatur udføres ved at tænde / slukke varmeelement (TEN): så snart temperaturen når den indstillede værdi, fungerer den sammenligningsenhed (komparator) og varmeapparatet er slukket. Dette reguleringsprincip implementeres i alle enkle regulatorer. Det ser ud til, at alt er enkelt og klart, men det er kun indtil det kommer til praktiske eksperimenter.
Den mest vanskelige og tidskrævende proces ved fremstilling af "enkle" termostater er at justere til den ønskede temperatur. For at bestemme de karakteristiske punkter på temperaturskalaen foreslås det først at neddybe sensoren i et kar med smeltende is (dette er nul grader celsius) og derefter i kogende vand (100 grader).
Efter denne "kalibrering" ved prøve og fejl ved hjælp af et termometer og et voltmeter indstilles den nødvendige temperatur. Efter sådanne eksperimenter er resultatet ikke det bedste.
Nu producerer forskellige virksomheder mange temperatursensorer, der allerede er kalibreret under fremstillingsprocessen. Dette er hovedsageligt sensorer designet til at arbejde med mikrocontrollere. Oplysningerne ved udgangen af disse sensorer er digitale, transmitteret via en 1-leder enkeltråds tovejs grænseflade, som giver dig mulighed for at oprette hele netværk baseret på lignende enheder. Med andre ord er det meget simpelt at oprette et flerpunkts-termometer, til at kontrollere temperaturen, for eksempel indendørs og udendørs, og ikke engang i et rum.
Midt i en sådan overflod af smarte digitale sensorer ser en beskeden enhed godt ud LM335 og dens varianter 235, 135. Det første ciffer i markeringen angiver formålet med enheden: 1 svarer til militær accept, 2 industriel anvendelse, og de tre angiver brugen af komponenten i husholdningsapparater.
For øvrig er det samme harmoniske notationssystem karakteristisk for mange importerede dele, for eksempel operationelle forstærkere, komparatorer og mange andre. Den indenlandske analog til sådanne betegnelser var markeringen af transistorer, for eksempel 2T og CT. De førstnævnte var beregnet til militæret og sidstnævnte til udbredt brug. Men det er tid til at vende tilbage til den allerede kendte LM335.
Eksternt ser denne sensor ud som en laveffekttransistor i et plastikhus TO - 92, men inde i den er der 16 transistorer. Denne sensor kan også være i SO - 8 tilfælde, men der er ingen forskelle mellem dem. Sensorens udseende er vist i figur 1.
Figur 1. Udseende af LM335-sensoren
I henhold til driftsprincippet er LM335-sensoren en zenerdiode, hvor stabiliseringsspændingen afhænger af temperaturen. Med en temperaturstigning på en grad af Kelvin øges stabiliseringsspændingen med 10 millivolt. Et typisk ledningsdiagram er vist i figur 2.
Figur 2. Typisk sensoraktiveringskredsløbLM335
Når man ser på dette tal, kan man straks spørge, hvad er modstanden i modstanden R1, og hvad er forsyningsspændingen med et sådant skiftekredsløb. Svaret er indeholdt i den tekniske dokumentation, der siger, at den normale drift af produktet er garanteret i det aktuelle interval på 0,45 ... 5,00 milliampere. Det skal bemærkes, at grænsen på 5 mA ikke bør overskrides, da sensoren vil overophedes og måle sin egen temperatur.
Hvad LM335-sensoren vil vise
I henhold til dokumentationen (datablad) kalibreres sensoren i henhold til absolut Kelvin skala. Hvis vi antager, at den indendørstemperatur er -273,15 ° C, og dette er en absolut nul ifølge Kelvin, skal den pågældende sensor vise nulspænding. Med stigende temperatur med hver grad vil zenerdiodes udgangsspænding stige med så meget som 10 mV eller med 0,010 V.
For at overføre temperaturen fra den sædvanlige Celsius-skala til Kelvin-skalaen, skal du blot tilføje 273.15. Cirka 0,15 glemmer de altid alt, så det er bare 273, og det viser sig, at 0 ° C er 0 + 273 = 273 ° K.
I fysikbøger betragtes 25 ° C som normal temperatur, og ifølge Kelvin viser det sig at 25 + 273 = 298, eller rettere 299,15. Dette punkt nævnes i databladet som det eneste sensorkalibreringspunkt. Ved en temperatur på 25 ° C skal sensorens output således være 298,15 * 0,010 = 2,9815V.
Sensorens driftsområde ligger inden for intervallet -40 ... 100 ° C, og i hele rækkevidden er sensoren karakteristisk meget lineær, hvilket gør det nemt at beregne sensormålingerne ved en hvilken som helst temperatur: først skal du konvertere temperaturen i Celsius til grader Kelvin. Multiplicer derefter den resulterende temperatur med 0,010 V. Den sidste nul i dette nummer indikerer, at spændingen i volt er indikeret med en nøjagtighed på 1 mV.
Alle disse overvejelser og beregninger skulle føre til ideen om, at du i fremstillingen af termostaten ikke behøver at gradueres noget ved at dyppe sensoren i kogende vand og i smeltende is. Det er nok at blot beregne spændingen ved udgangen fra LM335, hvorefter det kun gjenstår at indstille denne spænding som reference ved indgangen til sammenligningsanordningen (komparator).
En anden grund til at bruge LM335 i sit design er dens lave pris. I onlinebutikken kan du købe den for omkring $ 1. Måske koster levering mere. Efter alle disse teoretiske overvejelser kan vi gå videre til udviklingen af det elektriske kredsløb for termostaten. I dette tilfælde for kælderen.
Skematisk diagram over termostaten til kælderen
For at designe en termostat til en kælder baseret på en analog LM335 temperatursensor, er der ikke noget nyt, der skal opfindes. Det er nok at henvise til den tekniske dokumentation (datablad) for denne komponent. Databladet indeholder alle måder, hvorpå sensoren kan bruges, inklusive temperaturregulatoren selv.
Men dette skema kan betragtes som funktionelt, hvorved det er muligt at studere princippet om arbejde. I praksis bliver du nødt til at supplere den med en outputenhed, der giver dig mulighed for at tænde en varmeapparat med en given strøm og selvfølgelig en strømforsyning og muligvis driftsindikatorer. Disse noder vil blive drøftet lidt senere, men lad os nu se, hvad den proprietære dokumentation tilbyder, også databladene. Kredsløbet, som det er, er vist i figur 3.
Figur 3. Tilslutningsdiagram sensorLM335
Sådan fungerer komparatoren
Grundlaget for den foreslåede ordning er komparatoren LM311, alias 211 eller 111. Som alle andre komparatorerDen 311. har to indgange og et output. En af inputene (2) er direkte og er indikeret med + -tegnet. Et andet input er omvendt (3) er angivet med et minustegn. Komparatorens output er pin 7.
Sammenligningens logik er ganske enkel. Når spændingen ved den direkte indgang (2) er større end ved den inverse (3), indstilles et højt niveau ved komparatorens udgang. Transistoren åbner og forbinder belastningen. I figur 1 er dette straks en varmelegeme, men dette er et funktionelt diagram. Et potentiometer er forbundet til den direkte indgang, der indstiller tærsklen for komparatoren, dvs. temperaturindstilling.
Når spændingen ved den inverse indgang er større end ved den direkte, indstilles komparatorens output til et lavt niveau. LM335 temperatursensoren er tilsluttet den inverse indgang, så når temperaturen stiger (varmeren er allerede tændt), vil spændingen ved den inverse indgang stige.
Når sensorspændingen når tærsklen, der er indstillet af potentiometeret, skifter komparatoren til et lavt niveau, transistoren lukker og slukker for varmeren. Derefter gentages hele cyklussen.
Der er absolut intet tilbage - på grundlag af den betragtede funktionelle ordning at udvikle en praktisk ordning, så enkel og overkommelig som muligt for begyndere amatørradioentusiaster. Et muligt praktisk skema er vist i figur 4.
Figur 4
Et par forklaringer på konceptet
Det er let at se, at det grundlæggende layout er ændret en smule. Først og fremmest, i stedet for en varmelegeme, vil transistoren tænde for relæet, og hvad der vil tænde for relæet om dette lidt senere. En elektrolytisk kondensator C1 dukkede også op, hvis formål er at udjævne spændingskrimp ved zenerdioden 4568. Men lad os tale om formålet med detaljerne mere detaljeret.
Effekten af temperatursensoren og spændingsdeleren i temperaturindstillingen R2, R3, R4 er stabiliseret parametrisk stabilisator R1, 1N4568, C1 med en stabiliseringsspænding på 6,4V. Selv hvis hele enheden er drevet fra en stabiliseret kilde, vil en ekstra stabilisator ikke skade.
Denne løsning giver dig mulighed for at drive hele enheden fra en kilde, hvis spænding kan vælges afhængigt af den tilgængelige relæspole. Mest sandsynligt vil det være 12 eller 24V. Strømkilde måske endda ustabiliseret, bare diode bridge med kondensator. Men det er bedre ikke at stinte og sætte den integrerede stabilisator 7812 i strømforsyningen, som også vil give beskyttelse mod kortslutning.
Hvis vi taler om stafetten, hvad kan der anvendes i dette tilfælde? Først og fremmest er dette moderne små relæer som dem, der bruges i vaskemaskiner. Relæets udseende er vist i figur 5.
Figur 5. Relæ i lille størrelse
For alle deres miniature-størrelser kan sådanne relæer skifte strøm op til 10A, hvilket gør det muligt at skifte belastningen op til 2KW. Dette er hvis for alle 10A, men du behøver ikke at gøre dette. Det mest du kan tænde for et sådant relæ er en varmelegeme med en kapacitet på højst 1 kW, fordi der skal være mindst en slags ”sikkerhedsmargin”!
Det er meget godt, hvis relæet inkluderer kontakter magnetisk starter PME-serien, hvad så meget tænd for varmeapparatet. Dette er en af de mest pålidelige muligheder for belastningskift. Andre forbindelsesindstillinger er beskrevet i artiklen. "Sådan forbindes belastningen til kontrolenheden på mikrokredsløb". Men praksis viser, at indstillingen med en magnetisk starter måske er den enkleste og mest pålidelige. En mulig implementering af denne mulighed vises i figur 6.
Figur 6
Termostat strømforsyning
Enhedens strømforsyningsenhed er ustabiliseret, og da selve temperaturregulatoren (en mikrokredsløb og en transistor) bruger næsten ingen strøm, er en kinesisk fremstillet netværksadapter egnet som strømkilde.
Hvis du opretter en strømforsyning, som vist i diagrammet, er en lille strømtransformator fra en kassettebåndoptager eller noget andet meget velegnet. Det vigtigste er, at spændingen på den sekundære vikling ikke skal overstige 12..14V. Ved en lavere spænding fungerer relæet ikke, og med en højere spænding kan det simpelthen brænde ud.
Hvis udgangsspændingen på transformeren ligger i området 17 ... 19V, kan du her ikke undvære en stabilisator. Dette bør ikke være skræmmende, fordi moderne integrerede stabilisatorer kun har 3 output, det er ikke så svært at lodde dem.
Indlæs på
Den åbne transistor VT1 tænder for relæet K1, der ved sin kontakt K1.1 tænder for den magnetiske starter K2. Kontakterne på den magnetiske starter K2.1 og K2.2 forbinder varmeren til netværket. Det skal bemærkes, at varmeren tændes straks med to kontakter. Denne løsning sikrer, at når starteren er frakoblet, forbliver fasen ikke på belastningen, medmindre alt selvfølgelig er i orden.
Da kælderen er fugtig, undertiden meget fugtig, med hensyn til elektrisk sikkerhed er meget farlig, er det bedst at tilslutte hele enheden ved hjælp af RCD i henhold til alle krav til moderne ledninger. Reglerne for de elektriske ledninger i kælderen findes i denne artikel.
Hvad skal varmeren være?
Ordninger med temperaturregulatorer til kælderen offentliggjort meget.En gang blev de udgivet af Modelist-Kostruktor magasinet og andre trykte medier, men nu er al denne overflod vandret til Internettet. Disse artikler giver anbefalinger om, hvordan varmeapparatet skal være.
Nogle tilbyder almindelige hundrede watts glødelamper, rørformede varmeapparater af TEN-mærket, olie radiatorer (du kan endda med en defekt bimetallisk regulator). Det foreslås også at anvende husvarmere med en indbygget ventilator. Det vigtigste er, at der ikke er nogen direkte adgang til levende dele. Derfor gamle elektriske ovne med en åben spiral og hjemmelavede gedevarmere Brug ikke under alle omstændigheder.
Kontroller installationen først
Hvis enheden er samlet uden fejl fra reparationsdele, er det ikke nødvendigt med særlig justering. Men under alle omstændigheder er det nødvendigt at kontrollere installationens kvalitet inden den første opstart: er der ingen lodning eller omvendt lukkede spor på printkortet. Og du må ikke glemme at gøre disse handlinger, bare tage det som regel. Dette gælder især for strukturer, der er forbundet til det elektriske netværk.
Indstilling af termostaten
Hvis den første inddragelse af strukturen fandt sted uden røg og eksplosioner, er det eneste, der skal gøres, at indstille referencespændingen til den direkte indgang fra komparatoren (stift 2) i henhold til den ønskede temperatur. For at gøre dette skal du foretage flere beregninger.
Antag, at temperaturen i kælderen skal holdes på +2 grader celsius. Derefter oversætter vi det til Kelvin-grader, derefter multiplicerer vi resultatet med 0.010V, resultatet er en referencespænding, det er også temperaturindstillingen.
(273,15 + 2) * 0,010 = 2,7515 (V)
Hvis det antages, at termostaten skal opretholde en temperatur på for eksempel +4 grader, opnås følgende resultat: (273,15 + 4) * 0,010 = 2,7715 (V)
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: