Heimwerkerthermostat für einen Keller

Sensorauswahl für Thermostat

Der Temperaturregler im Alltag wird in einer Vielzahl von Geräten eingesetzt, vom Kühlschrank über die Eisen bis hin zu den Lötkolben. Wahrscheinlich gibt es keinen Funkamateur, der ein solches Schema umgehen würde. Am häufigsten als Temperatursensor oder Sensor in verschiedenen Amateurdesigns verwendet Thermistoren, Transistoren oder Dioden. Die Bedienung solcher Temperaturregler ist recht einfach, der Betriebsalgorithmus ist primitiv und als Ergebnis eine einfache elektrische Schaltung.

Die Aufrechterhaltung der eingestellten Temperatur erfolgt durch Ein- und Ausschalten Heizelement (TEN): Sobald die Temperatur den eingestellten Wert erreicht, funktioniert es Vergleichsgerät (Komparator) und die Heizung ist ausgeschaltet. Dieses Regelungsprinzip ist in allen einfachen Regulierungsbehörden umgesetzt. Es scheint, dass alles einfach und klar ist, aber dies ist nur bis zu praktischen Experimenten.

Der schwierigste und zeitaufwändigste Prozess bei der Herstellung "einfacher" Thermostate ist die Einstellung auf die gewünschte Temperatur. Um die charakteristischen Punkte der Temperaturskala zu bestimmen, wird vorgeschlagen, den Sensor zuerst in ein Gefäß mit schmelzendem Eis (dies ist null Grad Celsius) und dann in kochendes Wasser (100 Grad) einzutauchen.

Nach dieser "Kalibrierung" durch Ausprobieren mit einem Thermometer und einem Voltmeter wird die erforderliche Temperatur eingestellt. Nach solchen Experimenten ist das Ergebnis nicht das beste.

Mittlerweile stellen verschiedene Firmen viele Temperatursensoren her, die bereits während des Herstellungsprozesses kalibriert wurden. Hierbei handelt es sich hauptsächlich um Sensoren, mit denen gearbeitet werden kann Mikrocontroller. Die Informationen am Ausgang dieser Sensoren sind digital und werden über eine bidirektionale 1-Draht-Eindraht-Schnittstelle übertragen, mit der Sie ganze Netzwerke auf der Basis ähnlicher Geräte erstellen können. Mit anderen Worten, es ist sehr einfach, ein Mehrpunktthermometer zu erstellen, um die Temperatur beispielsweise im Innen- und Außenbereich und nicht einmal in einem Raum zu steuern.

Inmitten einer solchen Fülle intelligenter digitaler Sensoren sieht ein bescheidenes Gerät gut aus LM335 und seine Varianten 235, 135. Die erste Ziffer in der Kennzeichnung gibt den Zweck des Geräts an: 1 entspricht der militärischen Akzeptanz, 2 der industriellen Verwendung, und die drei geben die Verwendung der Komponente in Haushaltsgeräten an.

Übrigens ist das gleiche harmonische Notationssystem für viele importierte Teile charakteristisch, beispielsweise Operationsverstärker, Komparatoren und viele andere. Das inländische Analogon solcher Bezeichnungen war die Kennzeichnung von Transistoren, beispielsweise 2T und CT. Die ersteren waren für das Militär und die letzteren für den weit verbreiteten Gebrauch bestimmt. Aber es ist Zeit, zum bereits bekannten LM335 zurückzukehren.

Äußerlich sieht dieser Sensor aus wie ein Niedrigleistungstransistor in einem Kunststoffgehäuse TO - 92, aber darin befinden sich 16 Transistoren. Dieser Sensor kann auch im SO-8-Fall sein, es gibt jedoch keine Unterschiede zwischen ihnen. Das Aussehen des Sensors ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Aussehen des LM335-Sensors

Der LM335-Sensor ist nach dem Funktionsprinzip eine Zenerdiode, bei der die Stabilisierungsspannung von der Temperatur abhängt. Bei einem Temperaturanstieg von einem Grad Kelvin steigt die Stabilisierungsspannung um 10 Millivolt. Ein typischer Schaltplan ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2. Typische SensorfreigabeschaltungLM335

Wenn Sie sich diese Abbildung ansehen, können Sie sofort fragen, wie hoch der Widerstand des Widerstands R1 und wie hoch die Versorgungsspannung bei einem solchen Schaltkreis ist. Die Antwort ist in der technischen Dokumentation enthalten, die besagt, dass der normale Betrieb des Produkts im aktuellen Bereich von 0,45 ... 5,00 Milliampere garantiert ist. Es ist zu beachten, dass der Grenzwert von 5 mA nicht überschritten werden darf, da der Sensor überhitzt und seine eigene Temperatur misst.

Was der LM335-Sensor anzeigt

Gemäß der Dokumentation (Datenblatt) ist der Sensor gemäß kalibriert absolute Kelvin-Skala. Wenn wir davon ausgehen, dass die Innentemperatur -273,15 ° C beträgt und dies laut Kelvin ein absoluter Nullpunkt ist, sollte der betreffende Sensor eine Spannung von Null anzeigen. Mit steigender Temperatur um jeden Grad steigt die Ausgangsspannung der Zenerdiode um bis zu 10 mV oder um 0,010 V.

Um die Temperatur von der üblichen Celsius-Skala auf die Kelvin-Skala zu übertragen, fügen Sie einfach 273,15 hinzu. Nun, gegen 0,15 vergessen sie immer alles, also sind es nur 273, und es stellt sich heraus, dass 0 ° C 0 + 273 = 273 ° K ist.

In Physiklehrbüchern wird 25 ° C als normale Temperatur angesehen, und laut Kelvin ergibt sich 25 + 273 = 298 bzw. 298,15. Dieser Punkt wird im Datenblatt als einziger Sensorkalibrierungspunkt angegeben. Daher sollte bei einer Temperatur von 25 ° C die Ausgangsleistung des Sensors 298,15 * 0,010 = 2,9815 V betragen.

Der Betriebsbereich des Sensors liegt im Bereich von -40 ... 100 ° C und im gesamten Bereich ist die Charakteristik des Sensors sehr linear, was die Berechnung der Sensorwerte bei jeder Temperatur erleichtert: Zuerst müssen Sie die Temperatur in Celsius in Grad Kelvin umrechnen. Dann multiplizieren Sie die resultierende Temperatur mit 0,010V. Die letzte Null in dieser Zahl zeigt an, dass die Spannung in Volt mit einer Genauigkeit von 1 mV angezeigt wird.

All diese Überlegungen und Berechnungen sollten zu der Idee führen, dass Sie bei der Herstellung des Thermostats nichts graduieren müssen, indem Sie den Sensor in kochendes Wasser und in schmelzendes Eis tauchen. Es reicht aus, einfach die Spannung am Ausgang des LM335 zu berechnen. Danach muss nur noch diese Spannung als Referenz am Eingang des Komparators (Komparators) eingestellt werden.

Ein weiterer Grund für die Verwendung des LM335 in seinem Design ist sein niedriger Preis. Im Online-Shop können Sie es für etwa 1 US-Dollar kaufen. Vielleicht kostet die Lieferung mehr. Nach all diesen theoretischen Überlegungen können wir mit der Entwicklung des Stromkreises des Thermostats fortfahren. In diesem Fall für den Keller.

Schematische Darstellung des Thermostats für den Keller

Um einen Thermostat für einen Keller auf Basis eines analogen LM335-Temperatursensors zu entwerfen, muss nichts Neues erfunden werden. Es reicht aus, auf die technische Dokumentation (Datenblatt) für diese Komponente zu verweisen. Das Datenblatt enthält alle Verwendungsmöglichkeiten des Sensors, einschließlich des Temperaturreglers.

Dieses Schema kann jedoch als funktional angesehen werden, wodurch das Prinzip der Arbeit untersucht werden kann. In der Praxis müssen Sie es durch ein Ausgabegerät ergänzen, mit dem Sie eine Heizung mit einer bestimmten Leistung und natürlich eine Stromversorgung und möglicherweise Betriebsanzeigen einschalten können. Diese Knoten werden etwas später besprochen, aber jetzt wollen wir sehen, was die proprietäre Dokumentation bietet, es gibt auch Datenblätter. Die Schaltung ist in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3. Anschlussdiagramm SensorLM335

Wie der Komparator funktioniert

Die Basis des vorgeschlagenen Schemas ist der Komparator LM311, auch bekannt als 211 oder 111. Wie alle KomparatorenDer 311. hat zwei Eingänge und einen Ausgang. Einer der Eingänge (2) ist direkt und wird durch das + -Zeichen angezeigt. Eine andere Eingabe ist invers (3) wird durch ein Minuszeichen angezeigt. Der Ausgang des Komparators ist Pin 7.

Die Logik des Komparators ist recht einfach. Wenn die Spannung am direkten Eingang (2) größer ist als am inversen (3), wird am Ausgang des Komparators ein hoher Pegel eingestellt. Der Transistor öffnet und verbindet die Last. In Abbildung 1 ist dies sofort eine Heizung, dies ist jedoch ein Funktionsdiagramm. Ein Potentiometer ist mit dem direkten Eingang verbunden, der den Schwellenwert für den Komparator einstellt, d.h. Temperatureinstellung.

Wenn die Spannung am inversen Eingang größer als am direkten ist, wird der Ausgang des Komparators niedrig eingestellt. Der Temperatursensor LM335 ist an den inversen Eingang angeschlossen. Wenn also die Temperatur steigt (die Heizung ist bereits eingeschaltet), steigt die Spannung am inversen Eingang an.

Wenn die Sensorspannung den vom Potentiometer eingestellten Schwellenwert erreicht, schaltet der Komparator auf einen niedrigen Pegel, der Transistor schließt und schaltet die Heizung aus. Dann wird der gesamte Zyklus wiederholt.

Es ist absolut nichts mehr übrig - auf der Grundlage des betrachteten Funktionsschemas ein praktisches Schema zu entwickeln, das für Amateurfunkbegeisterte so einfach und erschwinglich wie möglich ist. Ein mögliches praktisches Schema ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4

Einige Erklärungen zum Konzept

Es ist leicht zu erkennen, dass sich das Grundlayout etwas geändert hat. Zunächst schaltet der Transistor anstelle einer Heizung das Relais ein, und was schaltet das Relais etwas später ein. Es erschien auch ein Elektrolytkondensator C1, dessen Zweck darin besteht, Spannungswelligkeiten an der Zenerdiode 4568 zu glätten. Aber lassen Sie uns den Zweck der Details genauer besprechen.

Die Leistung des Temperatursensors und des Spannungsteilers der Temperatureinstellung R2, R3, R4 ist stabilisiert parametrischer Stabilisator R1, 1N4568, C1 mit einer Stabilisierungsspannung von 6,4V. Selbst wenn das gesamte Gerät von einer stabilisierten Quelle gespeist wird, schadet ein zusätzlicher Stabilisator nicht.

Mit dieser Lösung können Sie das gesamte Gerät über eine Quelle mit Strom versorgen, deren Spannung abhängig von der Spannung der verfügbaren Relaisspule ausgewählt werden kann. Höchstwahrscheinlich sind es 12 oder 24V. Stromquelle vielleicht sogar nicht stabilisiert, nur Diodenbrücke mit Kondensator. Es ist jedoch besser, den integrierten Stabilisator 7812 nicht zu spannen und in das Netzteil einzubauen, da er auch vor Kurzschlüssen schützt.

Was kann in diesem Fall angewendet werden, wenn es sich um das Relais handelt? Erstens handelt es sich um moderne kleine Relais, wie sie in Waschmaschinen verwendet werden. Das Aussehen des Relais ist in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5. Kleines Relais

Bei aller Miniaturgröße können solche Relais Strom bis zu 10 A schalten, wodurch die Last auf bis zu 2 kW geschaltet werden kann. Dies gilt für alle 10A, aber Sie müssen dies nicht tun. Das Beste, was Sie an einem solchen Relais einschalten können, ist eine Heizung mit einer Leistung von nicht mehr als 1 kW, da mindestens eine Art „Sicherheitsabstand“ vorhanden sein muss!

Es ist sehr gut, wenn das Relais Kontakte enthält Magnetstarter PME-Serie, geschweige denn die Heizung einschalten. Dies ist eine der zuverlässigsten Lastschaltoptionen. Weitere Verbindungsoptionen werden im Artikel beschrieben. "So schließen Sie die Last an Mikroschaltungen an die Steuereinheit an". Die Praxis zeigt jedoch, dass die Option mit einem Magnetstarter vielleicht die einfachste und zuverlässigste ist. Eine mögliche Implementierung dieser Option ist in Abbildung 6 dargestellt.

Abbildung 6

Thermostatstromversorgung

Das Netzteil des Geräts ist nicht stabilisiert, und da der Temperaturregler selbst (ein Mikrokreis und ein Transistor) praktisch keinen Strom verbraucht, ist ein in China hergestellter Netzwerkadapter als Stromquelle geeignet.

Wenn Sie ein Netzteil herstellen, wie in der Abbildung gezeigt, ist ein kleiner Leistungstransformator von einem Kassettenrekorder eines Taschenrechners oder etwas anderem durchaus geeignet. Hauptsache, die Spannung an der Sekundärwicklung sollte 12..14V nicht überschreiten. Bei einer niedrigeren Spannung funktioniert das Relais nicht und bei einer höheren Spannung kann es einfach durchbrennen.

Liegt die Ausgangsspannung des Transformators im Bereich von 17 ... 19V, kann hier auf einen Stabilisator nicht verzichtet werden. Dies sollte nicht beängstigend sein, da moderne integrierte Stabilisatoren nur 3 Ausgänge haben und es nicht so schwierig ist, sie zu löten.

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Der offene Transistor VT1 schaltet das Relais K1 ein, das durch seinen Kontakt K1.1 den Magnetstarter K2 einschaltet. Die Kontakte der Magnetstarter K2.1 und K2.2 verbinden die Heizung mit dem Netzwerk. Es ist zu beachten, dass sich die Heizung mit zwei Kontakten sofort einschaltet. Diese Lösung stellt sicher, dass beim Abschalten des Anlassers die Phase nicht auf der Last bleibt, es sei denn, natürlich ist alles in Ordnung.

Da der Keller feucht, manchmal sehr feucht, in Bezug auf die elektrische Sicherheit sehr gefährlich ist, ist es am besten, das gesamte Gerät mit anzuschließen RCD gemäß allen Anforderungen für moderne Verkabelung. Die Regeln für die elektrische Verkabelung im Keller finden Sie in dieser Artikel.

Was soll die Heizung sein

Schemata von Temperaturreglern für den Keller wurden viel veröffentlicht.Früher wurden sie vom Modelist-Kostruktor-Magazin und anderen Printmedien veröffentlicht, jetzt ist all diese Fülle ins Internet gewandert. Diese Artikel enthalten Empfehlungen, wie die Heizung sein sollte.

Jemand bietet gewöhnliche Hundert-Watt-Glühlampen, Rohrheizkörper der Marke TEN und Ölheizkörper an (Sie können dies sogar mit einem defekten Bimetallregler tun). Es wird auch vorgeschlagen, Haushaltsheizungen mit eingebautem Lüfter zu verwenden. Hauptsache, es gibt keinen direkten Zugang zu stromführenden Teilen. Daher alte Elektroherde mit offener Spirale und hausgemachte Ziegenheizungen Auf keinen Fall verwenden.

Überprüfen Sie zuerst die Installation

Wenn das Gerät fehlerfrei von zu wartenden Teilen zusammengebaut wird, ist keine spezielle Einstellung erforderlich. In jedem Fall muss jedoch vor dem ersten Start die Qualität der Installation überprüft werden: Befinden sich auf der Leiterplatte keine Löt- oder umgekehrt geschlossenen Spuren? Und Sie dürfen nicht vergessen, diese Aktionen auszuführen, sondern nehmen Sie sie in der Regel. Dies gilt insbesondere für Strukturen, die an das Stromnetz angeschlossen sind.

Thermostat einstellen

Wenn der erste Einschluss der Struktur ohne Rauch und Explosionen erfolgte, muss lediglich die Referenzspannung am direkten Eingang des Komparators (Pin 2) entsprechend der gewünschten Temperatur eingestellt werden. Dazu müssen Sie mehrere Berechnungen durchführen.

Angenommen, die Temperatur im Keller sollte bei +2 Grad Celsius gehalten werden. Dann übersetzen wir es zuerst in Kelvin-Grad, dann multiplizieren wir das Ergebnis mit 0,010 V, das Ergebnis ist eine Referenzspannung, es ist auch die Temperatureinstellung.

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

Wenn angenommen wird, dass der Temperaturregler eine Temperatur von beispielsweise +4 Grad aufrechterhalten soll, wird das folgende Ergebnis erhalten: (273,15 + 4) * 0,010 = 2,7715 (V)

Boris Aladyshkin