Gör-det-själv-termostat för en källare

Sensorval för termostat

Temperaturregulatorn i vardagen används i olika enheter, från kylskåp till strykjärn och lödkolv. Det finns förmodligen ingen radioamatör som skulle omgå ett sådant system. Oftast används som temperatursensor eller sensor i olika amatörkonstruktioner termistorer, transistorer eller dioder. Funktionen av sådana temperaturregulatorer är ganska enkel, driftsalgoritmen är primitiv, och som ett resultat en enkel elektrisk krets.

Att upprätthålla den inställda temperaturen utförs genom att slå på / stänga av värmeelement (TEN): så snart temperaturen når det inställda värdet, fungerar det jämförande enhet (komparator) och värmaren stängs av. Denna princip för reglering implementeras i alla enkla tillsynsmyndigheter. Det verkar som om allt är enkelt och tydligt, men det är bara tills det kommer till praktiska experiment.

Den svåraste och tidskrävande processen vid tillverkning av "enkla" termostater är att anpassa till önskad temperatur. För att bestämma de karakteristiska punkterna för temperaturskalan föreslås det att först sänka sensorn i ett kärl med smältande is (detta är noll grader Celsius) och sedan i kokande vatten (100 grader).

Efter denna "kalibrering" genom prov och fel med användning av en termometer och en voltmeter, ställs den nödvändiga temperaturen in. Efter sådana experiment är resultatet inte det bästa.

Nu producerar olika företag många temperatursensorer som redan är kalibrerade under tillverkningsprocessen. Dessa är främst sensorer designade för att arbeta med mikrokontrollers. Informationen vid utgången från dessa sensorer är digital; den överförs via ett 1-ledars 1-ledars dubbelriktat gränssnitt, vilket gör att du kan skapa hela nätverk baserat på liknande enheter. Med andra ord är det väldigt enkelt att skapa en flerpunktstermometer för att reglera temperaturen, till exempel inomhus och utomhus, och inte ens i ett rum.

Mitt i ett sådant överflöd av smarta digitala sensorer ser en blygsam enhet bra ut LM335 och dess varianter 235, 135. Den första siffran i markeringen indikerar enhetens syfte: 1 motsvarar militär acceptans, 2 industriell användning, och de tre indikerar användningen av komponenten i hushållsapparater.

Förresten, samma smala notationssystem är karakteristiskt för många importerade delar, till exempel driftsförstärkare, komparatorer och många andra. Den inhemska analogen av sådana beteckningar var markeringen av transistorer, till exempel 2T och CT. De förstnämnda var avsedda för militären och de senare för utbredd användning. Men det är dags att återgå till den redan bekanta LM335.

Externt ser denna sensor ut som en lågeffekttransistor i ett plasthölje TO - 92, men inuti den finns 16 transistorer. Denna sensor kan också vara i SO - 8 fallet, men det finns inga skillnader mellan dem. Sensorns utseende visas i figur 1.

Bild 1. Utseende av LM335-sensorn

Enligt driftsprincipen är LM335-sensorn en zenerdiode, i vilken stabiliseringsspänningen beror på temperaturen. Med en temperaturökning på en grad av Kelvin ökar stabiliseringsspänningen med 10 millivolt. Ett typiskt kopplingsschema visas i figur 2.

Figur 2. Typisk sensoraktiveringskretsLM335

När du tittar på denna siffra kan du omedelbart fråga vad som är motståndet hos motståndet R1 och vad är matningsspänningen med en sådan omkopplingskrets. Svaret finns i den tekniska dokumentationen som säger att produktens normala drift garanteras i det aktuella intervallet 0,45 ... 5,00 milliamp. Det bör noteras att gränsen på 5 mA inte bör överskridas, eftersom sensorn överhettar och mäter sin egen temperatur.

Vad LM335-sensorn kommer att visa

Enligt dokumentationen (datablad) är sensorn kalibrerad enligt absolut Kelvin-skala. Om vi ​​antar att inomhustemperaturen är -273,15 ° C, och detta är en absolut noll enligt Kelvin, bör sensorn i fråga visa nollspänning. Med ökande temperatur med varje grad ökar zenerdiodens utspänning med så mycket som 10 mV eller med 0,010 V.

För att överföra temperaturen från den vanliga Celsius-skalan till Kelvin-skalan, lägg bara till 273.15. Omkring 0,15 glömmer de alltid allt, så det är bara 273, och det visar sig att 0 ° C är 0 + 273 = 273 ° K.

I fysikböcker anses 25 ° C vara normal temperatur, och enligt Kelvin visar det sig att 25 + 273 = 298, eller snarare 298.15. Denna punkt nämns i databladet som den enda sensorkalibreringspunkten. Således, vid en temperatur på 25 ° C, bör sensorns utgång vara 298,15 * 0,010 = 2,9815V.

Sensorns driftsområde ligger inom intervallet -40 ... 100 ° C och i hela intervallet är kännetecknen för sensorn mycket linjär, vilket gör det enkelt att beräkna sensoravläsningarna vid vilken temperatur som helst: först måste du konvertera temperaturen i Celsius till grader Kelvin. Multiplicera sedan den resulterande temperaturen med 0,010 V. Den sista nollan i detta nummer indikerar att spänningen i volt indikeras med en noggrannhet på 1 mV.

Alla dessa överväganden och beräkningar borde leda till idén att du vid tillverkning av termostaten inte behöver gradera någonting genom att doppa sensorn i kokande vatten och smälta is. Det räcker med att helt enkelt beräkna spänningen vid utgången från LM335, varefter det bara återstår att ställa in denna spänning som referens vid ingången till jämförelseanordningen (komparator).

Ett annat skäl till att använda LM335 i sin design är dess låga pris. I nätbutiken kan du köpa den för ungefär $ 1. Kanske kommer leverans att kosta mer. Efter alla dessa teoretiska överväganden kan vi gå vidare med utvecklingen av termostatens elektriska krets. I det här fallet för källaren.

Schematiskt diagram över termostaten för källaren

För att designa en termostat för en källare baserad på en analog LM335 temperatursensor behöver inget nytt uppfinnas. Det räcker med att hänvisa till den tekniska dokumentationen (datablad) för denna komponent. Databladet innehåller alla sätt sensorn kan användas, inklusive temperaturkontrollen själv.

Men detta schema kan betraktas som funktionellt, vilket gör det möjligt att studera principen om arbete. I praktiken måste du komplettera den med en utgångsenhet som låter dig slå på en värmare med en viss effekt och, naturligtvis, en strömförsörjning och eventuellt driftsindikatorer. Dessa noder kommer att diskuteras lite senare, men för nu ska vi se vad den egenutvecklade dokumentationen erbjuder, det innehåller också datablad. Kretsen, som den är, visas i figur 3.

Bild 3. Anslutningsdiagram sensorLM335

Hur komparatorn fungerar

Grunden för det föreslagna schemat är komparatorn LM311, alias 211 eller 111. Som alla komparatorerDen 311: e har två ingångar och en utgång. En av ingångarna (2) är direkt och indikeras med + -tecknet. En annan ingång är omvänd (3) indikeras med ett minustecken. Komparatorns utgång är stift 7.

Jämförarens logik är ganska enkel. När spänningen vid den direkta ingången (2) är större än vid den omvända (3), ställs en hög nivå vid komparatorns utgång. Transistorn öppnas och ansluter lasten. I figur 1 är detta omedelbart en värmare, men detta är ett funktionellt diagram. En potentiometer är ansluten till den direkta ingången, som ställer tröskeln för komparatorn, dvs. temperaturinställning.

När spänningen vid den inversa ingången är större än vid direkt, kommer komparatorns utgång att ställas in på en låg nivå. Temperaturgivaren LM335 är ansluten till den omvända ingången, så när temperaturen stiger (värmaren är redan på) kommer spänningen vid den inversa ingången att öka.

När sensorspänningen når tröskeln som ställts in av potentiometern, kommer komparatorn att växla till en låg nivå, transistorn stänger och stänger av värmaren. Sedan kommer hela cykeln att upprepas.

Det finns absolut ingenting kvar - utifrån det betraktade funktionella schemat för att utveckla ett praktiskt schema, så enkelt och prisvärt som möjligt för nybörjare amatörradioentusiaster. Ett möjligt praktiskt schema visas i figur 4.

Figur 4

Några förklaringar till konceptet

Det är lätt att se att baslayouten har förändrats lite. Först av allt, istället för en värmare, kommer transistorn att sätta på reläet, och vad som kommer att sätta på reläet om detta lite senare. En elektrolytisk kondensator C1 dök också upp, vars syfte är att jämna spänningsrippor vid zenerdioden 4568. Men låt oss prata om syftet med detaljerna mer detaljerat.

Kraften hos temperatursensorn och spänningsdelaren för temperaturinställningen R2, R3, R4 är stabiliserad parametrisk stabilisator R1, 1N4568, C1 med en stabiliseringsspänning på 6,4V. Även om hela enheten drivs från en stabiliserad källa kommer en extra stabilisator inte att skada.

Denna lösning låter dig driva hela enheten från en källa vars spänning kan väljas beroende på den tillgängliga reläspolen. Det är troligtvis 12 eller 24V. Strömkälla kanske till och med instabiliserad, bara diodbro med kondensator. Men det är bättre att inte stinta och sätta den integrerade stabilisatorn 7812 i strömförsörjningen, vilket också ger skydd mot kortslutning.

Om vi ​​pratar om reläet, vad kan tillämpas i det här fallet? Först och främst är det moderna små reläer, som de som används i tvättmaskiner. Reläets utseende visas i figur 5.

Bild 5. Relä i liten storlek

För alla deras miniatyrstorlek kan sådana reläer växla ström upp till 10A, vilket gör det möjligt att växla lasten upp till 2KW. Detta är om för alla 10A, men du behöver inte göra det. Det mest du kan slå på ett sådant relä är en värmare med en kapacitet på högst 1 kW, eftersom det måste finnas åtminstone någon slags ”säkerhetsmarginal”!

Det är mycket bra om reläet kommer att inkludera kontakter magnetisk starter PME-serien, än mindre slå på värmaren. Detta är ett av de mest pålitliga alternativen för lastomkoppling. Andra anslutningsalternativ beskrivs i artikeln. "Hur man ansluter belastningen till styrenheten på mikrokretsar". Men praxis visar att alternativet med magnetstarter är kanske det enklaste och mest pålitliga. En möjlig implementering av detta alternativ visas i figur 6.

Figur 6

Termostat strömförsörjning

Enhetens strömförsörjningsenhet är instabil, och eftersom själva temperaturregulatorn (en mikrokrets och en transistor) praktiskt taget inte förbrukar ström, är någon kinesisk tillverkad strömadapter lämplig som strömkälla.

Om du gör en strömförsörjning, som visas i diagrammet, är en liten strömtransformator från en kassettinspelare bandspelare eller något annat mycket lämpligt. Det viktigaste är att spänningen på sekundärlindningen inte ska överstiga 12..14V. Med en lägre spänning fungerar inte reläet och med en högre spänning kan det helt enkelt brinna ut.

Om transformatorns utspänning ligger i intervallet 17 ... 19V, kan du här inte klara dig utan en stabilisator. Detta bör inte vara skrämmande, eftersom moderna integrerade stabilisatorer bara har tre utgångar, det är inte så svårt att löda dem.

Ladda på

Den öppna transistorn VT1 slår på reläet K1, som genom sin kontakt K1.1 slår på magnetstartaren K2. Kontakterna från magnetstartaren K2.1 och K2.2 ansluter värmaren till nätverket. Det bör noteras att värmaren tänds omedelbart med två kontakter. Denna lösning säkerställer att när startmotorn är frånkopplad kommer fasen inte att vara kvar på lasten, såvida inte naturligtvis allt är i ordning.

Eftersom källaren är fuktig, ibland mycket fuktig, när det gäller elsäkerhet är mycket farlig, är det bäst att ansluta hela enheten med RCD enligt alla krav för modern ledning. Reglerna för de elektriska ledningarna i källaren finns i den här artikeln.

Vad ska värmaren vara

System med temperaturregulatorer för källaren publicerade mycket.En gång publicerades de av tidningen Modelist-Kostruktor och andra tryckta medier, men nu har allt detta överflöd migrerat till Internet. Dessa artiklar ger rekommendationer om hur värmaren ska vara.

Någon erbjuder vanliga hundrat-watts glödlampor, rörformiga värmare av TEN-märket, oljeradiatorer (det är möjligt även med en felaktig bimetallregulator). Det föreslås också att använda husvärmare med en inbyggd fläkt. Det viktigaste är att det inte finns någon direkt tillgång till levande delar. Därför gamla elektriska spisar med en öppen spiral och hemgjorda värmare av gettyp Använd inte i något fall.

Kontrollera installationen först

Om enheten är monterad utan fel från underhållsdelar krävs ingen speciell justering. Men i alla fall, före den första uppstarten, är det nödvändigt att kontrollera installationens kvalitet: finns det inga lödning eller vice versa stängda spår på kretskortet. Och du får inte glömma att göra dessa åtgärder, bara ta det som regel. Detta gäller särskilt för strukturer anslutna till det elektriska nätverket.

Ställa in termostaten

Om den första inbyggnaden av strukturen inträffade utan rök och explosioner, är det enda som ska göras att ställa in referensspänningen vid komparatorns direkta ingång (stift 2), beroende på önskad temperatur. För att göra detta måste du göra flera beräkningar.

Antag att temperaturen i källaren bör hållas på +2 grader Celsius. Sedan översätter vi det först till Kelvin-grader, sedan multiplicerar vi resultatet med 0.010V, resultatet är en referensspänning, det är också temperaturinställningen.

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

Om det antas att temperaturregulatorn bibehåller en temperatur på exempelvis +4 grader, kommer följande resultat att erhållas: (273,15 + 4) * 0,010 = 2,7715 (V)

Boris Aladyshkin