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Termostato de bricolaje para una bodega
Selección de sensor para termostato
El regulador de temperatura en la vida cotidiana se utiliza en una amplia variedad de dispositivos, desde el refrigerador hasta las planchas y soldadores. Probablemente, no hay radioaficionado que eludiría tal esquema. Se usa con mayor frecuencia como sensor de temperatura o sensor en varios diseños de aficionados termistores, transistores o diodos. La operación de tales controladores de temperatura es bastante simple, el algoritmo de operación es primitivo y, como resultado, un circuito eléctrico simple.
El mantenimiento de la temperatura establecida se realiza encendiendo / apagando elemento calefactor (TEN): tan pronto como la temperatura alcanza el valor establecido, funciona dispositivo de comparación (comparador) y el calentador está apagado. Este principio de regulación se implementa en todos los reguladores simples. Parece que todo es simple y claro, pero esto es solo hasta que se trata de experimentos prácticos.
El proceso más difícil y lento en la fabricación de termostatos "simples" es ajustar la temperatura deseada. Para determinar los puntos característicos de la escala de temperatura, se propone sumergir primero el sensor en un recipiente con hielo derretido (esto es cero grados Celsius), y luego en agua hirviendo (100 grados).
Después de esta "calibración" por prueba y error utilizando un termómetro y un voltímetro, se establece la temperatura necesaria. Después de tales experimentos, el resultado no es el mejor.
Ahora, varias empresas producen muchos sensores de temperatura ya calibrados durante el proceso de fabricación. Estos son principalmente sensores diseñados para trabajar con microcontroladores. La información en la salida de estos sensores es digital, transmitida a través de una interfaz bidireccional de un solo cable, que le permite crear redes enteras basadas en dispositivos similares. En otras palabras, es muy sencillo crear un termómetro multipunto para controlar la temperatura, por ejemplo, en interiores y exteriores, y ni siquiera en una habitación.
En medio de tantos sensores digitales inteligentes, un dispositivo modesto se ve bien LM335 y sus variantes 235, 135. El primer dígito en la marca indica el propósito del dispositivo: 1 corresponde a la aceptación militar, 2 uso industrial, y los tres indican el uso del componente en electrodomésticos.
Por cierto, el mismo sistema de notación armoniosa es característico de muchas partes importadas, por ejemplo, amplificadores operacionales, comparadores y muchos otros. El análogo doméstico de tales designaciones fue el marcado de transistores, por ejemplo, 2T y CT. Los primeros estaban destinados a los militares, y los segundos para uso generalizado. Pero es hora de volver al ya familiar LM335.
Externamente, este sensor parece un transistor de baja potencia en una carcasa de plástico TO - 92, pero dentro de él hay 16 transistores. Este sensor también puede estar en el caso SO-8, pero no hay diferencias entre ellos. La apariencia del sensor se muestra en la Figura 1.
Figura 1. Apariencia del sensor LM335
Según el principio de funcionamiento, el sensor LM335 es un diodo zener, en el que el voltaje de estabilización depende de la temperatura. Con un aumento de temperatura de un grado Kelvin, el voltaje de estabilización aumenta en 10 milivoltios. Un diagrama de cableado típico se muestra en la Figura 2.
Figura 2. Circuito de habilitación de sensor típicoLM335
Al observar esta figura, puede preguntar de inmediato cuál es la resistencia de la resistencia R1 y cuál es el voltaje de alimentación con dicho circuito de conmutación. La respuesta está contenida en la documentación técnica, que dice que el funcionamiento normal del producto está garantizado en el rango actual de 0.45 ... 5.00 miliamperios. Cabe señalar que no se debe exceder el límite de 5 mA, ya que el sensor se sobrecalentará y medirá su propia temperatura.
Lo que mostrará el sensor LM335
De acuerdo con la documentación (Hoja de datos), el sensor está calibrado de acuerdo con escala absoluta de Kelvin. Si suponemos que la temperatura interior es -273,15 ° C, y este es un cero absoluto según Kelvin, entonces el sensor en cuestión debería mostrar voltaje cero. Con el aumento de la temperatura en cada grado, el voltaje de salida del diodo zener aumentará tanto como 10mV o 0.010V.
Para transferir la temperatura de la escala Celsius habitual a la escala Kelvin, simplemente agregue 273.15. Bueno, alrededor de 0,15 siempre se olvidan de todo, por lo que es solo 273, y resulta que 0 ° C es 0 + 273 = 273 ° K.
En los libros de texto de física, 25 ° C se considera temperatura normal, y según Kelvin resulta 25 + 273 = 298, o más bien 298.15. Este punto se menciona en la hoja de datos como el único punto de calibración del sensor. Por lo tanto, a una temperatura de 25 ° C, la salida del sensor debe ser 298.15 * 0.010 = 2.9815V.
El rango de funcionamiento del sensor está dentro del rango de -40 ... 100 ° C y en todo el rango la característica del sensor es muy lineal, lo que facilita el cálculo de las lecturas del sensor a cualquier temperatura: primero debe convertir la temperatura en grados Celsius a Kelvin. Luego multiplique la temperatura resultante por 0.010V. El último cero en este número indica que el voltaje en voltios se indica con una precisión de 1 mV.
Todas estas consideraciones y cálculos deben llevar a la idea de que en la fabricación del termostato no tendrá que graduar nada sumergiendo el sensor en agua hirviendo y derritiendo hielo. Es suficiente calcular simplemente el voltaje en la salida del LM335, después de lo cual solo queda establecer este voltaje como referencia en la entrada del dispositivo de comparación (comparador).
Otra razón para usar el LM335 en su diseño es su bajo precio. En la tienda en línea puede comprarlo por alrededor de $ 1. Quizás la entrega costará más. Después de todas estas consideraciones teóricas, podemos proceder al desarrollo del circuito eléctrico del termostato. En este caso, para la bodega.
Diagrama esquemático del termostato de la bodega.
Para diseñar un termostato para una bodega basado en un sensor de temperatura analógico LM335, no hay que inventar nada nuevo. Es suficiente consultar la documentación técnica (Hoja de datos) para este componente. La hoja de datos contiene todas las formas en que se puede usar el sensor, incluido el propio controlador de temperatura.
Pero este esquema puede considerarse funcional, por lo que es posible estudiar el principio del trabajo. En la práctica, deberá complementarlo con un dispositivo de salida que le permita encender un calentador de una potencia determinada y, por supuesto, una fuente de alimentación y, posiblemente, indicadores de funcionamiento. Estos nodos se discutirán un poco más tarde, pero por ahora veamos qué ofrece la documentación patentada, también hojas de datos. El circuito, tal como está, se muestra en la Figura 3.
Figura 3. Diagrama de conexión sensorLM335
Cómo funciona el comparador
La base del esquema propuesto es el comparador LM311, también conocido como 211 o 111. Como todos comparadoresEl 311 tiene dos entradas y una salida. Una de las entradas (2) es directa y se indica con el signo +. Otra entrada es inversa (3) se indica con un signo menos. La salida del comparador es el pin 7.
La lógica del comparador es bastante simple. Cuando el voltaje en la entrada directa (2) es mayor que en el inverso (3), se establece un nivel alto en la salida del comparador. El transistor se abre y conecta la carga. En la Figura 1, esto es inmediatamente un calentador, pero este es un diagrama funcional. Se conecta un potenciómetro a la entrada directa, que establece el umbral para el comparador, es decir. ajuste de temperatura
Cuando el voltaje en la entrada inversa es mayor que en el directo, la salida del comparador se establecerá en un nivel bajo. El sensor de temperatura LM335 está conectado a la entrada inversa, por lo que cuando la temperatura aumenta (el calentador ya está encendido), el voltaje en la entrada inversa aumentará.
Cuando el voltaje del sensor alcanza el umbral establecido por el potenciómetro, el comparador cambiará a un nivel bajo, el transistor se cerrará y apagará el calentador. Entonces todo el ciclo se repetirá.
No queda absolutamente nada, sobre la base del esquema funcional considerado para desarrollar un esquema práctico, lo más simple y asequible posible para los entusiastas principiantes de la radioafición. Un posible esquema práctico se muestra en la Figura 4.
Figura 4
Algunas explicaciones del concepto.
Es fácil ver que el diseño básico ha cambiado un poco. En primer lugar, en lugar de un calentador, el transistor activará el relé, y lo que activará el relé sobre esto un poco más tarde. También apareció un condensador electrolítico C1, cuyo propósito es suavizar las ondas de voltaje en el diodo zener 4568. Pero hablemos sobre el propósito de los detalles con más detalle.
La potencia del sensor de temperatura y el divisor de voltaje del ajuste de temperatura R2, R3, R4 se estabiliza estabilizador paramétrico R1, 1N4568, C1 con un voltaje de estabilización de 6.4V. Incluso si todo el dispositivo se alimenta de una fuente estabilizada, un estabilizador adicional no dañará.
Esta solución le permite alimentar todo el dispositivo desde una fuente cuyo voltaje se puede seleccionar dependiendo del voltaje de la bobina del relé disponible. Lo más probable es que sea de 12 o 24V. Fuente de poder tal vez incluso sin estabilizar, solo puente de diodos Con condensador. Pero es mejor no perder tiempo y poner el estabilizador integrado 7812 en la fuente de alimentación, que también proporcionará protección contra cortocircuitos.
Si estamos hablando del relé, ¿qué se puede aplicar en este caso? En primer lugar, se trata de relés modernos de pequeño tamaño, como los utilizados en las lavadoras. La apariencia del relé se muestra en la Figura 5.
Figura 5. Relé de pequeño tamaño
Para todos sus tamaños en miniatura, dichos relés pueden cambiar la corriente hasta 10 A, lo que permite cambiar la carga hasta 2KW. Esto es para todos los 10A, pero no es necesario que lo haga. ¡Lo máximo que puede encender es un calentador con una capacidad de no más de 1 kW, porque debe haber al menos algún tipo de "margen de seguridad"!
Es muy bueno si el relé incluirá contactos arrancador magnético Serie PME, y mucho menos encender el calentador. Esta es una de las opciones de conmutación de carga más confiables. Otras opciones de conexión se describen en el artículo. "Cómo conectar la carga a la unidad de control en microcircuitos". Pero la práctica muestra que la opción con un arrancador magnético es quizás la más simple y confiable. Una posible implementación de esta opción se muestra en la Figura 6.
Figura 6
Fuente de alimentación del termostato
La unidad de fuente de alimentación del dispositivo no está estabilizada, y dado que el regulador de temperatura en sí (un microcircuito y un transistor) prácticamente no consume energía, cualquier adaptador de corriente hecho en China es adecuado como fuente de energía.
Si hace una fuente de alimentación, como se muestra en el diagrama, entonces un pequeño transformador de potencia de una grabadora de cassette de una calculadora u otra cosa es bastante adecuado. Lo principal es que el voltaje en el devanado secundario no debe exceder 12..14V. Con un voltaje más bajo, el relé no funcionará, y con un voltaje más alto simplemente puede quemarse.
Si el voltaje de salida del transformador está en el rango de 17 ... 19V, entonces aquí no puede prescindir de un estabilizador. Esto no debería dar miedo, ya que los estabilizadores integrados modernos tienen solo 3 salidas, no es tan difícil soldarlos.
Cargar en
El transistor abierto VT1 enciende el relé K1, que por su contacto K1.1 enciende el arrancador magnético K2. Los contactos del arrancador magnético K2.1 y K2.2 conectan el calentador a la red. Cabe señalar que el calentador se enciende inmediatamente con dos contactos. Esta solución asegura que cuando se desconecta el arrancador, la fase no permanecerá en la carga, a menos, por supuesto, que todo esté en orden.
Como la bodega es húmeda, a veces muy húmeda, en términos de seguridad eléctrica es muy peligrosa, lo mejor es conectar todo el dispositivo usando RCD De acuerdo con todos los requisitos para el cableado moderno. Las reglas del cableado eléctrico en el sótano se pueden encontrar en este articulo.
¿Cuál debería ser el calentador?
Los esquemas de reguladores de temperatura para la bodega publicaron mucho.Una vez fueron publicados por la revista Modelist-Kostruktor y otros medios impresos, pero ahora toda esta abundancia ha migrado a Internet. Estos artículos brindan recomendaciones sobre cómo debe ser el calentador.
Alguien ofrece lámparas incandescentes ordinarias de cien vatios, calentadores tubulares de la marca TEN, radiadores de aceite (incluso con un regulador bimetálico defectuoso). También se propone utilizar calentadores domésticos con un ventilador incorporado. Lo principal es que no hay acceso directo a partes vivas. Por lo tanto, viejas estufas eléctricas con espiral abierta y calentadores caseros tipo cabra No utilizar en ningún caso.
Verifique la instalación primero
Si el dispositivo se ensambla sin errores de partes reparables, entonces no se requiere un ajuste especial. Pero, en cualquier caso, antes de la primera puesta en marcha, es necesario verificar la calidad de la instalación: ¿no hay pistas de soldadura o viceversa cerradas en la placa de circuito impreso? Y no debes olvidarte de hacer estas acciones, solo tómalo como una regla. Esto es especialmente cierto para estructuras conectadas a la red eléctrica.
Ajuste del termostato
Si la primera inclusión de la estructura se produjo sin humo y explosiones, lo único que se debe hacer es establecer el voltaje de referencia en la entrada directa del comparador (pin 2), de acuerdo con la temperatura deseada. Para hacer esto, necesita hacer varios cálculos.
Suponga que la temperatura en la bodega debe mantenerse a +2 grados centígrados. Luego, primero lo traducimos a grados Kelvin, luego multiplicamos el resultado por 0.010V, el resultado es un voltaje de referencia, también es el ajuste de temperatura.
(273,15 + 2) * 0,010 = 2,7515 (V)
Si se supone que el regulador de temperatura debe mantener una temperatura de, por ejemplo, +4 grados, se obtendrá el siguiente resultado: (273.15 + 4) * 0.010 = 2.7715 (V)
Boris Aladyshkin
Ver también en electro-es.tomathouse.com
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