Termostato faça você mesmo para uma adega

Seleção de sensor para termostato

O regulador de temperatura na vida cotidiana é usado em uma variedade de dispositivos, da geladeira a ferros e ferros de solda. Provavelmente, não há radioamadores que ignorem esse esquema. Geralmente usado como sensor de temperatura ou sensor em vários modelos amadores termistores, transistores ou diodos. A operação de tais controladores de temperatura é bastante simples, o algoritmo de operação é primitivo e, como resultado, um circuito elétrico simples.

A manutenção da temperatura definida é realizada ligando / desligando elemento de aquecimento (RTE): assim que a temperatura atingir o valor definido, funciona dispositivo de comparação (comparador) e o aquecedor está desligado. Este princípio de regulamentação é implementado em todos os reguladores simples. Parece que tudo é simples e compreensível, mas isso é apenas até se tratar de experimentos práticos.

O processo mais difícil e demorado na fabricação de termostatos "simples" é ajustar a temperatura desejada. Para determinar os pontos característicos da escala de temperatura, propõe-se mergulhar o sensor em um recipiente com gelo derretido (zero graus Celsius) e depois em água fervente (100 graus).

Após esta "calibração" por tentativa e erro usando um termômetro e um voltímetro, a temperatura necessária é ajustada. Após essas experiências, o resultado não é o melhor.

Agora, várias empresas produzem muitos sensores de temperatura já calibrados durante o processo de fabricação. Estes são principalmente sensores projetados para trabalhar com microcontroladores. As informações na saída desses sensores são digitais; são transmitidas através de uma interface bidirecional de 1 fio e 1 fio, o que permite criar redes inteiras com base em dispositivos semelhantes. Em outras palavras, é muito simples criar um termômetro multiponto, controlar a temperatura, por exemplo, dentro e fora de casa, e nem mesmo em uma sala.

Em meio a uma abundância de sensores digitais inteligentes, um dispositivo modesto fica bem LM335 e suas variantes 235, 135. O primeiro dígito na marcação indica a finalidade do dispositivo: 1 corresponde à aceitação militar, 2 uso industrial e os três indicam o uso do componente em eletrodomésticos.

A propósito, o mesmo sistema de notação delgado é característico de muitas peças importadas, por exemplo, amplificadores operacionais, comparadores e muitos outros. O análogo doméstico de tais designações foi a marcação de transistores, por exemplo, 2T e CT. Os primeiros foram destinados às forças armadas, e os segundos para uso generalizado. Mas é hora de voltar ao já familiar LM335.

Externamente, esse sensor se parece com um transistor de baixa potência em um compartimento de plástico TO-92, mas dentro dele existem 16 transistores. Este sensor também pode estar no gabinete SO - 8, mas não há diferenças entre eles. A aparência do sensor é mostrada na Figura 1.

Figura 1. Aparência do sensor LM335

De acordo com o princípio de operação, o sensor LM335 é um diodo zener, no qual a tensão de estabilização depende da temperatura. Com um aumento de temperatura de um grau Kelvin, a tensão de estabilização aumenta em 10 milivolts. Um diagrama de fiação típico é mostrado na Figura 2.

Figura 2. Circuito típico de habilitação do sensorLM335

Ao olhar para esta figura, você pode perguntar imediatamente qual é a resistência do resistor R1 e qual é a tensão de alimentação desse circuito de comutação. A resposta está contida na documentação técnica, que afirma que o funcionamento normal do produto é garantido na faixa atual de 0,45 a 5,00 miliamperes. Note-se que o limite de 5 mA não deve ser excedido, pois o sensor superaquece e mede sua própria temperatura.

O que o sensor LM335 mostrará

De acordo com a documentação (folha de dados), o sensor é calibrado de acordo com escala Kelvin absoluta. Se assumirmos que a temperatura interna é de -273,15 ° C e esse é um zero absoluto, de acordo com Kelvin, o sensor em questão deve mostrar tensão zero. Com o aumento da temperatura em todos os graus, a tensão de saída do diodo zener aumentará em até 10mV ou 0,010V.

Para transferir a temperatura da escala Celsius usual para a escala Kelvin, basta adicionar 273.15. Bem, cerca de 0,15 eles sempre esquecem tudo, então são apenas 273, e acontece que 0 ° C é 0 + 273 = 273 ° K.

Nos livros de física, 25 ° C é considerada a temperatura normal e, de acordo com Kelvin, resulta 25 + 273 = 298, ou melhor, 298,15. Este ponto é mencionado na folha de dados como o único ponto de calibração do sensor. Assim, a uma temperatura de 25 ° C, a saída do sensor deve ser 298,15 * 0,010 = 2,9815V.

A faixa de operação do sensor está dentro da faixa de -40 ... 100 ° C e em toda a faixa a característica do sensor é muito linear, o que facilita o cálculo das leituras do sensor a qualquer temperatura: primeiro você precisa converter a temperatura em graus Celsius em graus Kelvin. Multiplique a temperatura resultante por 0,010V. O último zero neste número indica que a tensão em Volts é indicada com uma precisão de 1 mV.

Todas essas considerações e cálculos devem levar à idéia de que, na fabricação do termostato, você não precisará formar nada mergulhando o sensor em água fervente e no derretimento do gelo. Basta calcular simplesmente a tensão na saída do LM335, após a qual resta apenas definir essa tensão como referência na entrada do comparador (comparador).

Outro motivo para usar o LM335 em seu design é o baixo preço. Na loja online, você pode comprá-lo por cerca de US $ 1. Talvez a entrega custe mais. Após todas essas considerações teóricas, podemos prosseguir com o desenvolvimento do circuito elétrico do termostato. Neste caso, para a adega.

Diagrama esquemático do termostato da adega

Para projetar um termostato para uma adega com base em um sensor de temperatura analógico LM335, nada de novo precisa ser inventado. Basta consultar a documentação técnica (folha de dados) deste componente. A folha de dados contém todas as maneiras pelas quais o sensor pode ser usado, incluindo o próprio controlador de temperatura.

Mas esse esquema pode ser considerado funcional, pelo qual é possível estudar o princípio do trabalho. Na prática, você precisará complementá-lo com um dispositivo de saída que permita ligar um aquecedor de uma determinada potência e, é claro, uma fonte de alimentação e, possivelmente, indicadores de operação. Esses nós serão discutidos um pouco mais tarde, mas, por enquanto, vamos ver o que a documentação proprietária oferece, além de folhas de dados. O circuito, como é, é mostrado na Figura 3.

Figura 3. Diagrama de conexão sensorLM335

Como o comparador funciona

A base do esquema proposto é o comparador LM311, também conhecido como 211 ou 111. Como todos comparadoresO 311st tem duas entradas e uma saída. Uma das entradas (2) é direta e é indicada pelo sinal +. Outra entrada é inversa (3) é indicada por um sinal de menos. A saída do comparador é o pino 7.

A lógica do comparador é bastante simples. Quando a tensão na entrada direta (2) é maior que na inversa (3), um nível alto é definido na saída do comparador. O transistor se abre e conecta a carga. Na Figura 1, este é imediatamente um aquecedor, mas este é um diagrama funcional. Um potenciômetro direto é conectado à entrada direta, que define o limite para o comparador, ou seja, ajuste de temperatura.

Quando a tensão na entrada inversa for maior que a direta, o nível de saída do comparador será baixo. O sensor de temperatura LM335 é conectado à entrada inversa; portanto, quando a temperatura subir (o aquecedor já está ligado), a tensão na entrada inversa aumentará.

Quando a tensão do sensor atingir o limite definido pelo potenciômetro, o comparador mudará para um nível baixo, o transistor fechará e desligará o aquecedor. Então todo o ciclo será repetido.

Não resta absolutamente nada - com base no esquema funcional considerado para desenvolver um esquema prático, o mais simples e acessível possível para os entusiastas de rádio amador iniciantes. Um possível esquema prático é mostrado na Figura 4.

Figura 4

Algumas explicações para o conceito

É fácil ver que o layout básico mudou um pouco. Antes de tudo, em vez de um aquecedor, o transistor liga o relé, e o que irá ligar o relé um pouco mais tarde. Um capacitor eletrolítico C1 também apareceu, cujo objetivo é suavizar ondulações de tensão no diodo zener 4568. Mas vamos falar sobre o objetivo dos detalhes em mais detalhes.

A potência do sensor de temperatura e do divisor de tensão da configuração de temperatura R2, R3, R4 é estabilizada estabilizador paramétrico R1, 1N4568, C1 com uma tensão de estabilização de 6,4V. Mesmo que o dispositivo inteiro seja alimentado por uma fonte estabilizada, um estabilizador adicional não será prejudicado.

Esta solução permite alimentar todo o dispositivo a partir de uma fonte cuja tensão possa ser selecionada dependendo da tensão da bobina do relé disponível. Muito provavelmente, será 12 ou 24V. Fonte de energia talvez até não estabilizado, apenas ponte de diodo com capacitor. Mas é melhor não restringir e colocar o estabilizador integrado 7812 na fonte de alimentação, que também fornecerá proteção contra curto-circuito.

Se estamos falando sobre o relé, o que pode ser aplicado neste caso? Antes de tudo, são relés modernos de tamanho pequeno, como os usados ​​em máquinas de lavar. A aparência do relé é mostrada na Figura 5.

Figura 5. Relé de tamanho pequeno

Para todo o tamanho em miniatura, esses relés podem alternar a corrente até 10A, o que permite alternar a carga em até 2KW. É o caso de todos os 10A, mas você não precisa fazer isso. O máximo que você pode ativar nesse relé é um aquecedor com uma capacidade não superior a 1 kW, porque deve haver pelo menos algum tipo de “margem de segurança”!

É muito bom se o relé incluir contatos acionador de partida magnético Série PME, muito menos ligar o aquecedor. Essa é uma das opções de comutação de carga mais confiáveis. Outras opções de conexão são descritas no artigo. "Como conectar a carga à unidade de controle em microcircuitos". Mas a prática mostra que a opção com um acionador de partida magnético é talvez a mais simples e mais confiável. Uma possível implementação desta opção é mostrada na Figura 6.

Figura 6

Fonte de alimentação do termostato

A unidade de fonte de alimentação do dispositivo não está estabilizada e, como o próprio regulador de temperatura (um microcircuito e um transistor) consome quase nenhuma energia, qualquer adaptador de rede fabricado na China é adequado como fonte de energia.

Se você fizer uma fonte de alimentação, conforme mostrado no diagrama, um pequeno transformador de energia de um gravador de cassetes ou outra coisa é bastante adequado. O principal é que a tensão no enrolamento secundário não deve exceder 12..14V. Com uma tensão mais baixa, o relé não funciona e, com uma tensão mais alta, pode simplesmente queimar.

Se a tensão de saída do transformador estiver na faixa de 17 ... 19V, então aqui você não pode prescindir de um estabilizador. Isso não deve ser assustador, porque os estabilizadores integrados modernos têm apenas 3 saídas, não é tão difícil soldá-los.

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O transistor aberto VT1 liga o relé K1, que por seu contato K1.1 liga o iniciador magnético K2. Os contatos do iniciador magnético K2.1 e K2.2 conectam o aquecedor à rede. Note-se que o aquecedor liga imediatamente com dois contatos. Essa solução garante que, quando o motor de partida for desconectado, a fase não permanecerá na carga, a menos que, claro, tudo esteja em ordem.

Como a adega é úmida, às vezes muito úmida, em termos de segurança elétrica é muito perigosa, é melhor conectar o dispositivo inteiro usando RCD de acordo com todos os requisitos para a fiação moderna. As regras da fiação elétrica no porão podem ser encontradas em este artigo.

Qual deve ser o aquecedor

Os esquemas de reguladores de temperatura para a adega publicaram muito.Uma vez publicados pela revista Modelist-Kostruktor e outras publicações impressas, agora toda essa abundância migrou para a Internet. Estes artigos fornecem recomendações sobre como deve ser o aquecedor.

Alguém oferece lâmpadas incandescentes comuns de cem watts, aquecedores tubulares da marca TEN, radiadores a óleo (é possível mesmo com um regulador bimetálico com defeito). Também é proposto o uso de aquecedores domésticos com um ventilador embutido. O principal é que não há acesso direto às partes vivas. Portanto, fogões elétricos velhos com uma espiral aberta e aquecedores caseiros de cabra Não use em nenhum caso.

Verifique a instalação primeiro

Se o dispositivo for montado sem erros de peças que possam ser reparadas, não será necessário um ajuste especial. Mas, em qualquer caso, antes da primeira inicialização, é imperativo verificar a qualidade da instalação: não há faixas de solda ou vice-versa fechadas na placa de circuito impresso. E você não deve esquecer de fazer essas ações, apenas faça de si uma regra. Isto é especialmente verdade para estruturas conectadas à rede elétrica.

Configurando o termostato

Se a primeira inclusão da estrutura ocorreu sem fumaça e explosões, a única coisa a fazer é definir a tensão de referência na entrada direta do comparador (pino 2), de acordo com a temperatura desejada. Para fazer isso, você precisa fazer vários cálculos.

Suponha que a temperatura na adega seja mantida em +2 graus Celsius. Primeiro, nós o traduzimos em graus Kelvin, depois multiplicamos o resultado por 0,010V, o resultado é uma tensão de referência, também é o ajuste de temperatura.

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

Se for assumido que o termostato deve manter uma temperatura de, por exemplo, +4 graus, será obtido o seguinte resultado: (273,15 + 4) * 0,010 = 2,7715 (V)

Boris Aladyshkin