Содержание
Терморегулятор для погреба своими руками
Выбор датчика для терморегулятора
Терморегулятор в быту применяется в самых разных устройствах, начиная от холодильника и заканчивая утюгами и паяльниками. Наверно, нет такого радиолюбителя, который обошел бы стороной подобную схему. Чаще всего в качестве датчика или сенсора температуры в различных любительских конструкциях используются терморезисторы, транзисторы или диоды. Работа таких терморегуляторов достаточно проста, алгоритм работы примитивный, и как следствие простая электрическая схема.
Поддержание заданной температуры производится включением – выключением нагревательного элемента (ТЭН): как только температура достигнет заданной величины, срабатывает сравнивающее устройство (компаратор) и ТЭН отключается. Такой принцип регулирования реализован во всех простых регуляторах. Казалось бы, все просто и понятно, но это лишь до того, пока не дошло до практических опытов.
Самым сложным и трудоемким процессом в изготовлении «простых» терморегуляторов является настройка на требуемую температуру. Для определения характерных точек температурной шкалы предлагается сначала погружать датчик в сосуд с тающим льдом (это ноль градусов Цельсия), а затем в кипяток (100 градусов).
После этой «калибровки» методом проб и ошибок при помощи градусника и вольтметра производится настойка необходимой температуры срабатывания. После таких опытов результат оказывается не самым лучшим.
Сейчас различными фирмами выпускается множество температурных сенсоров уже откалиброванных в процессе производства. В основном это датчики, рассчитанные на работу с микроконтроллерами. Информация на выходе этих датчиков цифровая, передается по однопроводному двунаправленному интерфейсу 1-wire, что позволяет создавать целые сети на базе подобных устройств. Другими словами очень просто создать многоточечный термометр, контролировать температуру, например, в помещении и за окном, и даже не в одной комнате.
На фоне такого изобилия интеллектуальных цифровых сенсоров неплохо выглядит скромный прибор LM335 и его разновидности 235, 135. Первая цифра в маркировке говорит о назначении прибора: 1 соответствует военной приемке, 2 индустриальное применение, а тройка говорит об использовании компонента в бытовых приборах.
Кстати, такая же стройная система обозначений свойственна многим импортным деталям, например операционным усилителям, компараторам и многим другим. Отечественным аналогом таких обозначений была маркировка транзисторов, например, 2Т и КТ. Первые предназначались для военных, а вторые для широкого применения. Но пора вернуться к уже знакомому нам LM335.
Внешне этот сенсор похож на маломощный транзистор в пластмассовом корпусе ТО — 92, но внутри него находится 16 транзисторов. Также этот датчик может быть и в корпусе SO – 8, но различий между ними нет никаких. Внешний вид датчика показан на рисунке 1.
Рисунок 1. Внешний вид датчика LM335
По принципу действия датчик LM335 представляет собой стабилитрон, у которого напряжение стабилизации зависит от температуры. При повышении температуры на один градус Кельвина напряжение стабилизации увеличивается на 10 милливольт. Типовая схема включения показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Типовая схема включения датчика LM335
При взгляде на этот рисунок сразу можно спросить, какое же сопротивление резистора R1 и, какое напряжение питания при такой схеме включения. Ответ содержится в технической документации, где сказано, что нормальная работа изделия гарантируется в диапазоне токов 0,45…5,00 миллиампер. Следует заметить, что предел в 5 мА превышать не следует, поскольку датчик будет перегреваться и измерять собственную температуру.
Что будет показывать датчик LM335
Согласно документации (Data Sheet) датчик проградуирован по абсолютной шкале Кельвина. Если предположить, что температура внутри помещения -273,15°C, а это абсолютный ноль по Кельвину, то рассматриваемый датчик должен показать нулевое напряжение. При увеличении температуры на каждый градус выходное напряжение стабилитрона будет возрастать на целых 10мВ или на 0,010В.
Чтобы перевести температуру из привычной всем шкалы Цельсия в шкалу Кельвина достаточно просто прибавить 273,15. Ну, про 0,15 всегда и все забывают, поэтому просто 273, и получается, что 0°C это 0+273 = 273°K.
В учебниках физики нормальной температурой считается 25°C, а по Кельвину получается 25+273 = 298, а точнее 298,15. Именно эта точка упоминается в даташите, как единственная точка калибровки сенсора. Таким образом, при температуре 25°C на выходе датчика должно быть 298,15 * 0,010 = 2,9815В.
Рабочий диапазон датчика находится в пределах -40…100°C и во всем диапазоне характеристика датчика очень линейна, что позволяет легко рассчитать показания датчика при любой температуре: сначала надо пересчитать температуру по Цельсию в градусы Кельвина. Затем полученную температуру умножить на 0,010В. Последний ноль в этом числе говорит о том, что напряжение в Вольтах указано с точностью до 1мВ.
Все эти рассуждения и расчеты должны навести на мысль, что при изготовлении терморегулятора не придется ничего градуировать, макая сенсор в кипяток и в тающий лед. Достаточно просто рассчитать напряжение на выходе LM335, после чего останется только выставить это напряжение в качестве задающего на входе сравнивающего устройства (компаратора).
Еще один повод для использования LM335 в своей конструкции это небольшая цена. В интернет магазине его можно купить по цене около 1 доллара. Наверно, доставка обойдется дороже. После всех этих теоретических рассуждений можно перейти к разработке электрической схемы терморегулятора. В данном случае для погреба.
Принципиальная схема терморегулятора для погреба
Чтобы сконструировать терморегулятор для погреба на базе аналогового термодатчика LM335 не надо изобретать ничего нового. Достаточно обратиться к технической документации (Data Sheet) на этот компонент. Даташит содержит все способы применения датчика, в том числе и собственно терморегулятор.
Но эту схему можно рассматривать как функциональную, по которой можно изучить принцип работы. Практически придется дополнить ее выходным устройством, позволяющим включать нагреватель заданной мощности и, естественно, блоком питания и, возможно, индикаторами работы. Об этих узлах будет рассказано несколько позже, а пока посмотрим, что же предлагает фирменная документация, она же даташит. Схема, как она есть, показана на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема подключения датчика LM335
Как работает компаратор
Основой предлагаемой схемы является компаратор LM311, он же 211 или 111. Как и все компараторы, 311-й имеет два входа и выход. Один из входов (2) является прямым и обозначен знаком +. Другой вход — инверсный (3) обозначен знаком «минус». Выходом компаратора является вывод 7.
Логика работы компаратора достаточно проста. Когда напряжение на прямом входе (2) больше, чем на инверсном (3), на выходе компаратора устанавливается высокий уровень. Транзистор открывается и подключает нагрузку. На рисунке 1 это сразу нагреватель, но ведь это функциональная схема. К прямому входу подключен потенциометр, задающий порог срабатывания компаратора, т.е. уставку температуры.
Когда напряжение на инверсном входе больше, чем на прямом, на выходе компаратора установится низкий уровень. К инверсному входу подключен термодатчик LM335, поэтому при повышении температуры (нагреватель уже включен) будет повышаться напряжение на инверсном входе.
Когда напряжение датчика достигнет порога срабатывания, установленного потенциометром, компаратор переключится в низкий уровень, транзистор закроется и отключит нагреватель. Далее весь цикл повторится.
Осталось совсем ничего, — на базе рассмотренной функциональной схемы разработать практическую схему, по возможности простую и доступную для повторения начинающими радиолюбителями. Возможный вариант практической схемы показан на рисунке 4.
Рисунок 4.
Несколько пояснений к принципиальной схеме
Нетрудно видеть, что базовая схема немного изменилась. Прежде всего, вместо нагревателя транзистор будет включать реле, а что будет включать реле об этом чуть позже. Еще появился электролитический конденсатор C1, назначение которого сглаживание пульсаций напряжения на стабилитроне 4568. Но расскажем о назначении деталей чуть подробней.
Питание термодатчика и делителя напряжения уставки температуры R2, R3, R4 стабилизировано параметрическим стабилизатором R1, 1N4568, C1 с напряжением стабилизации 6,4В. Даже если питание всего устройства будет производиться от стабилизированного источника, дополнительный стабилизатор не помешает.
Такое решение позволяет питать все устройство от источника, напряжение которого можно выбрать в зависимости от напряжения катушки реле, имеющегося в наличии. Скорее всего, это будет 12 или 24В. Источник питания может быть даже нестабилизированным, просто диодный мост с конденсатором. Но лучше все-таки не поскупиться и поставить в блок питания интегральный стабилизатор 7812, который обеспечит еще и защиту от КЗ.
Если уж разговор зашел про реле, что можно в данном случае применить? Прежде всего, это современные малогабаритные реле, наподобие тех, что применяются в стиральных машинах. Внешний вид реле показан на рисунке 5.
Рисунок 5. Малогобаритное реле
При всей миниатюрности такие реле могут коммутировать ток до 10А, что позволяет коммутировать нагрузку до 2КВт. Это если на все 10А, но так делать не надо. Самое большее, что можно включить таким реле это нагреватель мощностью не более 1КВт, ведь должен же быть хоть какой-то «запас прочности»!
Совсем хорошо, если реле своими контактами будет включать магнитный пускатель серии ПМЕ, а уж он пусть включает нагреватель. Это один из самых надежных вариантов включения нагрузки. Другие варианты подключения описаны в статье «Как подключить нагрузку к блоку управления на микросхемах». Но практика показывает, что вариант с магнитным пускателем, пожалуй, самый простой и надежный. Возможная реализация такого варианта показана на рисунке 6.
Рисунок 6.
Электропитание терморегулятора
Блок питания устройства нестабилизированный, а поскольку сам терморегулятор (одна микросхема и один транзистор) практически никакой мощности не потребляет, то в качестве источника питания вполне подойдет любой сетевой адаптер китайского производства.
Если сделать блок питания, как показано на схеме, то вполне подойдет небольшой силовой трансформатор от кассетного магнитофона калькулятора или чего-то другого. Главное, чтобы напряжение на вторичной обмотке было не свыше 12..14В. При меньшем напряжении не будет срабатывать реле, а при большем оно просто может сгореть.
Если выходное напряжения трансформатора находится в пределах 17…19В, то тут без стабилизатора не обойтись. Это не должно пугать, ведь современные интегральные стабилизаторы имеют всего 3 вывода, запаять их не так и сложно.
Включение нагрузки
Открытый транзистор VT1 включает реле K1, которое своим контактом K1.1 включает магнитный пускатель K2. Контакты магнитного пускателя K2.1 и K2.2 подключают к сети нагреватель. Следует отметить, что нагреватель включается сразу двумя контактами. Такое решение гарантирует, что при отключенном пускателе на нагрузке не останется фаза, если, конечно все исправно.
Поскольку погреб помещение влажное, иногда очень сырое, в плане электробезопасности очень опасное, то подключение всего устройства лучше всего осуществить с применением УЗО по всем требованиям к современной проводке. О правилах устройства электрической проводки в подвале можно почитать в этой статье.
Каким должен быть нагреватель
Схем терморегуляторов для погреба опубликовано немало. Когда-то их печатал журнал «Моделист-коструктор» и другие печатные издания, а теперь все это изобилие перекочевало в интернет. В этих статьях даются рекомендации, каким же должен быть нагреватель.
Кто-то предлагает обычные стоваттные лампы накаливания, трубчатые нагреватели марки ТЭН, масляные радиаторы (можно даже с неисправным биметаллическим регулятором). Также предлагается использовать бытовые обогреватели с встроенным вентилятором. Главное, чтобы не было прямого доступа к токоведущим частям. Поэтому старые электроплитки с открытой спиралью и самодельные нагреватели типа «козёл» применять ни в коем случае нельзя.
Сначала проверьте монтаж
Если устройство собрано без ошибок из исправных деталей, то особой наладки не требуется. Но в любом случае перед первым включением обязательно проверить качество монтажа: нет ли непропаек или наоборот замкнутых дорожек на печатной плате. И проделывать эти действия надо не забывать, просто взять себе за правило. Особенно это относится к конструкциям, подключаемым к электрической сети.
Настройка терморегулятора
Если первое включение конструкции произошло без дыма и взрывов, то единственное, что надо сделать, это выставить опорное напряжение на прямом входе компаратора (вывод 2), согласно желаемой температуре. Для этого необходимо произвести несколько расчетов.
Предположим, что температура в погребе должна поддерживаться на уровне +2 градуса по Цельсию. Тогда сначала переводим ее в градусы Кельвина, затем полученный результат умножаем на 0,010В в результате получается опорное напряжение, оно же уставка температуры.
Терморегулятор для погреба
Погреб – это помещение, главная задача которого поддерживать определенный микроклимат в любое время года. Основным показателем здесь является температура. Температурный режим позволяет сохранить овощи, фрукты и консервацию длительное время. Чтобы следить за показателями температуры, требуется постоянно включать или отключать отопительные приборы. Терморегуляторы для погреба позволяют корректировать температуру и все время поддерживать оптимальные настройки. Этот прибор напрямую связан с системой отопления.
Терморегулятор для отопления погреба
Принцип работы простой: если в подвале становится слишком холодно, отопление работает, а по достижению оптимальных характеристик –выключается.
Устройство оборудуется датчиком температуры воздуха. Основным элементом этого прибора является термистор, или полупроводник. При колебаниях температуры сопротивление термистора меняется. За счет такого эффекта обеспечивается передача информации в терморегулятор. Датчик может быть встроен в устройство или располагаться отдельно, то есть являться выносным прибором.
Комплект оборудования, в состав которого входят нагревательные элементы и терморегулятор, получил название термостат. Для удобства датчик и отопительные приборы располагаются внутри погреба, а терморегулятор – вне помещения. Таким образом, можно регулировать температуру в подвале, не спускаясь вовнутрь.
В любом случае алгоритм работы всего оборудования для регулировки работы отопления выглядит следующим образом:
- датчик анализирует показания в погребе;
- полученные данные передаются в силовое реле;
- работа системы отопления корректируется, исходя из полученных показаний.
Внимание! Датчики находятся под напряжением, так как являются частью цепи. Существуют тепловентиляторы с независимыми устройствами для снятия показаний температуры, но они используются в погребах очень редко.
Как лучше расположить оборудование
Для оптимальной работы термодатчик необходимо размещать на некотором удалении от отопительных приборов, но не очень далеко. Устройство располагают в непосредственной близости от продуктов, которые хранят в погребе. Оптимальная высота над уровнем пола – 3-5 см.
Довольно часто для обогрева подвальных помещений используют тэны. Если устанавливается один тэн, то датчик лучше монтировать по центру. Если погреб большой, и для его отопления требуется несколько тэнов, измерители монтируют по всему пространству.
Термостат с 5 тэнами
При использовании тепловентиляторов теплый воздух равномерно распределяется по помещению. Поэтому датчик устанавливают рядом с тепловентилятором. Обычно все оборудование монтируют в нижней части стены.
Вопрос установки того или иного терморегулятора во многом зависит от назначения погреба и того, насколько правильно было проведено его строительство. Не всегда глубины подвала хватает для предохранения овощей даже при небольших морозах. В этом случае система отопления должна быть более массивная, следовательно, нужно брать более мощный терморегулятор.
Самая простая схема обогрева погреба основана на использовании ламп накаливания. В этом случае важно выполнить правильное подключение. Важно применять последовательно-параллельное подключение и более мощные лампы. Например, вместо одной лампы в 60 ВТ взять 2 по 95 Вт. При замыкании такой цепочки скачка напряжения не происходит, а, значит, надежность всего термостата повышается.
Внимание! Использование любого электрического оборудования в погребе с повышенной влажностью опасно для жизни. Попадание влаги в приборы приводит к короткому замыканию и выходу из строя всей системы.
В местности, где грунтовые воды расположены у поверхности земли, важно хорошо продумать вопросы герметизации. Если, несмотря на все ваши старания, помещение иногда подтапливается, имеет смысл использовать не электрическое, а водяное отопление. Тем более что терморегуляторы применяют в любых системах. Но нельзя забывать о том, что установка таких коммуникаций предполагает солидный объем работ.
Что необходимо учесть при выборе терморегулятора
В погребе должна постоянно поддерживаться невысокая температура, поэтому выбирать терморегуляторы с широким диапазоном температур нецелесообразно. Оптимальный диапазон – от 00 до +100С.
Требуется обратить внимание на гистерезис – разницу между заданными показателями и температурой, при которой отопление будет включаться или выключаться. У более простых приборов она составляет 10С, сложное оборудование срабатывает при гистерезисе в 0,1 или 0,20С.
Не меньшее значение имеет точность, с которой может быть установлена и поддерживаться температура. Здесь средние показатели составляют 0,50С.
Следует учесть уровень употребляемой мощности. Для обустройства домашнего погреба подходят терморегуляторы с напряжением от 190 до 250 В.
Чем больше устойчивость оборудования к мощностным перегрузкам, тем выше его износостойкость при работе в комплексе с вентиляторами, лампами накаливания и другими нелинейными нагревателями.
Дополнительно терморегулятор комплектуется:
- светодиодом, который будет загораться при включении отопления или при разрыве проводов;
- прибором для измерения влажности – гигрометром;
- управлением с помощью сенсора.
Важно! Все работы по установке проводят при отключенном электричестве. Если речь идет о сложном оборудовании, монтаж осуществляется только специалистами.
Чтобы проверить работоспособность терморегулятора, можно поместить датчик в морозильник, температура которого будет ниже нуля. Следует подождать 5 минут и включить оборудование в сеть. Должен загореться значок «Нагрев». Теперь нужно вытащить датчик и подержать его в руках, значок погаснет. Во время выполнения проверки используют дополнительную нагрузку для имитирования отопительного элемента, например, лампочку накаливания. Без лампы прибор работать не будет.
>Видео
Hyundai Getz 1.4 МТ ›
Бортжурнал ›
Ремонт датчика температуры воздуха б/к Multitronics SL-50v
Решил написать небольшой отчет о ремонте датчика, потому что пытался нагуглить что-нибудь путное, вообще никакой информации по этой теме. Конечно, в итоге получилось совсем не идеально, зато работает 🙂
В 2012 году купил себе бортовой компьютер Мультитроникс SL-50v, т. к. стандартный имел только одометр и два «суточных» счетчика пробега, этого не хватало. Установил у «профессионалов», откалибровал. Всё прекрасно.
Вот такой б/к:
Multitronics-SL50v, фото с сайта производителя
Не так давно датчик температуры воздуха (ДТВ) стал сильно врать:
Показания температуры воздуха. Датчик сильно врет
По косвенным признакам (я всё еще на Земле, могу ходить без скафандра) я догадался, что что-то произошло с ДТВ. Довольно долго искал место его установки, нашел поверх пыльника жгута проводов в том месте, где он идет к водительской двери. К сожалению, не сфотографировал как это было. Датчик был притянут прямо за провод двумя пластиковыми хомутами, причем с офигенным усилием. В итоге при открывании/закрывании двери провод очевидно сломался/перетерся.
Ну что делать, снимаем полочку под рулем:
Снимаем полочку под рулем
Обрезаем датчик, который подключен при помощи двух проводов: черного и черного с белой полосой:
Без датчика
До того как заизолировать концы я попробовал просто соединить два провода вместе, при этом показания б/к бодренько ссыпаются к минусовым температурам. Ага, всё достаточно очевидно: температура зависит от сопротивления датчика. При сопротивлении 0 — минимум температуры, при максимальном сопротивлении (обрыв) — максимум температуры.
Сам датчик представляет собой обычный выводной элемент LM335, который был затянут в термоусадку:
Примерно так это выглядело
Вот он сам датчик (фото не моё):
Датчик температуры воздуха: lm335z
Термоусадку я конечно срезал и увидел, что от датчика отломился один вывод, второй остался на проводе, третий не используется. На данном этапе непонятно какой именно вывод не используется, поскольку электронщик я аховый, даташит вроде почитал, но ничего не понял 🙂 Ничего страшного, схему подключения датчика мы чуть позже установим экспериментальным путем.
Покупаем новый датчик на радиорынке (7 гривен — около $0,6).
Предварительно просто прикладываем его «по месту». Для этого рассоединяем разъем, к которому подключен датчик, два вывода выгибаем в одну сторону, третий — в другую. Нам известно, что правый вывод датчика (если смотреть на плоскую грань) соединяется с черным проводом, значит один из двух оставшихся соединяется с черно-белым проводом. Пробуем сначала левый вывод, неудача (фотографии нет), пробуем средний вывод — работает! Вот как это выглядит в разъеме:
Датчик
Бортовой компьютер показывает более-менее правильное значение (сегодня тепло, +28):
Работает! Температуру показывает нормально.
Всё, теперь мы поступим следующим образом. Левый вывод (если мы смотрим на плоскую грань с маркировкой) нам не нужен — безжалостно откусываем его, а оставшиеся два немного разгибаем в стороны, у меня вышло вот так:
Подготовка датчика к пайке
Припаиваем датчик к кабелю, каждый вывод утягиваем термоусадочкой, подливаем термоклеем для пущей надежности, потом затягиваем в термоусадку всё вместе. Вот на последнем шаге у меня вышел FAIL, я не учел, что датчик в термосоплях не поместится в термоусадку. Пришлось использовать фантазию и незаменимую изоленту.
Датчик припаян и залит термоклеем
Получаем вот такой колхоз:
Готово
Прикручиваем полученный колхоз к жгуту проводов белым хомутиком и получаем колхоз в квадрате 😀
Ставим полочку на место, еще раз проверяем показания температуры:
Всё в порядке
Всё ок, к вечеру немного попрохладнело.
Буду рад любым советам по поводу того куда деть этот датчик. Под бампер тянуть далеко и геморройно, подумываю протянуть его в дверь, но не уверен что он у меня теперь пройдет внутри резинового пыльника жгута проводов.
Обновление:
По поводу датчика. Во-первых это не терморезистор, а специализированная микросхема, которая изображает из себя стабилитрон с напряжением стабилизации 10милливольт*Ткельвин. Ткельвин = Тцельсий+273. То есть при температуре +27С на ней должно быть ровно 3В. Измерять ее исправность омметром — бестолку. Подключение полярное, то есть не все равно какую ножку датчика на какой проводок.
Замена возможная. Импортные LM135, LM235. Отечественные — К1019ЕМ1, К1019ЧТ1. Ну и самое прикольное — автомобильный датчик температуры 19.3828 — внутри него стоит та самая LM235. Этот датчик использовался с микропроцессорными системами зажигания отечественных автомобилей и мозгами впрыска Микас до версии 7 включительно(автомобили ГАЗ, УАЗ, наверняка и на каких-то ВАЗах использовался, просто я не в курсе). Найти его в запчастях — не проблема. Его аналоги от разных производителей — 42.3828 – 405226 – LS0306.
Информация от AlvoF