Projekty AVT
Komora
Komora
2654
2654
termiczna
termiczna
Różne urządzenia elektroniczne muszą długo wet od  55oC do +150oC. W praktyce nie ma dził on, że złącze dwóch różnych metali mo-
i niezawodnie funkcjonować oraz utrzymy- takiej potrzeby. Do testów układów że wydzielać albo pochłaniać ciepło, zależnie
wać wymagane parametry w różnych warun- w podwyższonej temperaturze nie tylko hob- od kierunku przepływu prądu. Nie znaczy to,
kach pracy. Profesjonaliści testują opracowy- byści wykorzystują najzwyklejszą suszarkę że ciepło powstaje bądz
znika, niezgodnie
wane układy w komorach klimatycznych. do włosów, rzadziej piekarnik elektryczny. z zasadami zachowania energii. Można po-
Komora klimatyczna oprócz regulacji tempe- W praktyce okazuje się, że najtrudniej jest wiedzieć, że moduł Peltiera transportuje cie-
ratury ma także możliwość regulacji wilgot- zbadać zachowanie układu w niskich tempe- pło.
ności, dzięki czemu można symulować naj- raturach. Domowa lodówka nie zawsze roz- Zjawisko Peltiera związane jest z budową
różniejsze warunki, jak choćby tropikalne wiązuje problem. materiałów, tworzących złącze. Jak wiado-
czy polarne. Komora klimatyczna może być Przedstawiony układ umożliwia testowa- mo, w sumie za przewodnictwo prądu odpo-
dowolnie programowana, żeby warunki nie niewielkich układów w niskich tempera- wiadają elektrony zawarte w najwyższym pa-
zmieniały się w czasie według wymaganej turach. Będzie także inspiracją dla innych, śmie energetycznym materiału, czy jak kie-
normami procedury testowej. Działanie i pa- specyficznych opracowań. W prezentowa- dyś mówiono, elektrony z najwyższej orbity
rametry urządzenia mogą być sprawdzane na nym modelu zrezygnowałem z możliwości czy powłoki. W każdym razie elektron na
bieżąco, w czasie zjawisk klimatycznych, pracy w podwyższonych temperaturach. Mo- orbicie (w paśmie) ma jakąś energię, zależną
a w niektórych przypadkach urządzenie jest del jest więc ostatecznie komorą chłodniczą. od odległości od jądra. Czym wyższa orbita
poddane cyklowi zmian klimatycznych i te- Plany wykonania komory termicznej po- (pasmo), tym energia elektronu jest większa.
stowane dopiero po zakończeniu takich prób. jawiły się ładnych kilka lat temu, w roku Elektron przechodząc z orbity wyższej na
Szczegółowe procedury testowe zależne są 1995, gdy nie istniała jeszcze Elektronika dla niższą, oddaje energię. Wykorzystujemy to
od przeznaczenia badanych urządzeń i zwią- Wszystkich i gdy pisałem cykl artykułów do zjawisko choćby w diodach LED i lasero-
zanych z nimi norm. Najostrzejsze wymaga- Elektroniki Praktycznej na temat modułów wych, gdzie energia oddawana przez po-
nia stawiane są urządzeniom do celów mili- Peltiera. Póz
niej temat elementów Peltiera szczególne elektrony ma postać kwantów
tarnych, medycznych, lotniczych, itp. i w ta- pojawił się w EdW jako projekt Chłodziarka światła  promieniowania o określonej czę-
kich przypadkach kontrola działania i stało- do piwa (6/1997) oraz w Klubie Konstrukto- stotliwości (i długości fali). Z kolei, aby elek-
ści parametrów z wykorzystaniem komory rów (7, 8/1997). Kilka lat temu zacząłem eks- tron przeszedł z niższej orbity (pasma) na
klimatycznej jest zwykle konieczna. Urzą- perymenty z chłodziarką i komorą termiczną. wyższą, trzeba mu dostarczyć odpowiednią
dzenia do mniej odpowiedzialnych zastoso- Okazało się, że kluczowe znaczenie ma sku- porcję energii.
wań nie muszą być sprawdzane w komorach teczne odbieranie ciepła z modułu Peltiera; Można to zilustrować prostym przykła-
klimatycznych. W wielu wypadkach trzeba powstały próbne modele, w tym model dem piłki na schodach w dwukondygnacyj-
albo po prostu warto sprawdzić tylko działa- z chłodnicą wodną. Inne bieżące prace odsu- nym mieszkaniu. Piłka może spaść z wyższe-
nie w różnych temperaturach. Wtedy można nęły jednak ten ciekawy temat na dalszy plan go piętra na niższe i przy okazji oddać część
wykorzystać prostsze urządzenie, jakim jest i dopiero teraz zmobilizowałem się, by za- swej energii, na przykład tłukąc kosztowny
komora termiczna. Komora termiczna umoż- prezentować przykładowe proste, może tro- wazon stojący w korytarzu na parterze. Piłka
liwia jedynie regulację temperatury, a wilgot- chę zaskakujące rozwiązanie. sama nie wskoczy na piętro, trzeba dostar-
ność wynika z aktualnej zawartości pary czyć jej energii, na przykład precyzyjnym
wodnej i z temperatury. Moduły Peltiera kopnięciem, najlepiej nie za silnym i nie za
Poniższy artykuł zawiera opis prostej ko- Aby zrozumieć działanie oraz właściwości słabym.
mory termicznej. Zasadniczo dobra komora i ograniczenia opisywanej komory termicz- Analogicznie jest z elektronami odpowie-
termiczna powinna umożliwić sprawdzanie, nej koniecznie należy przypomnieć kluczo- dzialnymi za zjawisko Peltiera. Przypuśćmy,
jak zmieniają się parametry urządzeń elektro- we informacje o elementach Peltiera. Podsta- że mamy dwa przewodniki, w których swo-
nicznych przy zmianach temperatury co naj- wą jest tu zjawisko, które odkrył w 1834 bodne elektrony znajdują się na orbitach
mniej w zakresie od  20oC do +120oC, a na- francuski uczony Jean C. A. Peltier. Stwier- (w pasmach) o różnej energii, co wynika
Elektronika dla Wszystkich
13
Projekty AVT
zwłaściwości użytych materiałów. Jeśli przez niać, a druga oddawać ciepło. Rysunek 3 po-
złącze z takich dwóch materiałów popłynie kazuje zasadę działania modułu Peltiera
prąd stały, a więc elektrony będą się poruszać i udowadnia, że wcale nie chodzi o element
w jednym kierunku, to zależnie od kierunku pochłaniający ciepło, tylko o element trans-
prądu złącze będzie albo wydzielać ciepło, portujący ciepło, rodzaj pompy cieplnej  na-
albo pochłaniać ciepło. Obrazowo przedsta- pędzanej prądem.
wia to rysunek 1. Warto pamiętać, że pod względem elek-
trycznym elementy sÄ… umieszczone szerego-
wo, ale pod względem cieplnym  równole-
Rys. 1 gle, co zwiększa możliwości transportu ciepła.
W rzeczywistym ogniwie poszczególne
elementy mają postać kolumienek czy pro-
stopadłościanów i są rozmieszczone nieco Fot. 1
inaczej, niż pokazuje rysunek 3. Sąsiednie
elementy z odmiennego materiału nie styka- ne: jest twardy i niezbyt kruchy. Fotografia 1
ją się bezpośrednio, tylko za pośrednictwem pokazuje moduł Peltiera o wymiarach
miedzianych styków. Obecność miedzi i nie- 40x40x3,8mm.
co inne ukształtowanie elementów czynnych Niewątpliwie zdolność do transportu cie-
Jak widać, w takim złączu kierunek prądu niczego nie zmienia. Przekrój modułu Peltie- pła zależy w jakiś sposób od wymiarów
będzie decydować o tym, czy ciepło jest po- ra pokazany jest na rysunku 4. Rysunek 5 i liczby kolumienek. Ale zależy też od natę-
chłaniane, czy wydzielane. pokazuje działanie przy różnych kierunkach żenia prądu: czym większy prąd, tym więk-
Opisana prosta zasada nie mówi jednak prądu. Zależnie od kierunku prądu, jedną ze szy transport ciepła. Prądu nie można jednak
całej prawdy o rzeczywistych elementach stron nazywany stroną zimną  tu moduł po- zwiększać dowolnie, ponieważ wgrę wcho-
Peltiera, a może nawet wprowadzić wbłąd. chłania ciepło. Druga strona to strona gorąca dzi poważny problem wynikający ze znane-
Po pierwsze, ciepło nie ginie bezpowrotnie  tu moduł wydziela ciepło. Typowy moduł go zjawiska Joule a. Zjawisko Joule a (dżu-
w tajemniczych okolicznościach. Pochłonię- Peltiera to dwie ceramiczne płytki, pomiędzy la) to po prostu wydzielanie się ciepła
te ciepło, które przecież jest formą energii, którymi umieszczono kilkanaście do kilkuset w przewodniku, w którym płynie prąd. Tym
nie znika, tylko pochłonięte w jednym miej- prostopadłościennych kolumienek wykona- razem kierunek pradu nie ma znaczenia, co
scu, zostaje oddane gdzie indziej. Po drugie, nych ze specjalnego stopu. Wiele małych ko- ilustruje rysunek 6. A przecież każdy prze-
nie można ot tak po prostu pochłaniać du- lumienek połączonych elektrycznie w szereg wodnik ma jakiś opór  rezystancję. Prąd
żych ilości ciepła na pojedynczym złączu, bo umieszczonych jest między dwiema (zwykle płynący przez rezystancję wywołuje zamia-
pojedyncze złącze jest stosunkowo mało wy- kwadratowymi) płytkami ceramicznymi, peł- nę mocy elektrycznej na ciepło. Zależność tę
dajne. Aby uzyskać znaczną wydajność pro- niącymi rolę szkieletu mechanicznego. Płyt- określa znany wzór:
cesu, należy zastosować wiele takich złącz. ki te muszą też pełnić rolę izolatora elek- P= I2R
Z kilku względów zestaw takich złączy nale- trycznego i elementu dobrze przewodzącego
ży połączyć szeregowo. Sytuację ilustruje ciepło. Najczęściej wykonane są z tlenku gli-
rysunek 2. Porównanie z rysunkiem 1 poka- nu (Al O ), materiału, który jako izolator ma
2 3
zuje natychmiast, że w takim dziwnym two- wyjątkowo dobre właściwości elektryczne
rze jednocześnie co drugie i jednocześnie znakomicie przewodzi ciepło,
złącze chłodzi, a co drugie a do tego ma dobre właściwości mechanicz-
grzeje. Ciepło pobierane
w złączach  chłodzących
jest oddawane w sÄ…siednich
złączach  grzejących . Rysu-
nek 2 potwierdza opinię, że
nie ma nic za darmo, i że za- Rys. 4
sada zachowania energii jest
zachowana  ciepło nie ginie Rys. 5
i nie pojawia siÄ™ znikÄ…d. Aby Rys. 6
praktycznie wykorzystać taki
zestaw, należy złącza rozmie- Już ten wzór pokazuje, że straty cieplne są
ścić na zasadzie pokazanej na Rys. 2 wprost proporcjonalne do drugiej potęgi prą-
rysunku 3. Wtedy jedna stro- du. Tymczasem transport ciepła wskutek zja-
na zestawu będzie pochła- Rys. 3 wiska Peltiera rośnie liniowo ze wzrostem
prądu. Jeśli zaznaczylibyśmy na rysunku, jak
przy wzroście prądu zmienia się zdolność
transportu ciepła oraz straty mocy wynikają-
ce ze zjawiska Joule a, otrzymamy wykresy,
jak na rysunku 7. NiebieskÄ… linia zaznaczy-
łem zdolności transportowe, a czerwona linia
pokazuje wydzielanie się ciepła w rezystancji
modułu. Problem polega na tym, że moduł
musi przepompować nie tylko ciepło ze strony
zimnej na gorącą, ale też musi wypompować
na stronę gorącą ciepło Joule a, wydzielane
Elektronika dla Wszystkich
14
Projekty AVT
w rezystancji modułu. Czym większy prąd, my skutecznie odebrać te duże ilości ciepła Ogranicza to jego możliwości. Rysunek 9
tym szybciej rosną straty w rezystancji i tym ze strony gorącej. Ale moduły Peltiera (i in- pokazuje nieco uproszczone charakterystyki
mniej  ciepła zewnętrznego przepompowuje ne układy o podobnym działaniu) mogą też przykładowego modułu. Pierwotna zielona
moduł. Na rysunku 7 zaznaczyłem punkt P. pełnić inne role: mogą służyć do ogrzewania. krzywa z rysunku 7 to krzywa górna, doty-
Przy takim prądzie cała moc pompowania Nazywane są pompami cieplnymi, i o dziwo, cząca zerowej różnicy temperatur między
ciepła (zjawisko Peltiera) zostanie wykorzy- uzyskują sprawność powyżej 100%. Znów stronami modułu. Niższe, szare krzywe doty-
stana do usunięcia ciepła Joule a z wnętrza nie jest to zaprzeczenie zasady zachowania czą coraz większych różnic temperatur. Dol-
modułu i moduł ten nie będzie w ogóle peł- energii  na stronie gorącej uzyskujemy nie na, czerwona wskazuje, że przy dużej różni-
nić przewidzianej roli  nie będzie pochłaniał tylko doprowadzoną moc elektryczną, ale też cy temperatur obu stron zdolności transporto-
ciepła na stronie zimnej. moc przepompowaną ze strony gorącej. Ta- we są bliskie zera. Oznacza to, że dany mo-
kie systemy są już wykorzystywane, ale na duł Peltiera nawet w najlepszych warunkach
razie koszt ich zainstalowania nie rekompen- nie jest w stanie wytworzyć większej różnicy
suje podwyższonej sprawności. temperatur. Dla każdego modułu w katalogu
podaje się tę największą możliwą do osią-
gnięcia różnicę temperatur  zazwyczaj wy-
nosi ona 60...70oC. Dla modułów użytych
w modelu różnica ta wynosi według danych
katalogowych około 67oC. Wydawałoby się,
że da to znakomite parametry: jeśli strona go-
rąca będzie skutecznie chłodzona wodą
z kranu o temperaturze około +12oC, tempe-
Rys. 7 ratura strony zimnej powinna wynieść
 55oC. W rzeczywistości takiej temperatury
Oznacza to, że moduł Peltiera miałby cha- osiągnąć się nie da. Po pierwsze, w praktyce
rakterystykę  niebieską tylko wtedy, jeśli Rys. 8 nie uda się idealnie odebrać ciepła ze strony
nie występowałyby w nim straty mocy Jou- gorącej, by miała ona tylko +12oC, jak cho-
le a w postaci ciepła. Byłaby to znakomita Dotychczasowe rozważania nie pokazują dząca ją woda. Po drugie, jak wskazuje rysu-
pompa cieplna: na stronie gorącej wydzieli- wszystkich ograniczeń związanych z wyko- nek 9, przy maksymalnej różnicy temperatur
łoby się dokładnie tyle ciepła, ile pobrane zo- rzystaniem modułów Peltiera do budowy ty- moc chłodzenia jest... równa zero. Tymcza-
stałoby na stronie zimnej. Na rysunku 7 zie- tułowej komory termicznej. Zielona charak- sem w praktycznej realizacji nie uda się ide-
lonym kolorem zaznaczyłem wypadkową terystyka z rysunku 7 dotyczy sytuacji alnie zaizolować cieplnie chłodzonej komory
charakterystykę chłodzenia modułu, otrzy- w pewnym sensie sztucznej, gdy temperatura testowej. Moduł podczas pracy stale będzie
maną z odjęcia od charakterystyki transpor- z obu stron modułu jest jednakowa. W prak- musiał wypompowywać z komory pewną
towej (niebieskiej) ciepła Joule a (czerwo- tyce taka sytuacja panuje tylko przez krótką ilość ciepła, napływającego przez niedosko-
na). Krzywa zielona to charakterystyka rze- chwilę po włączeniu prądu. Temperatury nałą izolację i ciepła wydzielanego w ukła-
czywistego modułu. Pokazuje ona, że nie z obu stron są jednakowe i moduł w miarę dzie elektronicznym testowanym w komorze.
można nadmiernie zwiększać wartości prądu skutecznie transportuje ciepło z jednej strony
pracy modułu. W zależności od wielkości, na drugą. W miarę pracy modułu w systemie
materiału i proporcji wymiarów elementar- chłodziarki lub właśnie komory termicznej
nych kolumienek istnieje jakaś wartość prądu na stronie zimnej temperatura obniża się,
optymalnego Iopt, przy którym moduł trans- a temperatura strony gorącej wzrasta wsku-
portuje najwięcej ciepła ze strony zimnej na tek nieidealnego odbierania zeń ciepła. To
gorącą  na rysunku 7 wyznacza to punkt X. oczywiste, że podczas pracy modułu, pomię-
I tej wartości prądu nie należy w żadnym wy- dzy stroną gorącą i zimną wytwarza się jakaś
padku przekraczać  niekiedy z innych różnica temperatur. I tu daje o sobie znać ko-
względów warto nawet pracować przy nieco lejne szkodliwe zjawisko. Kolumienki modu-
niższej wartości prądu. łu zbudowane są ze stopu przewodzącego
Przy okazji warto zwrócić uwagę, że zie- ciepło. Tym razem chodzi o najzwyczajniej- Rys. 9
lona krzywa na rysunku 7 pokazuje zdolność sze przewodzenie ciepła w materiałach, za-
chłodzenia strony zimnej w funkcji prądu. chodzące wszędzie tam, gdzie występują róż- Kluczowym elementem w komorze chło-
Jest to więc charakterystyka strony zimnej nice czy inaczej gradient temperatury. Zjawi- dzącej jest jeden lub kilka modułów Peltiera.
i powstaje przez odjęcie charakterystyk nie- sko to daje o sobie znać dopiero po wytwo- Minimalna uzyskiwana temperatura zależy od
bieskiej i czerwonej. Charakterystyka strony rzeniu różnicy temperatur między stroną konstrukcji komory, jej izolacji cieplnej oraz
gorącej będzie inna: tu wydzieli się zarówno zimną i gorącą i niewątpliwie też jest zjawi- od skuteczności odbierania ciepła ze strony go-
transportowane ciepło, jak i ciepło Joule a. skiem szkodliwym. Czym większa różnica rącej. Wcześniejsze próby wykazały, że jedy-
Charakterystyka strony gorącej powstanie temperatur między obiema stronami, tym nym skutecznym sposobem, umożliwiającym
przez zsumowanie charakterystyk niebieskiej większy szkodliwy przepływ ciepła w  nie- uzyskanie temperatur znacznie poniżej zera
i czerwonej. Na rysunku 7 jest to krzywa po- właściwą stronę. Wcześniej stwierdziliśmy, jest wykorzystanie chłodzenia wodnego. Jakie-
marańczowa. że moduł musi wypompować szkodliwe cie- kolwiek klasyczne radiatory, nawet z wymu-
Charakterystyki zielona i pomarańczowa pło Joule a, powstające w rezystancji wsku- szonym obiegiem powietrza za pomocą wenty-
dobitnie świadczą, że moc wydzielana na tek strat. Teraz okazuje się, że moduł musi latorów, dają nieporównanie gorsze wyniki.
stronie gorącej będzie dużo większa niż moc też przeciwstawić się nieuchronnej tendencji W praktyce największym problemem przy
chłodzenia - przy prądzie Iopt 3-krotnie. Ilu- do wyrównywania temperatur między stro- wykonywaniu komory opisanego typu będzie
struje to rysunek 8. W praktyce oznacza to, nami wskutek  zwyczajnego przewodzenia wykonanie wymiennika ciepła, wewnątrz
że jeśli chcemy zbudować chłodziarkę, musi- ciepła (zwłaszcza przez kolumienki modułu). którego ma przepływać zimna woda z kranu.
Elektronika dla Wszystkich
15
Projekty AVT
I właśnie nie część elektroniczna, tylko Potencjometr P1 pozwala ustawić potrzeb- Górna granica regulacji temperatury wy-
wymiennik ciepła oraz staranność wykona- ną temperaturę w szerokim zakresie od  20oC znaczona jest głównie przez wartość R6. Przy
nia izolacji cieplnej zadecydują o końcowym do około +150oC. Napięcie w punkcie E od- podanych na schemacie wartościach elemen-
efekcie. powiada wartości nastawionej temperatury. tów ta górna granica wynosi około +150oC.
Napięcia w punktach D, E odpowiadają Kto chciałby ją obniżyć, może zmniejszyć
Opis układu temperaturom bezwzględnym (temperatura wartość R6 i ewentualnie skorygować warto-
W modelu pokazanym na fotografiach pracu- w kelwinach pomnożona przez 10mV). Przy- ści R5, R11, R13, żeby w punkcie C uzyskać
ją dwa moduły Peltiera o wymiarach kładowo temperaturze +20oC odpowiada na- 2,73V, a w punkcie B 2,53V.
40x40x3,8mm produkcji rosyjskiej, pocho- pięcie 2,93V, a temperaturze 0oC  napięcie Dzięki zastosowanemu rozwiązaniu, do po-
dzące z warszawskiej firmy Semicon. Połą- 2,73V. Aby odczytać temperaturę w skali miaru aktualnej i nastawionej temperatury wy-
czone są one szeregowo, a więc ich napięcie Celsjusza, należy wprowadzić przesunięcie starczy jakikolwiek woltomierz o zakresie 2V.
pracy wynosi około 24V. o te 2,73V (teoretycznie 2,7315V). Służy te- Oprócz obwodów pomiarowych, opisy-
W najprostszym przypadku komorę chło- mu dzielnik R6, R12 i wtórnik U1C. Za po- wany układ ma także obwody wykonawcze
dzącą można wykonać bez jakichkolwiek mocą potencjometru montażowego PR1 na- do sterowania modułami Peltiera oraz grzał-
układów automatyki. Napięcie zasilające mo- leży tak ustawić napięcie stabilizacji układu kami. Dwa wzmacniacze różnicowe U2A,
duły powinno być dobrze filtrowane (tętnienia U4, żeby w punkcie C uzyskać napięcie U2C porównują temperaturę nastawioną (na-
poniżej 10%), ale nie musi być stabilizowane. 2,73V, odpowiadające temperaturze 0oC. pięcie z punktu E) z aktualną temperaturą
Trzeba zapewnić możliwość regulacji prądu, Jak widać na schemacie, do punktu C do- czujnika (napięcie z punkty D). Wzmacniacze
na przykład skokowo według rysunku 10. łączony jest woltomierz, którego drugi zacisk są niemal identyczne, różnią się tylko kierun-
Wartość rezystancji ograniczającej Rx trzeba przełącznik S1 łączy albo z punktem D, albo kiem zmian napięcia wyjściowego. Jeżeli
dobrać, by prąd nie przekroczył dopuszczalnej E. Pozwala odczytać zarówno aktualną tem- aktualna temperatura jest wyższa od nasta-
dla zastosowanych modułów wartości 6A i by peraturę wnętrza komory (D), jak też wartość wionej, na wyjściu wzmacniacza U2A napię-
uzyskać jak najniższą temperaturę. ustawioną (E). cie jest praktycznie równe zeru. Wzmacniacz
W prezentowanym modelu zastosowany Rezystor R13 i potencjometr PR2 pozwala- U2B dba o to, by na rezystorze kontrolnym
jest elektroniczny sterownik modułu z czuj- ją ustawić dolną granicę
nikiem temperatury. Pełny schemat ideowy regulacji temperatury.
sterownika pokazany jest na rysunku 11. Dodatkowo wykorzysta-
Układ jest zasilany napięciem stabilizo- ny jest tu wzmacniacz
wanym przez stabilizator 7809 (U3). U1D  w punkcie C wy-
Czujnikiem temperatury jest popularny stępuje napięcie odpo-
układ LM335 (D2), natomiast jeszcze bar- wiadające minimalnej
dziej popularna kostka TL431 jest z
ródłem temperaturze ustawianej
napięcia wzorcowego. potencjometrem P1. Po-
Jak wiadomo, napięcie na czujniku tencjometrem PR2 nale-
LM335 jest proporcjonalne do temperatury ży ustawić w punkcie
bezwzględnej, wyrażonej w kelwinach (ze B napięcie równe 2,53V,
współczynnikiem 10mV/K). Napięcie to po- co odpowiada tempera-
dane z punktu A na wtórnik U1A dostępne turze  20oC. Punkt B bę- Rys. 10
jest w punkcie D jako rzeczywista wartość dzie wykorzystywany
temperatury czujnika i wnętrza komory. bardzo rzadko. Rys. 11 Schemat ideowy
LM 335
Elektronika dla Wszystkich
16
Projekty AVT
R18 napięcie też było równe zeru  tranzy- Bezpieczniej jest wykorzystać sposób storze T2. Wystarczy dodać dobrany rezystor
stor T1 jest zatkany i grzałki nie pracują. z oddzielnymi grzałkami, którymi mogą być szeregowy w obwodzie zasilania według
Jednocześnie na wyjściu wzmacniacza rezystory mocy. A tranzystor T1 można za- wcześniejszego rysunku 10. Przy większych
U2C napięcie jest znacznie wyższe od poten- montować na metalowej obudowie komory, napięciach, na tranzystorze tym zupełnie nie-
cjału masy. Rezystor R17 i dioda D4 ograni- żeby i on brał udział w podgrzewaniu. W ta- potrzebnie dodatkowo wydzielałaby się duża
czają napięcie na wejściu  dodatnim kim przypadku trzeba też zwrócić uwagę na ilość ciepła, z którego usunięciem musiałaby
U1D do wartości około 0,6V. Wzmacniacz tranzystor T1, żeby nie przekroczyć dopu- sobie poradzić chłodnica wodna, tracąc przy
U1D otwierając odpowiednio tranzystor T2 szczalnej temperatury złącza równej +150oC. tym część swojej wydajności.
dba, żeby takie samo napięcie wystąpiło na Jeśli izolacją cieplną byłby styropian, Uzyskane parametry komory zależą
R19. Napięcie 0,6V na rezystorze R19 o war- trzeba tak umieścić T1 oraz grzałki, żeby po w największym stopniu od izolacji komory.
tości 0,1 oznacza, że maksymalny prąd pły- rozgrzaniu nie stopiły styropianu. Może trze- Warto jak najstaranniej wykonać izolację cie-
nący przez tranzystor T2 i moduły Peltiera ba będzie zastosować inny materiał izolacyj- plną. Chodzi nie tylko o izolację od otocze-
jest ograniczony do około 6A. ny (wełna mineralna, wata szklana). nia, ale co bardzo ważne, także o izolację cie-
Wzmacniacz U1D, tranzystor T2 i rezy- W prezentowanym modelu nie ma grzałek plną w okolicach modułów Peltiera. Istotnym
stor R19 stanowią więc z
ródło prądowe ste- i obwody ze wzmacniaczami U2A, U2B są błędem byłby brak izolacji między chłodnicą
rowane napięciem z diody D4. Zastosowanie niewykorzystane. W ten sposób model jest a komorą, gdzie z konieczności odległości
takiego sterowania prądowego jest korzyst- tylko komorą chłodniczą. elementów o różnych temperaturach są nie-
ne, bo uniezależnia prąd modułów Peltiera wielkie. Jak wskazuje rysunek 9, warto też
zarówno od napięcia zasilania, jak i zmian Montaż i uruchomienie eksperymentalnie dobrać optymalną wartość
charakterystyki modułów pod wpływem tzw. Sterownik można zmontować na płytce dru- prądu, dającą najniższą temperaturę.
zjawiska Seebecka. kowanej, pokazanej na rysunku 12. Opis re- W czasie pracy komory przepływ wody
Tu należy podkreślić, że typ diody D5 gulacji PR1, PR2 podany był wcześniej. chłodzącej musi być taki, żeby wzrost tempe-
i wartość R17 umożliwiają dość dokładne W prezentowanym modelu komora wykona- ratury chłodnicy był możliwie mały.
dobranie optymalnego prądu modułów. na jest ze zwyczajnego garnka aluminiowego Na koniec chciałbym serdecznie podzię-
Dociekliwi Czytelnicy mogą się zastana- o średnicy 18,5cm i wysokości 12cm. Chło- kować Danielowi Loretzowi z Warszawy za
wiać, dlaczego nie wykorzystać modułów dnica wodna i sterownik są zamocowane na pomoc w wykonaniu modelu, a konkretnie
Peltiera także do grzania, przez zmianę kie- dnie garnka, jak pokazują fotografie. Czujnik aluminiowej chłodnicy wodnej.
runku prądu. Taka zmiana jest możliwa, nale- temperatury umieszczony jest na drucie we-
ży jednak wziąć pod uwagę, że kolumienki wnątrz garnka. Tranzystor T2 został umie- Piotr Górecki
w modułach Peltiera są montowane z wyko- szczony na chłodnicy wodnej, co gwarantuje
rzystaniem stopu lutowniczego o stosunko- mu znakomite warunki chłodzenia. Mimo
wo niskiej temperaturze topnienia. A
atwo wszystko warto zadbać, żeby spadek napię-
mogłoby się zdarzyć, by moduł rozgrzał się cia na tranzystorze był jak najmniejszy (ma-
do temperatury powyżej +200oC, co mogło- ksimum kilka woltów). Chodzi o zmniejsze- Wykaz elementów
by doprowadzić do rozlutowania połączeń nie niepotrzebnych strat cieplnych w tranzy- Rezystory:
R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5,6k&!
i nieodwracalnego uszkodzenia.
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,2k&!
Rys. 12 Schemat montażowy R3,R7,R8,R14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,64k&! 1%
R4,R9,R10,R15 . . . . . . . . . . . . . . .332k&! 1% (301k&!...402k&! 1%)
R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12k&!
R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15k&!
R11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20k&!
R12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27k&!
R13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k&!
R16,R17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100k&!
R18,R19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,1&! 5W
P1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k&! potencjometr
PR1,PR2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k&! PR
Kondensatory:
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/16V
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/40V
Półprzewodniki:
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4001
D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BZX55C5V6
D3,D4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4148
T1,T2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BS170
U1,U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM324
U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM7809
U4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .TL431
Inne:
G1,G2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .grzałki
Pc1,Pc2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .moduły Peltiera
S1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .przełącznik
Płytka montażowa jest dostępna
m
j
d
w sieci handlowej AVT
h
A
jako kit szkolny AVT-2654A.
k
s
A
2
Elektronika dla Wszystkich
17