Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików
P R O J E K T Y
Uniwersalny regulator
temperatury
dla fotografików
kit AVT-427
Kontynuujemy cykl opisÛw
ukÅ‚adÛw dedykowanych
fotografikom amatorom, ktÛrzy
wbrew naszym obawom
Zachowanie właściwej tempe-
bynajmniej nie wymarli, ale
ratury kÄ…pieli fotochemicznych,
majÄ… siÍ dobrze i interesujÄ…
a w szczegÛlnoÅ›ci wywoÅ‚ywacza, regulator musiaÅ‚by w zaÅ‚oÅ‚eniu
siÍ przeznaczonymi dla nich
jest dla prawidÅ‚owego przeprowa- byĘ obarczony duÅ‚ym bÅ‚Ídem sta-
konstrukcjami elektronicznymi.
dzenia obrÛbki materiaÅ‚u fotogra- bilizowanej temperatury. Zastoso-
Dostali juł od EP opis
ficznego sprawÄ… najwyÅ‚szej wagi. wanie potencjometrÛw wieloobro-
konstrukcji zegara
Wałna jest nie tylko wartośĘ towych z wbudowaną skalą po-
ciemniowego, lampy
temperatury, ale takÅ‚e jej powta- prawiaÅ‚o wprawdzie precyzjÍ dzia-
ciemniowej, a teraz przyszła rzalnośĘ przez dłułszy czas. Bez łania termostatu, ale znacznie
stosowania odpowiednich ukÅ‚a- komplikowaÅ‚o posÅ‚ugiwanie siÍ
pora na stabilizator
dÛw elektronicznych zapewnienie nim. W naszym ukÅ‚adzie moÅ‚emy
temperatury kąpieli uływanych
wÅ‚aÅ›ciwych warunkÛw pracy bezpoÅ›rednio odczytaĘ z wyÅ›wiet-
podczas obrÛbki materiaÅ‚Ûw
w ciemni jest wiÍc absolutnie nie- lacza wartośĘ stabilizowanej tem-
zarÛwno negatywowych, jak
mołliwe. peratury i ewentualnie ją skorygo-
i pozytywowych.
Proponowany układ nazwaliś- waĘ.
my ìregulatorem temperatury dla UkÅ‚ad zaprojektowany zostaÅ‚
fotografikÛwî, bo takie jest jego z zastosowaniem wyÅ‚Ä…cznie tanich
podstawowe przeznaczenie. Nie i Å‚atwo dostÍpnych w handlu ele-
oznacza to jednak, Å‚e naszego mentÛw. Jego cena nie bÍdzie
układu nie mołna zastosowaĘ do wysoka, a i wykonanie nie przy-
regulacji temperatury w akwarium sporzy kÅ‚opotÛw nawet Å›rednio
czy w pomieszczeniach mieszkal- zaawansowanym w sztuce kon-
nych, nie mÛwiÄ…c o zastosowa- struktorskiej Czytelnikom. Wielkie
niach przemysłowych. Propono- znaczenie ma fakt, łe układ nie
wany ukÅ‚ad moÅ‚e znaleüĘ zasto- wymaga jakiejkolwiek, zwykle kÅ‚o-
sowanie wszÍdzie tam, gdzie do potliwej kalibracji, z wyjÄ…tkiem
ogrzewania wykorzystuje siÍ grzaÅ‚- ustawienia napiÍcia odniesienia
ki lub piecyki elektryczne. miliwoltomierza.
Układ łączy w sobie precyzyj-
ny termometr ze stabilizatorem Opis działania układu
temperatury o bardzo dobrych pa- Schemat elektryczny termosta-
rametrach. A wiÍc wÅ‚aÅ›ciwie sÄ… to tu zostaÅ‚ przedstawiony na rys. 1.
dwa urzÄ…dzenia: termometr i ter- UkÅ‚ad moÅ‚emy podzieliĘ na piÍĘ
mostat. RozwiÄ…zanie takie pozwa- podstawowych blokÛw funkcjo-
la uniknąĘ wielu problemÛw, ta- nalnych:
kich jak np. tworzenie precyzyjnej 1.Blok wzmacniacza bÅ‚Ídu termo-
skali do termostatu, Jak dotąd statu zrealizowany na układzie
było to zadanie bardzo trudne: LMC6041 (IC5).
jełeli zastosowaliśmy potencjometr 2.Układ pomiarowy termometru
jednoobrotowy, to wykonanie do zbudowany z wykorzystaniem
niego skali o zakresie np. 50OC by- ICL7107.
ło praktycznie niemołliwe i taki 3.Układ wykonawczy termostatu
Elektronika Praktyczna 6/98
49
Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików
skÅ‚adajÄ…cy siÍ z triaka Q1 i ste-
rujÄ…cego nim optotriaka Q2.
4.Układ regulujący jasnośĘ świe-
cenia wyświetlaczy LED, nie-
zbÍdny przy pracy w ciemni
fotograficznej, zrealizowany na
układzie NE555 (IC6).
5.Blok zasilania dostarczajÄ…cy na-
piÍcie dodatnie (IC4) i ujemne
wzglÍdem masy (IC2).
DziÍki zastosowaniu w ukÅ‚a-
dzie nowoczesnego, precyzyjnego
scalonego czujnika temperatury ty-
pu LM35, układ termostatu został
uproszczony do minimum. MinÍÅ‚y
juł czasy, kiedy do budowy ter-
Rys. 1. Schemat elektryczny układu.
Elektronika Praktyczna 6/98
50
Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików
mometrÛw i termostatÛw uÅ‚ywaÅ‚o rezystorÛw
siÍ w charakterze czujnikÛw ter- R13 i R14.
mistorÛw lub diod krzemowych Zastosowanie
wÅ‚Ä…czonych w kierunku przewo- dwÛch poten-
dzenia. Pierwsze z nich miaÅ‚y cjometrÛw
bardzo nieliniowe charakterystyki, zamiast jed-
co bardzo komplikowaÅ‚o budowÍ nego jest
układu i powodowało koniecznośĘ kompromi-
przeprowadzania uciÄ…Å‚liwej regu- sem pomiÍ-
lacji. Spadek napiÍcia na diodzie dzy cenÄ…
krzemowej jest wprawdzie linio- podzespoÅ‚Ûw
wy w funkcji temperatury, ale potrzebnych
o maÅ‚ym nachyleniu i trzeba wÛw- do zbudowa-
czas stosowaĘ dodatkowy wzmac- nia urządze-
niacz i przeprowadzaĘ kalibracjÍ nia, a kom-
ukÅ‚adu w dwÛch dokÅ‚adnie zna- fortem jego
nych punktach odniesienia, naj- obsługi. Roz-
czÍÅ›ciej temperatury zamarzania wiÄ…zaniem
i wrzenia wody. lepszym by-
Zastosowanie czujnika LM35 Å‚oby z pew-
eliminuje wszystkie problemy nością zasto-
zwiÄ…zane z kalibracjÄ… i regulacjÄ… sowanie jed-
przyrzÄ…dÛw pomiarowych. Na wyj- nego poten-
ściu tego niezwykle ułytecznego cjometru wie-
ukÅ‚adu wystÍpuje napiÍcie, ktÛrego loobrotowego,
wartośĘ jest proporcjonalna do tzw. Hellipo-
temperatury otoczenia, przy czym ta.
1OC = 10mV. Tak wiÍc, jeÅ‚eli na Cena ta-
wyjÅ›ciu LM35 wystÍpuje napiÍcie kiego poten-
200mV to oznacza to, łe układ cjometru jest
znajduje siÍ w Å›rodowisku o tem- bardzo wyso-
peraturze 20OC. NapiÍcie 1500 mV ka i dlatego
oznacza maksymalną, dodatnią zastosowałem
temperaturÍ jakÄ… ukÅ‚ad moÅ‚e mie- w ukÅ‚adzie
rzyĘ, czyli 150OC. Jak z tego wy- potencjometr
nika, budowa termometru wyko- P1 o wartości
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
rzystującego LM35 jako czujnik 4,7k&!, słułą-
temperatury jest zadaniem dziecin- cy do zgrubnej regulacji napiÍcia, R11 i przez diodÍ wewnÄ…trz op-
nie prostym: wystarczy do jego a tym samym temperatury i P2 totriaka popłynie prąd. Spowodu-
wyjścia dołączyĘ miliwoltomierz przeznaczony do regulacji precy- je to włączenie triaka Q1 i tym
o zakresie 1999mV i po sprawie! zyjnej. Jełeli jednak ktoś, nie samym zasilenie urządzenia ogrze-
WyjÅ›cie czujnika temperatury liczÄ…c siÍ z kosztami, chciaÅ‚by wajÄ…cego.
jest doÅ‚Ä…czone do wejśĘ dwÛch uzyskaĘ wiÍkszy komfort obsÅ‚ugi Zastosowanie optotriaka po-
ukÅ‚adÛw: wejÅ›cia miliwoltomierza termostatu, to moÅ‚e zastÄ…piĘ te zwoliÅ‚o uniknąĘ dwÛch proble-
i komparatora napiÍcia. dwa elementy jednym potencjo- mÛw: odizolowania ukÅ‚adu od
Czujnik temperatury zostaÅ‚, za metrem wieloobrotowym o war- napiÍcia sieci energetycznej i eli-
poÅ›rednictwem rezystora R15 do- toÅ›ci 4,7k&!. minacjÍ zakÅ‚ÛceÒ radioelektrycz-
Å‚Ä…czony takÅ‚e do wejÅ›cia 2 kom- JeÅ‚eli napiÍcie na wejÅ›ciu 2 IC5 nych, ktÛre mogÅ‚yby powstawaĘ
paratora napiÍcia, zbudowanego jest niÅ‚sze od napiÍcia na wejÅ›ciu w momentach wÅ‚Ä…czania i wyÅ‚Ä…-
na wzmacniaczu operacyjnym 3, to na wyjÅ›ciu wzmacniacza czania grzaÅ‚ek. PomiÍdzy diodÄ…
LMC6041 (IC5). CechÄ… charakte- operacyjnego wystÍpuje stan niski nadawczÄ… LED i strukturÄ… optot-
rystycznÄ… tego wzmacniacza ope- (o ile moÅ‚na mÛwiĘ o stanie nis- riaka znajduje siÍ warstwa two-
racyjnego jest to, łe umołliwia on kim w kontekście wzmacniacza rzywa sztucznego o odporności na
pracÍ z napiÍciami wejÅ›ciowymi operacyjnego). Tranzystor T1 nie przebicie napiÍciem wielu kilo-
bliskimi zeru, przy pojedynczym przewodzi i dioda LED zawarta woltÛw, co gwarantuje nam peÅ‚ne
napiÍciu zasilania. Ta wÅ‚aÅ›nie w strukturze optotriaka nie jest bezpieczeÒstwo pracy nawet
cecha zadecydowała o zastosowa- włączona. Zmiana proporcji na- w wilgotnym pomieszczeniu. Op-
niu tego elementu: umoÅ‚liwi on piÍĘ na wejÅ›ciach komparatora, totriak moÅ‚e wÅ‚Ä…czyĘ triak jedynie
stabilizacjÍ temperatur niewiele wskazujÄ…ca, Å‚e zmierzona tempe- przy napiÍciu rzÍdu kilku wol-
wyÅ‚szych niÅ‚ 0OC. Na drugie ratura jest niÅ‚sza od ustawionej, tÛw, co caÅ‚kowicie eliminuje
wejÅ›cie komparatora napiÍcia po- spowoduje pojawienie siÍ ìstanu ewentualne zakÅ‚Ûcenia.
dawane jest napiÍcie uzyskiwane wysokiegoî na wyjÅ›ciu IC5. Baza WaÅ‚nÄ… rolÍ w ukÅ‚adzie peÅ‚ni
z dzielnika napiÍcia zbudowanego tranzystora T1 zostanie spolaryzo- generator impulsÛw o zmiennym
z potencjometrÛw P1 i P2 oraz wana za poÅ›rednictwem rezystora wypeÅ‚nieniu, zbudowany z wyko-
Elektronika Praktyczna 6/98
51
Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików
rzystaniem, tak przeze mnie lubia- Å‚Ä…czaniem obciÄ…Å‚enia. Jednak
WYKAZ ELEMENTÓW
nego, NE555 (IC6). Podstawowym w wiÍkszoÅ›ci przypadkÛw bez-
Rezystory
przeznaczeniem naszego układu władnośĘ cieplna grzałek zapewni
PR1: 1k&! wieloobrotowy
jest praca w ciemni fotograficznej, całkowitą stabilnośĘ pracy układu
potencjometr montażowy
gdzie jak sama nazwa wskazuje, i rezystor R12 mołemy pominąĘ.
P1: 4,7k&!/A potencjometr
powinno byĘ raczej ciemno. Aby
obrotowy
uchroniĘ materiały pozytywowe Montał i uruchomienie
P2: 470&!/A potencjometr
przed zadymieniem, zastosowaliÅ›- Na rys. 2 przedstawiono roz-
obrotowy
my dwa zabiegi zabezpieczajÄ…ce. mieszczenie elementÛw na pÅ‚ytce
P3: 47k&!/A potencjometr
Jak stwierdzono, pozytywowe ma- drukowanej. PÅ‚ytka bazowa, na
obrotowy
teriaÅ‚y barwne sÄ… bardzo maÅ‚o ktÛrej zamontowana zostanie wiÍk-
R1, R15: 100k&!
wraÅ‚liwe na Å›wiatÅ‚o emitowane sza czÍśĘ elementÛw, wykonana
R2, R12: 1M&!
przez Å‚ÛÅ‚te diody LED i w naszym jest z laminatu jednostronnego,
R3: 470k&!
układzie zastosujemy wyświetlacze natomiast mniejsza płytka wy-
R4, R6, R16: 1k&!
siedmiosegmentowe o takiej właś- świetlaczy z laminatu dwustron-
R5: 510&!
nie barwie Å›wiecenia. WyÅ›wietla- nego z metalizacjÄ… obwodÛw.
cze zasilane bÍdÄ… ze ürÛdÅ‚a prÄ…- MontaÅ‚ ukÅ‚adu wykonujemy w ty- R7, R8: 220&!
dowego sterowanego z generatora powy, wielokrotnie opisywany R9, R11, R19: 10k&!
o zmiennym wypeÅ‚nieniu i pod- sposÛb. PoniewaÅ‚ szczÍÅ›liwie uda- R10: 560&!
czas pracy w ciemni zasilane bÍdÄ… Å‚o mi siÍ uniknąĘ stosowania
R18: 510&!
krÛtkim impulsami. WystÍpujÄ…cy jakichkolwiek paskudnych zworek
R13: 11k&!
przy krÛtkich czasach naÅ›wietlania na pÅ‚ytce bazowej, to montaÅ‚
R14: 100&!
efekt Schwartzchilda dodatkowo rozpoczniemy od wlutowania re-
Kondensatory
zabezpieczy papier fotograficzny zystorÛw, diod i innych elemen-
C1: 220nF
przed naÅ›wietleniem. tÛw o maÅ‚ych gabarytach. Tutaj
C2: 47nF
Z elementami takimi, jak na uwaga: kilka elementÛw zostaÅ‚o
C3: 10nF
schemacie generator z IC6 mołe umieszczonych pod układem IC1,
C4, C7, C11: 100nF
wytwarzaĘ przebieg o wypełnie- toteł stosowanie podstawki pod
C5: 100pF
niu od 99 do ok. 1%, tak wiÍc ten ukÅ‚ad jest absolutnie niezbÍd-
C6, C9: 10µF/10V
wyświetlanie mołe byĘ płynnie ne, a zalecane w stosunku do in-
C8, C10: 1000µF/16V
regulowane od prawie peÅ‚nej jas- nych ukÅ‚adÛw!
C12: 22nF
noÅ›ci do praktycznie caÅ‚kowitego Do koÒcÛwek lutowniczych po-
C13: 4,7nF
wyÅ‚Ä…czenia. tencjometrÛw P1 i P2 lutujemy
Półprzewodniki
PozostaÅ‚Ä… cześĘ urzÄ…dzenia sta- krÛtkie odcinki srebrzanki, prze-
nowią dwa układy zasilające. Za- kładamy je przez otwory w punk- BR1: mostek prostowniczy 1A
silacz gÅ‚Ûwny, dostarczajÄ…cy napiÍ- tach lutowniczych na pÅ‚ytce wy- DP1, DP2, DP3: wyÅ›wietlacze
cia stabilizowanego o wartoÅ›ci Å›wietlaczy i przykrÍcamy poten- siedmiosegmentowe, żółte, wsp.
anoda (np. SA52-11YWA
+5VDC, zbudowany jest z wyko- cjometry do płytki. Dopiero teraz
Kingbright)
rzystaniem popularnego, scalonego lutujemy ich przedłułone wypro-
IC1: ICL7107
stabilizatora napiÍcia typu 7805. wadzenia do punktÛw lutowni-
IC2: ICL7660
Drugi zasilacz dostarcza napiÍcia czych.
w wartoÅ›ci -5VDC. NapiÍcie to jest OstatniÄ… czynnoÅ›ciÄ… bÍdzie zÅ‚Ä…- IC3: LM35C
niezbÍdne do poprawnej pracy czenie ze sobÄ… dwÛch pÅ‚ytek. IC4: 7805
ICL7107 i do jego wytworzenia Dokonamy tego za pomocÄ… szere- IC5: LMC6041
uÅ‚yto scalonej przetwornicy napiÍ- gu kÄ…towych goldpinÛw, co za-
IC6: NE555
cia ICL7660, ktÛra do dziaÅ‚ania pewni mocne poÅ‚Ä…czenie i zacho-
Q1: BT136
potrzebuje zaledwie jednego ele- wanie kÄ…ta prostego pomiÍdzy
Q2: MOC3040
mentu zewnÍtrznego: kondensatora pÅ‚ytkami. JedynÄ… czynnoÅ›ciÄ… regu-
T1: BC548 lub odpowiednik
o wartoÅ›ci 10µF - C6. lacyjnÄ… jakÄ… powinniÅ›my wykonaĘ
T2: BD140 (136, 138)
UkÅ‚ad zostaÅ‚ zabezpieczony bÍdzie ustawienie napiÍcia
D1: patrz tekst
dwoma bezpiecznikami: czÍśĘ 1000mV pomiÍdzy wyprowadze-
D2, D3: 1N4148
ìelektronicznaî urzÄ…dzenia bez- niami REF HI i REF LO IC1.
Różne
piecznikiem F1 o prÄ…dzie zadzia- PowinniÅ›my posÅ‚uÅ‚yĘ siÍ wolto-
TR1: transformator sieciowy TS6/46
Å‚ania 100mA i bezpiecznikiem F2, mierzem dobrej klasy i delikatnie
CON1, CON2: ARK2
zabezpieczajÄ…cym obwody wyko- pokrÍcajÄ…c potencjometrem mon-
F1, F2: oprawka bezpiecznika,
nawcze - grzałki. WartośĘ tego tałowym ustawiĘ wymagane na-
bezpiecznik 100mA i 4A
bezpiecznika zaleÅ‚y od maksymal- piÍcie.
goldpiny kÄ…towe 1x26
nej mocy zastosowanych grzałek. Jedyną kłopotliwą czynnością,
Rezystor R12 jest elementem jakÄ… bÍdziemy mieli do wykona-
opcjonalnym, nie zawsze potrzeb- nia, bÍdzie obudowanie czujnika my umieÅ›ciĘ w jakiejkolwiek ma-
nym. Wprowadza on do układu temperatury LM35. Jełeli nasz łej rurce z dowolnego materiału.
komparatora napiÍcia niewielkÄ… ukÅ‚ad bÍdziemy wykorzystywaĘ JeÅ‚eli jednak zbudowany termo-
histerezÍ, zabezpieczajÄ…c go przed do regulacji temperatury w po- stat bÍdzie sÅ‚uÅ‚yÅ‚ zgodnie z swoim
wzbudzaniem i zbyt czÍstym prze- mieszczeniach, to czujnik moÅ‚e- podstawowym przeznaczeniem do
Elektronika Praktyczna 6/98
52
Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików
regulacji temperatury wywoływa- cy np. 100W i umieszczamy czuj-
cza, to konieczne bÍdzie umiesz- nik w odlegÅ‚oÅ›ci 10..15 cm od
czenie czujnika w obudowie od- niej. PokrÍcajÄ…c potencjometrami
pornej na wpływy agresywnego regulacyjnymi powodujemy zapa-
Å›rodowiska chemicznego. Najlep- lenie siÍ Å‚arÛwki, a nastÍpnie pod-
szym rozwiÄ…zaniem bÍdzie wyÅ‚szamy zadanÄ… temperaturÍ aÅ‚
umieszczenie czujnika wewnÄ…trz do uzyskania efektu migotania
rurki ze stali kwasoodpornej, za- Å‚arÛwki z czÍstotliwoÅ›ciÄ… uÅ‚am-
lanej z obu stron klejem Distal kÛw herza. MoÅ‚emy teraz zoba-
Rys. 3. Zalecany sposób włączenia
lub podobnym. Rozwiązaniem gor- czyĘ na wyświetlaczach, jak wiel-
elementów wykonawczych
szym, ale Å‚atwiejszym ze wzglÍdu ka jest precyzja dziaÅ‚ania wyko-
i czujnika.
na dostÍpnośĘ materiaÅ‚Ûw bÍdzie nanego ukÅ‚adu: temperatura nie
zastosowanie rurki szklanej, takÅ‚e powinna siÍ zmieniaĘ o wiÍcej sprawÍ z jednego: nasz termostat
zalanej ływicą epoksydową. nił 0,1OC! jest doskonały, ale w wykonaniu
Uwałni Czytelnicy z pewnoś- Moc obciąłenia dołączanego do praktycznym dokładnośĘ stabiliza-
ciÄ… zauwaÅ‚yli pewne rozbieÅ‚noÅ›ci wykonanego ukÅ‚adu zaleÅ‚y wy- cji temperatury bÍdzie zaleÅ‚eĘ od
pomiÍdzy schematem, a rysunkiem Å‚Ä…cznie od typu zastosowanego kilku czynnikÛw. NajwaÅ‚niejszy-
przedstawiajÄ…cym pÅ‚ytkÍ druko- triaka i w wypadku BT136 wynosi mi sÄ…: maÅ‚a bezwÅ‚adnośĘ cieplna
wanÄ…. Na pÅ‚ytce widoczna jest ok. 100W, co do zastosowaÒ w fo- zastosowanego ürÛdÅ‚a ciepÅ‚a i dob-
dioda LED, oznaczona jako D1, tografii jest aÅ‚ nadto wystarcza- re mieszanie cieczy, ktÛrej tem-
ktÛrej prÛÅ‚no szukaĘ na schema- jÄ…ce. JeÅ‚eli jednak chcielibyÅ›my peraturÍ chcemy stabilizowaĘ.
cie i w wykazie elementÛw. OtÛÅ‚ nasz termostat wykorzystaĘ do Dawno, dawno temu, kiedy mia-
ta dioda, poÅ‚Ä…czona z wyprowa- celÛw wymagajÄ…cych wiÍkszych Å‚em jeszcze czas na spÍdzanie
dzeniem POL IC1 została dodana mocy, to naleły ten triak wymie- całych dni w ciemni fotograficz-
jedynie ìna wszelki wypadekî, niĘ na inny, o wiÍkszym dopusz- nej, zbudowaÅ‚em sobie prosty tank
gdyby ktoÅ› chciaÅ‚ zastosowaĘ nasz czalnym prÄ…dzie i zamocowaĘ go do obrÛbki papieru barwnego,
ukÅ‚ad do pomiaru temperatur na odpowiednim radiatorze. ktÛry przez kilka lat zapewniaÅ‚ mi
mniejszych od 0OC. Niestety, takie doskonałe wy- doskonałą stabilnośĘ temperatury
Po zmontowaniu naszego ukła- niki osiągamy wyłącznie w wa- wywoływacza. Szkic tego rozwią-
du moÅ‚emy go w Å‚atwy i efektow- runkach laboratoryjnych, gÅ‚Ûwnie zania, pokazany na rys. 3, pozo-
ny sposÛb wyprÛbowaĘ. Jako ob- dziÍki maÅ‚ej bezwÅ‚adnoÅ›ci ciepl- stawiam bez komentarza.
ciÄ…Å‚enie doÅ‚Ä…czamy Å‚arÛwkÍ o mo- nej Å‚arÛwki. Musimy zdaĘ sobie Robert Zych, AVT
Elektronika Praktyczna 6/98
53