Image200 (3)

■ Projektowanie

najprostszy regulator temperatury

cześć i

\vi-

3.

na

jcs

po-

TL

Teraai zadania 126 Szkoły Konstruktorów hr/miał: Zaproponuj elektroniczne usprawnienie przyczepy kempingowej lub układ przydamy na kempingu. Ja jestem pomysłodawcą tego zadania

Początek hył następujący: w przyczepie kempingowej jest gazowy piec centralnego ogrzewania, który może skutecznie ogrzać wnętrze. Jednak w nieco zimniejsze dni, gdy temperatura w nocy spada poniżej +10...12°C, chodziłoby tylko o lekkie dogrzanie. żeby nad ranem temperatura wewnątrz przyczepy zanadto nie spadła. Wystarczy do tego jakikolwiek grzej-niczek elektryczny 230V o mocy 500... 2000W, ale potrzebny byłby dość precyzyjny regulator temperatury, który okresowo włączałby grzejnik, by wahania temperatury pomieszczenia nad ranem nie przekraczały 1...2 stopni.

Niektóre piecyki mają wbudowany regulator, ale ma on zbyt dużą histerezę i wahania temperatury byłyby znacznie większe. Walety więc zup ruje kt onuc stosowny regulator. Musi on mieć dość dużą precyzję, tehy można było jednoznacznie i w powtarzalny sposób ustawić potrzebną temperaturę z dokładnością do l stopnia Celsjuszu. Histe-reza nie powinno być większa niż 1°C, ewentualnie powinien to być regulator proporcjo-nainy o na tyle dużym wzmocnieniu, zęby zapewni! stałość temperatury rzędu i..,2*C. Ja, może trochę „dla sportu”, założyłem, iż powinien to być układ możliwie najprostszy, żeby go można było szybko zmontować, choćby „w pająku” lub „na uniwersalce”, i że ta prostota może być okupiona koniecznością indywidualnego doboru elementów. Koszty nie są sprawą najważniejszą, nie będziemy liczyć się z każdą złotówką niemniej zastosowane elementy powinny być łatwo dostępne. Zasadniczo nie będziemy minimalizować poboru energii, ponieważ walka o drobne miliwaty i znikome oszczędności nie ma tu najmniejszego sensu, jeśli taki regulator ma sterować grzejnikiem elektrycznym o mocy rzędu kilowata. Minimalizować pobór energii warto tylko z zupełnie innego powodu: żeby ciepło strat wydzielane w elementach regulatora nie podgrzewało czujnika, fałszując jego warunki pracy. Ale ten problem można też i postanów iłem też wnieść w kład w jego rozwiązanie. Przy okazji zrealizuję także prośby tych Czytelników Ed\V, którzy proszą o prezentację materiałów odsłaniających tajniki kuchni konstruktora.

rozwiązać, dołączając czujnik-sondę za pomocą przewodu i umieszczając z dala od regulatora.

Koncepcja

Najpierw pomyślałem, że w przyczepie jest do dyspozycji akumulator 12V stale podłado-wywany przez prosty zasilacz, więc mam pod ręką napięcie stałe o wartości około 13,6V i w ten sposób zgodnie z założeniem upraszczam układ, ponieważ eliminuję zasilacz. W takiej sytuacji aż prosi się, żeby elementem wykonawczym był 12-woltowy przekaźnik. Tu przy okazji skutecznie załatwia problem oddzielenia galwanicznego obwodu akumulatora od sieci 230V. Można leż byłoby w roli elementu wykonawczego zastosować triak z optotriakicm zapewniającym izolację galwaniczną od sieci. Teoretycznie można byłoby też wykorzystać wysokonapięciowego MOSFFT-a i mostek prostowniczy - nie problem dobrać MOSFET-a na napięcie 400V

0    prądzie S... 10A. Jednak w'tedy nie można w prosty sposób zastosować oddzielenia galwanicznego, a ponadto w mostku i tranzystorze wydzielałoby się sporo ciepła w postaci strat.

Ponieważ założyłem, że układ regulatora ma być najprostszy, zrezygnowałem ze wzmacniacza operacyjnego i oddzielnego źródła napięcia odniesienia, a ich rolę ma pełnić popularny układ TL431, który będzie

1    wzmacniał, i wyznacza! progowe napięcie oraz temperaturę KostkaTI 431 zasadniczo jest regulowaną diodą Zenera, ale z powodze-

Rys. 1

Sinyle-Supply Comparator with Temperature-Compensated Threshold

mc

W niniejszy iii trzyczęściowym artykule prezentu- ny ję od początku do końca analizę i projektowanie zy dwóch wersji regulatora temperatury, łącznie z a ’ obliczeniami i opisem wstępnych eksperymentów. czi

- M<

niem może odegrać rolę... tranzystora. Tran- -zystora o bardzo dużym wzmocnieniu i co gi* ważne, o bardzo dokładnie określonym    M

„napięciu Ubr” wynoszącym typowo 2,495V. |R Takie zastosowanie w roli komparatora z pre- wj cyzyjnie ustalonym napięciem przełączania nu jest jak najbardziej dopuszczalne i przewi- kn dziane w' katalogu - patrz rysunek 1.    w

W roli czujnika temperatury aż prosi się wj wykorzystać dość popularny i tani czujnik M¹ temperatury bezwzględnej LM335. LM335 sz; zachowuje się jak dioda Zcncra o napięciu

wprost proporcjonalnym do temperatury    _

wyrażonej w kelwinach, zc współczynnikiem R> 10mV/K. czyli 10mV/°C. Przykładowo, -y w^r temperaturze -20°C. czyli 293K. nap.ęcic ; na czujniku powinno wynosić 2.93V. Prze- U znaczenie naszego regulatora w skazuje, że na pewno zakres regulacji powinien wynosić    U

około + 15...+ 18°C, ale warto ten zakres    jl

rozszerzyć co najmniej do +12...+22°C| 4| co będzie odpowiadać napięciu na czujniku T| w zakresie 2,85...2.95V.

Wybór układu

Dobór rozwiązania układów'ego oraz wartości elementów' należy zacząć od zapoznania się z kartami katalogowymi LM335 oiaz TL431. 4j

W przypadku czujnika LM335 interesuje nas przede wszystkim minimalny prąd pracy. Według kart katalogowych dwóch różnych firm (National i ST), wynosi on 0,4mA -fl i 0,45mA. Pomiary wielu parametrów zostały gj dokonane przy prądzie lmA. Decydujemy się — pracować z prądem czujnika 0,45... ImA. Ry tym bardziej że producent ostrzega, iż przy; większych prądach trzeba brać pod uwagę samopodgrzewanie.

Jeśli ma to być regulator dwustanowy, nasuwa się kręgosłup rozwiązania układowego jak na rysunku 2a Czerwone strzałki pokazują zmiany napięć przy wzroście temperatury. Oczywiście przekaźnik przy wzroście! temperatury będzie łapał, ale to akuiat żaden problem, ponieważ można wykorzystać jego

28 Grudzień 2006 Elektronika dla Wszystkich Ele