Jump to content

Чисто Аналоговый Бытовой Терморегулятор ( Термостабилизатор )


Falconist
 Share

Recommended Posts

Различных схем терморегуляторов (термостабилизаторов) существует вагон и маленькая тележка. На любой вкус и уровень опыта. От простейших, на триггере Шмитта (транзисторном либо на компараторе или ОУ) и до "навороченных" на микроконтроллере. Да и промышленно выпускаемые терморегуляторы (например, "Овен") недороги и доступны. Поэтому описанный в данной теме терморегулятор не претендует на какую-то супер-крутизну.

post-24063-0-20333900-1427541306_thumb.jpg

Он был разработан и изготовлен около 20 лет назад, когда микроконтроллеры были чем-то недосягаемым, успешно проработал примерно 10 лет в условиях производства (сухожаровой шкаф на 5 кВт) и провалялся до недавнего времени на чердаке. Был извлечен оттуда, включен в сеть и поставлен для стабилизации температуры в аквариуме. Как оказалось, перерыв в работе на него совершенно не повлиял. На показометре - актуальная температура = чуть меньше 30оС. На спиртовом термометре = 29оС.

post-24063-0-81243100-1427541305_thumb.jpg

Оригинальная схема за минувшие 20 лет где-то потерялась, вырисовывать по плате было лень да и смысла не было, т.к. выполнена она была на деталях той же 20-летней давности. Поэтому приводимая ниже схема является по сути "новоделом", воссозданным "по мотивам" исходной схемы.

post-24063-0-58475000-1427718020_thumb.gif

Сразу предупреждаю: "в железе" именно эта схема не проверялась!!! Поскольку у жены два аквариума и такой же термостабилизатор нужен будет и для второго, то в ближайшем времени я ее реализую, тогда и отпишусь о результатах.

Блок питания

post-24063-0-42552200-1427713928.gif

выполнен на маломощном трансформаторе и обеспечивает три напряжения: + 9 В, стабилизируемое 3-выводным стабилизатором (может быть в диапазоне +6...+15 В, всё зависит от выходного напряжения трансформатора), нестабилизированное +Vcc (снимаемое сразу же с выпрямительного моста и конденсатора фильтра, чтобы не подгружать стабилизатор) и +2,5 В, стабилизируемое аналогом стабилитрона TL341 и играющее роль "искусственной средней точки".

В качестве термодатчика используется обычный кремниевый диод (VD1) производства Болгарии (в свое время откуда-то их понавыпаивал больше сотни):

post-24063-0-71488000-1427714307.jpg

Нет подходящего диода? Не проблема. эмиттерный переход транзистора тоже подойдет.

post-24063-0-75973000-1427715642.gif

Ток через термодатчик (1...2,5 мА) со стороны катода стабилизируется генератором тока на ОУ DA2 и транзисторе VT1. Его величина устанавливается подстроечным резистором R4 такой, чтобы при 0оС (температура тающего льда) падение напряжения на нем составляло 0,7 В. Внимание! Для диодов с различным допустимым током эти 0,7 В будут достигнуты при разном токе! Скажем, для КД212 падение напряжения 0,7 В будет при токе примерно 10...20 мА (результаты собственных экспериментов). Со стороны анода на термодатчик подается напряжение 3,2 В (относительно общей шины) с выхода инвертирующего усилителя DA1 (устанавливается подстроечным резистором R2).

Таким образом, на катоде термодатчика получаем такое же напряжение (+2,5 В), как и опорное, относительно которого потенциал, изменяющийся с изменением температуры термодатчика, будет усиливаться неинвертирующим усилителем DA3. Поскольку изменение падения напряжения на кремниевом p-n переходе достигает 3 мВ/град, то для надежной работы компаратора (DA6) вполне достаточно усилить его всего в 7...10 раз. Коэффициент усиления устанавливается подстроечным резистором R8. При повышении температуры термодатчика падение напряжения на нем уменьшается и потенциал на его катоде становится более положительным. Соответственно, возрастает потенциал и на выходе DA3.

Известны, конечно, схемы на транзисторах, в которых температурный коэффициент изменения напряжения достигает 6...10 мВ/град, но 3-проводная система подключения как-то резко нивелирует это преимущество подобных схем.

Возникает закономерный вопрос: а нафига вообще нужна столь сложная система запитки термодатчика??? Ответ простой: для обеспечения полностью независимой установки нулевого значения (при 0оС) резистором R2 и конечного значения резистором R8 (скажем, при 100оС - температура кипящей воды, хотя кремниевый p-n переход совершенно спокойно можно использовать и до температуры +150оС). Дело в том, что температурный коэффициент изменения падения напряжения на p-n переходе - величина не калиброванная и при смене термодатчика придется подстраивать как ноль, так и крайнее значение.

Зато, в отличие от терморезисторов, температурный коэффициент изменения падения напряжения на p-n переходе практически линеен во всем рабочем диапазоне! Это позволяет (с определенным допущением, конечно же) использовать линейный измеритель температуры, в качестве которого применен обычный стрелочный прибор на 100 мкА. Такой выбран исключительно из-за соответствия шкалы на 100 делений шкале на 100 градусов. А реально стрелочный прибор можно использовать на любой ток от 50 мкА до 10 мА. ОУ DA4, включенный повторителем, потянет запросто. В принципе, никто не мешает применить и цифровой вольтметр, с учетом современных тенденций. Вот только непонятно, зачем лепить цифру к чисто аналоговой схеме?

Вход повторителя может подключаться переключателем SA1 либо к выходу усилителя DA3, при чем измерительный прибор будет показывать актуальную температуру термодатчика, либо к движку переменного резистора R9, показывая порог, при котором будет происходить срабатывание компаратора.

Сигнал с термодатчика мы получили и направили его на один из входов компаратора DA6. На второй вход поступает опорное напряжение с переменного резистора R9, дополнительно застабилизированное регулируемым "стабилитроном" DA7 (TL431) на уровне 2,5 В относительно "искусственной средней точки". Входы компаратора могут меняться местами переключателем SA2. При его положении, показанном на схеме, компаратор формирует низкий потенциал на своем выходе при низкой температуре термодатчика, а следовательно, при выходном напряжения с выхода усилителя DA3 ниже напряжения, снимаемого с движка R9. Через светодиод оптрона DA8 протекает ток, его оптотиристор открыт и нагрузка подключена к сети. Светодиод VD8 индицирует ее подключенное состояние. Схема подключения силового симистора к оптоизолятору МОС3041 взята из даташита на него.

post-24063-0-92411200-1427719422.png

Если напряжение с выхода усилителя DA3 (при повышении температуры термодатчика) превысит напряжение, снимаемое с движка резистора R9, на выходе компаратора DA6 появится напряжение высокого уровня, оптрон закроется и нагрузка отключится.

Однако, не исключена ситуация, что при повышении температуры надо не выключать нагреватель, а наоборот, включать охладитель (например, вентилятор). Для такого режима переключатель SA2 переводится в противоположное положение и логика работы компаратора меняется на обратную.

Остался пока не рассмотренным только компаратор DA5. Это - "защита от дурака". Если вдруг датчик температуры перемкнется накоротко, то ничего критичного с термостатируемым объемом не произойдет: такое состояние будет воспринято, как будто бы температура резко повысилась и нагреватель отключится. Хуже, если цепь датчика оборвется. Это будет воспринято, как снижение температуры, нагреватель останется постоянно включенным. В результате - уха (если термостатируется аквариум), либо яичница (инкубатор). В такой ситуации на выходе второго компаратора DA5 появится низкий уровень, шунтирующий светодиод оптрона DA8.

Вот, вроде бы и всё... Напоследок могу сказать, что, несмотря на то, что терморегуляторы на МК на первый взгляд вроде бы и "круче", но при любом программном сбое "уха"/"яичница" обеспечены с вероятностью 50/50%. Аппаратный дефект имеет равную вероятность как для МК, так и для данной схемы.

То, что терморегулятор на МК имеет якобы меньшие размеры - всего лишь распространенный миф! К собственно корпусу МК надо добавить блок питания, органы управления, силовую часть, корпус - и в результате будет почти то на то.

А повторять ли эту (или подобную ей) аналоговую схему или нет - пускай каждый решает для себя сам.

Успехов!

P.S. В аттаче - файл Мультисима 13 с симуляцией DA1 + DA2 + DA5.

P.P.S. Статья имела бы смысл?

Термостабилизатор.rar

Просят - не откажи. Не просят - не навязывайся!

Простота хуже воровства.

Link to comment
Share on other sites

Хорошо забытая классика! Диоды - с "цифроблоков" - аналогично куча таких валяется.

"...поставлен для стабилизации температуры в аквариуме..." - УХА исключена в случае нештатной ситуации? :)

Link to comment
Share on other sites

Кирпич на голову - исключен?

Так же и уха. Вероятность при данной схемотехнике сведена к минимуму. Но не к 0. У моего братца когда-то был терморегулятор на контактном термометре. Разорвался ртутный столбик. Сам по себе. Пришел он с работы - а в аквариуме уха...

Просят - не откажи. Не просят - не навязывайся!

Простота хуже воровства.

Link to comment
Share on other sites

Широкий выбор продукции MEAN WELL для промавтоматики на складе КОМПЭЛ

Компания КОМПЭЛ наращивает объем поставок источников питания MEAN WELL для промышленной автоматизации. Компания MEAN WELL не планирует уходить с рынка РФ, а ее продукция широко применяется в сфере промавтоматики (монтаж на DIN-рейку) и рекомендована в качестве замены других брендов и для применения в новых разработках.

Представляем ассортимент продукции MEAN WELL на складе КОМПЭЛ для надежного и бесперебойного электропитания устройств промавтоматики.

Подробнее>>

любом программном сбое "уха"/"яичница" обеспечены с вероятностью 50/50%

Ну почему же...давным давно уже научились избавляться от программных сбоев. Сейчас (не совсем сейчас :) этому "сейчас" уже не один десяток лет ) в МК существуют уже аппаратные решения подобных проблем ...используются таймеры с прерыванием, если программа в течении определённого времени не сбрасывает счётчик , то таймер по переполнению сбрасывает МК...

Только всё это требует хорошего знания МК, времязатрат, а также должна быть цель - надёжность уст-ва... Если сверхнадёжности не нужно и сбойный МК можно просто вручную сбросить после обнаружения зависания, то и городить ничего никто не будет.

Схема хороша, спору нет...

Не квалифицированный, но везучий электрик знает в лицо всех архангелов.

Прогресс сделал розетки недоступными для большинства детей. Умирают только самые одаренные.

Link to comment
Share on other sites

LED-драйверы MEAN WELL – выбор больше, стоимость ниже

Компэл расширил и существенно пополнил склад LED-драйверами компании MEAN WELL, одновременно снизив цену на них. В настоящий момент на складе представлена широкая линейка продукции для наружного (семейства HLG, ELG, XLG, LPC, LPV), и для внутреннего (APC, LCM, SLD, APV) освещения.

Имеется большой выбор моделей с различными режимами стабилизации выходных параметров. Кроме того, есть в наличии и линейка DC/DC-драйверов, как понижающих (семейство LDD), так и повышающих (семейство LDH).

Подробнее>>

...сбойный МК можно просто вручную сбросить после обнаружения зависания...
Это как? После того, как уху яичницей закусите?

Просят - не откажи. Не просят - не навязывайся!

Простота хуже воровства.

Link to comment
Share on other sites

Мощный универсальный неизолированный стабилизатор MORNSUN

Компания MORNSUN разработала универсальный понижающе-повышающий неизолированный стабилизатор (DC/DC-преобразователь) с выходным током до 10 А — KUB4836EB-10A. Этот стабилизатор можно использовать при входном напряжении в диапазоне 9…60 В (питающие шины с номинальным значением напряжения 12/24/48 В), а выходное напряжение можно подстраивать в диапазоне от 0 до 60 В. Преобразователь выполнен в корпусе 1/8 Brick с возможностью установки на печатную плату, имеется разновидность для монтажа на шасси — KUB4836EBF-10A.

Читать подробнее >>

Да нет конечно...но , заметьте, часто ли у Вас электронные часы сбиваются или зависают? Про гаджеты (прям обзывательное слово какое то ) я не говорю, там вполне возможны не только аппаратные но и программные косяки. Хотя вот простенькие сотовые тоже редко зависают.

Я же написАл :

Если сверхнадёжности не нужно и сбойный МК можно просто вручную сбросить после обнаружения зависания, то и городить ничего никто не будет.

Это я написал к тому, что обычно никто не заботится о защите от сбоя. Это долго, это скучно, знать что то нужно да вообще и так неплохо работает :)..видимо такая мотивация :)...

Edited by Лалюна

Не квалифицированный, но везучий электрик знает в лицо всех архангелов.

Прогресс сделал розетки недоступными для большинства детей. Умирают только самые одаренные.

Link to comment
Share on other sites

Материалы вебинара «Источники питания MEAN WELL для промавтоматики и серверного оборудования в новых условиях»

Опубликованы материалы вебинара Компэл посвященного линейке продукции MEAN WELL для промышленной автоматизации и оборудования, систем охраны, серверного, телекоммуникационного оборудования и базовых станций 4G/5G. На вебинаре была рассмотрена продукция MEAN WELL, которая может заменить часть источников питания производителей, временно ушедших с российского рынка. 

Были даны ответы на вопросы участников вебинара. В частности разобрали, на что нужно обращать внимание при подборе той или иной замены, и какими особенностями обладает продукция MW для различных приложений. Подробнее>>

...обычно никто не заботится о защите от сбоя.
Совершенно верно. Для этого надо очень хорошо знать, как будет работать спроектированное устройство при самых разных штатных и нештатных режимах. А это - не только мастерство, но уже где-то искусство.

Вот, к примеру, статья: http://cxem.net/soun....../light95.php 5 абзацев из 7 последних посвящены настройке после (или в процессе) изготовления. Приведенная в этой теме схема усложнена конструктивно именно для того, чтобы ее было легко настраивать! Одним переменником выставляется ноль, вторым - максимальное значение диапазона, совершенно независимо один от другого. ВСЁ! Настройка по сути завершена. Во встречавшихся мне схемах малой и средней сложности надо поочередно крутить один и второй подстроечники, т.к. оба параметра взаимозависимы.

Просят - не откажи. Не просят - не навязывайся!

Простота хуже воровства.

Link to comment
Share on other sites

  • 4 weeks later...

Ну почему же...давным давно уже научились избавляться от программных сбоев. .

Порт в контроллере отказал - вот и уха. И пофиг там "охранные собаки".

На ответственных объектах осуществляется дублирование как в цепях регулирования, так и в цепях защиты.

Link to comment
Share on other sites

Ну , извините :)...может и симистор в управлении крякнуть, что в аналоге, что в цифре....

МК обвиняют в программных сбоях , а не в аппаратных отказах... аппаратно, что угодно не вечное...

На сверхнадёжной аппаратуре и тройное дублирование ставят... Но ракетоносители , не взирая на теорию вероятностей , промахиваются мимо расчётных траекторий, падают и теряют грузы...

Edited by Лалюна

Не квалифицированный, но везучий электрик знает в лицо всех архангелов.

Прогресс сделал розетки недоступными для большинства детей. Умирают только самые одаренные.

Link to comment
Share on other sites

  • 1 year later...
Цитата

Сразу предупреждаю: "в железе" именно эта схема не проверялась!!!

Якийсь косяк із включенням тл431, нє?

Edited by ivasyk_telesyk

НІКОЛИ не закінчиться життя, НІКОЛИ не обірветься терпіння

МИ ЙДЕМО!

Link to comment
Share on other sites

  • 3 weeks later...
В 31.03.2015 в 14:14, Falconist сказал:

Совершенно верно. Для этого надо очень хорошо знать, как будет работать спроектированное устройство при самых разных штатных и нештатных режимах. А это - не только мастерство, но уже где-то искусство.

....

 Одним переменником выставляется ноль, вторым - максимальное значение диапазона, совершенно независимо один от другого. ВСЁ! Настройка по сути завершена. Во встречавшихся мне схемах малой и средней сложности надо поочередно крутить один и второй подстроечники, т.к. оба параметра взаимозависимы.

Отдаю должное за схемное решение, но есть и маленький вопросик по исходной схеме: Были ли предприняты контрмеры для обеспечения точности поддержки температуры в аквариуме в случае, когда температура в комнате пляшет например от +10 до +25 градусов? Или такая задача по обеспечению высокой точности не стояла?

К примеру, в далеком 2004-м я тоже делал подобные схемы по сложности сопоставимые со схемой в этой теме и пляска температуры в помещении мне прилично портила показатели поддержки температуры в инкубаторе (температура уставки уходила до 0,5 градуса при неизменном положении резистора-задатчика). Пока не заменил резистор-задатчик на проволочный (для моих приложений было достаточно применить переменники семейства ППБ-2)  и источник опорного напряжения на другой, с предельно малым ТКН (очень хорошо подходили советские стабилитроны КС191Ф), после их замены подобные схемы держали температуру в "шкафчике" на 15000 яиц с точностью +/-0,1...0,15 градуса (т.е. полный перепад температуры в зоне термодатчика составлял 0,2...0,3 градуса)

Link to comment
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Unfortunately, your content contains terms that we do not allow. Please edit your content to remove the highlighted words below.
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Restore formatting

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Loading...
 Share

  • Recently Browsing   0 members

    • No registered users viewing this page.
×
×
  • Create New...