Jump to content
Falconist

Чисто Аналоговый Бытовой Терморегулятор ( Термостабилизатор )

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

Share this post


Link to post
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? :)

Share this post


Link to post
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...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Вебинар STM32G0 – новый лидер бюджетных 32-битных микроконтроллеров от STMicroelectronics

Компания Компэл приглашает вас 25 сентября принять участие в вебинаре, который посвящен новому семейству микроконтроллеров STM32G0. Вебинар рассчитан на технических специалистов и тех, кто хорошо знаком с семейством STM32. На вебинаре будут освоены современные методы тестирования производительности микроконтроллеров на примере самых бюджетных 32-битных семейств общего назначения STM32G0 и STM32F0 и проведено их подробное сравнение.

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...

Share this post


Link to post
Share on other sites
...сбойный МК можно просто вручную сбросить после обнаружения зависания...
Это как? После того, как уху яичницей закусите?

Share this post


Link to post
Share on other sites
                     

Литиевые батарейки Fanso в беспроводных датчиках пожарно-охранной сигнализации

Выбор подходящего элемента питания, способного обеспечивать требуемый уровень напряжения и выдавать необходимый ток на протяжении всего периода эксплуатации беспроводной пожарно-охранной системы является одной из первостепенных задач. Наиболее подходящим для этих целей элементом являются литий-тионилхлоридные элементы питания, а одним из наиболее конкурентоспособных производителей – компания Fanso, предлагающая своим клиентам продукты как универсальные, так и разработанные специально для решения конкретных задач.

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

Share this post


Link to post
Share on other sites
...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.

Share this post


Link to post
Share on other sites

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.

Share this post


Link to post
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

Share this post


Link to post
Share on other sites
Цитата

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

Якийсь косяк із включенням тл431, нє?

Edited by ivasyk_telesyk

Share this post


Link to post
Share on other sites
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)

Share this post


Link to post
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
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...

  • Similar Content

    • By def10
      кто нибудь встречался с таким прибором
      интересует подключение вывода AI+ ,не могу понять для чего он нужен и как подключается
      на резистор внимание не обращайте
       

    • By Михаил Сапожников
      Добрый. Подскажите пожалуйста есть терморегулятор carel pjezc0h000 
      Есть два провода от вентилятора, скажите пожалуйста куда их подключить, что бы когда включается компрессор холодильника запускался и вентилятор?!
       

    • By Dmitriy Khamuev
      В модулях для сабвуферов Newton-Lab старших моделей в качестве усилителя я взял за основу симметричный MOSFET AV400 Entony E. Holtona, компактный, недорогой, термостабильный, музыкальный и с хорошим выходным током. Ток покоя устанавливали 15..20 миллиампер на пару,  для снижения температуры покоя модуля ( ~7 ватт на холостом ходу, 3 пары немного тёплые). С задачами он справлялся на 4 (из 5). Мощные выходные транзисторы применял IRFP240/IRFP9240 и IRF640/IRF9640, сотни пар прошли проверку работой и не подводили. Причиной нескольких отказов были BC546 во входном каскодном дифкаскаде. В результате их отказа на выходе появлялось постоянное напряжение питания. Предохранители в цепях силового питания защищали от КЗ на выходе и практически всегда от постоянного напряжения на выходе "4 омные динамики". Но один раз предохранители не справились, что отправило в перемотку  "8 омный" Peerless XLS 830500, 3 центовый транзистор победил 300$ вуфер! Peerless, конечно, перемотали, в Омске есть отличные спецы, но осадочек остался .

         Вывод: дополнительную защиту от постоянного напряжения на выходе усилителя следует предусмотреть.

         Вариант с реле в цепи нагрузки не нравится по причинам:
      - через контакты идёт полный ток нагрузки
      - для реле нормируется минимальный ток контактов, на малых сигналах возможны искажения
      - сопротивление замкнутых контактов вне контура ОС снижает демпинг фактор

         Разработана триггерная защита динамика от постоянного напряжения на выходе усилителя, работает в составе схемы питания усилителя. Схему постарался сделать универсальной и с минимальным количеством элементов. Сигнал с выхода усилителя через интегрирующую цепь R41-C5 поступает на U1 оптрон 814 серии (два инверсно-параллельных инфракрасных светодиода).  При постоянном напряжении на выходе усилителя выше ~+-4 вольта транзистор оптопары отрывается  и переключает триггер Q19-Q19. Транзисторный ключ Q20 открывается и включает оптопару U2 817 серии, обмотка управления реле RL1 (RT424048 48V 5520oHm 8A/15A Df=10% 4s) подключённая в цепь +57V,R43, Q17ke, -57V  обесточивается. Элементы схемы R42-C17 формируют задержку включения ~200мс (на время выключения при срабатывании защиты практически не влияют), диод D7 компенсирует ток самоиндукции обмотки реле при выключении.  Схема питания имеет дополнительный вход STBYE для внешнего отключения, замыкание на "землю" (~2ma, 5V, открытый (сток) коллектор). Для защиты от перегрузок применены самовосстанавливающиеся предохранители FU1 FU2 RXE375 3,75A/7A, практичнее плавких, но заявленный ресурс срабатываний 100 раз, злоупотреблять не стоит.

         Преимущества предложенного мною решения:

      - выход усилителя непосредственно подключен к нагрузке
      - действующий ток через контакты реле вдвое меньше нагрузочного
      - силовое питание снимается при пропадании (падении) одного из плеч
      - имеем возможность внешнего управления силовым питанием
      - схема защиты работает при питании от Up=+-24V. Меняются только резисторы (R43=0, R1=1900oHm для Up=24V), для других напряжений значения рассчитывается по формуле R43=(2*Up-48V)/48V*5520oHm, R1=(Up-5.1V)/10ma. И не забываем выбрать мощность этих резисторов.
      Ссылка на полное описание экспериментального модуля.

      Имеется с десяток ПП оставшихся после экспериментов.
      Best regards,
      Dmitriy Khamuev.
      Russia, Omsk.
    • By Пентагрид
      Решил собрать источник питания с управлением через PIC16F628A (парой кнопок переключать нужные напряжения). Взял обычный импульсник на 15 В, из обратной связи выдрал TL431, оставил оптрон, его повесил на выход МК. Написал тестовую прошивку: задаётся Vref через VRCON, компаратор сравнивает и выдаёт на оптрон 1 или 0.
      Сделал два варианта прошивки: в одном проверка на срабатывание выполняется циклически, в другом - вызов прерывания при реакции компаратора. Оба варианта тестировал в Протеусе (потенциометр и светодиод), работают. На бредборде завёлся только первый (с нагрузкой и без). А с прерыванием не работает: при отсутствии нагрузки выдаёт нужное напряжение, но стоит только подключить нагрузку и даже если рукой коснуться - напряжение падает. С нагрузкой вообще не заводится.
      МК питаю отдельно (тлф. зарядка с домотанной вторичкой + 7805). Несколько раз прошёлся по прошивке, не нашёл за что зацепиться. Прошу совета.
      Схема
      В коде присутствуют рудименты для кнопок (пока не вводил).
       
      comp5nop.rar
    • Guest Александр
      By Guest Александр
      подскажите пожалуйста при установке терморегулятора вместе с сервоприводом нормально открытым работает наоборот например температура в комнате 20 градусов а на терморегулятора указана 18 градусов и должен он включиться и сработать сервопривод на закрывание а он не закрывается?
      Как можно это исправить?
      на нормально закрытом сервоприводе терморегулятор работает так: температура выставлена 20 и при понижение подаётся ток и он открывается и идёт горячая вода,а при нормально открытом происходит все наоборот поставил 25 а в комнате 20 и он пускает ток и сервопривод закрывается и перекрывает воду. как переделать вот это я не понимаю?
  • Сообщения

    • XLR разъемы Neutrik NC4FAH-0 (пластик монтаж на печ плату 4 контакта "мама")  https://www.neutrik.com/en/product/nc4fah-0   -  10 шт по 200р  NC4MD-L-1 (метал монтаж на панель 4 контакта "папа")  https://www.neutrik.com/en/product/nc4md-l-1  -  9шт  по 250р NC4MD-LX (метал монтаж на панель 4 контакта "папа")  https://www.neutrik.com/en/product/nc4md-lx  - 2ш по 300р NC4FD-L-1 (метал монтаж на панель 4 контакта "мама") https://www.neutrik.com/en/product/nc4fd-l-1  - 2ш по 400р Два кабельных разъема 4 контакта "папа"  (производителя не знаю)  - 2шт по 200р
    • Если в одной руке держать датчик, а другой дотронуться до МК, то так и будет. В общем имеет место быть. Или неправильно сделанный  датчик, или неправильно вручную  выставлена настройка датчика при включении, или же датчик лежит около железа, или же  надо правильно настроить подстроечный резистор на плате.  Может надо громкость уменьшить?
    • Если просто http://madoptic.narod.ru/projects/a_page6.htm Еще в ветках на веге у А.Никитина, и у С.Агеева, и у Л.Зуева в ветке тоже есть.  
    • Вы правы. Это НЕ гальванический элемент, а гидролиз воды под воздействием электрического тока  Как раз при потенциале более 0,5...0,7 В. https://chem21.info/page/204102152128075155238048122225138155091154016101/  Более подробно почитайте про полярографию. Если вкратце - то здесь: https://forum.cxem.net/index.php?/blogs/entry/527-гипертоническая-болезнь-а-болезнь-ли-это/ приаттачена моя диссертация в виде Вордовского файла, раздел "Материал и методы". Конденсатор не поможет. Смиритесь со смещением. Законы электрохимии не похерить. 
    • 1) Тот, на который у Вас знаний и умений хватит. 2) Схема не моя. Взял из Интернета схемотехнически верную. По подобному принципу уже моя разработка, только без источника тока в эмиттере усилительного транзистора: https://forum.cxem.net/index.php?/topic/116266-микрофонный-усилитель/&do=findComment&comment=1365800 3) Моно-микрофоны подключаете одновременно к обоим сумматорам, а стерео-линейные входы - соответственно, каждый к своим левого и правого каналов.
×
×
  • Create New...