道具 ペルチェ素子を利用した冷蔵庫用コントローラー。 アマチュア無線設計におけるペルチェ素子の応用 ペルチェ素子回路図に基づく冷蔵庫コントローラ

ペルチェ素子を利用した冷蔵庫用コントローラー。 アマチュア無線設計におけるペルチェ素子の応用 ペルチェ素子回路図に基づく冷蔵庫コントローラ

このサーモスタットは、周囲温度に関係なく、作業エリアの設定温度を自動的に維持するように設計されています。 それらの。 設定温度に応じて加熱も冷却も自動で行います。 作業領域そして周囲の温度は何度ですか。

温度センサーは、 集積回路(IC)アナログ 電子体温計 IL135 (3 ピン、TO-92 ハウジング)。 1 つのハンドルを備えたサーモスタットは、マイナスからマイナスまでの IL135 の動作温度範囲全体をカバーします。 正の値図のグラフによると、温度は 1.

サーモスタットの電気回路図を図に示します。 2. データシートの測定ブリッジに従って、設定温度の全範囲が可変抵抗器 R7 (唯一のサーモスタット制御) によってカバーされます。

作業領域の加熱と冷却の両方を行う熱電素子はペルチェ素子です。これは半導体プレートであり、印加電圧の極性に応じてプレートの片面が加熱され、もう一方の面が冷却されます。 ペルチェ素子の板の厚さは数ミリあるため、冷却モードでは加熱側が冷却側に影響を及ぼさないように、加熱側に冷却器(ファン付きラジエーター)を設置して電源を入れる必要があります。 クーラー M1 をオンにするのは、トランジスタ VT14 によって行われます。 必要に応じて、冷房モードと同様に、トランジスタ VT14 が冷却ファンをオンにします。暖房モードでは、VT14 と同様にトランジスタを VT13 に並列に接続して、追加のヒーターをオンにすることができます。 考えられるスキームヒーターの接続を図に示します。 5 – 8. 追加のヒーターは作業エリアの外側 (外側) に配置されており、作業エリア加熱モードで冷却ラジエーターを加熱します。

作業エリアの壁はペルチェ素子でレイアウトされています。 作業エリアの壁の周囲に多くのペルチェ素子が存在するほど、作業エリアの設定温度がより効率的に (より速く) 確立され、サーモスタットの温度範囲全体がカバーされます。 必要に応じて、家のような作業エリア全体をペルチェ素子でレイアウトすることができ、外側はクーラーの箱のように見えます。 この回路 (トランジスタ VT8 ~ VT16 の出力反転アンプ) を使用すると、最大 100 ボルトの合計電圧と最大 30 アンペアの電流が定義されたペルチェ素子の直並列チェーンを接続できます。 図に示されているトランジスタのパラメータ。 同じトランジスタが使用されているため、ファンをオンにする場合も同じ条件が適用されます。 制御回路、ペルチェ素子、およびファンは、1 つの共通電源または異なる電源 E1 ~ E3 からそれぞれ電力を供給できます。

より控えめなパラメータを持つ可逆アンプは、次のようにして組み立てることができます。 バイポーラトランジスタ図の図によると。 3.

サーモスタットは次のように動作します。 測定ブリッジは抵抗器 R2 ~ R10 に組み込まれており、対角線の一方には IL135 IC 温度センサー (DA1) が含まれ、もう一方には設定ポテンショメータ R7 が含まれています。 のために 電気図 IL135 はツェナー ダイオードで、図のグラフによれば、安定化電流 1 mA における安定化電圧は温度に依存します。 1.10mV/°K。 測定ブリッジの不一致電圧は、コンパレータ DA2、DA3.1 の入力に供給されます。 コンパレータ DA2.1、DA2.2 は、トランジスタ VT8 ~ VT16 を使用して反転アンプの動作を制御し、ペルチェ素子 EK1 の必要な極性を保証します。 ペルチェ素子に供給される電圧の極性は、動作モードが加熱から冷却に変わるとき、またはその逆に変わるときに変わります。

DA3.1 コンパレータには温度センサー断線アラームが内蔵されています。 温度センサーとの接触が遮断されるか、センサーが接続されていない場合、反転入力 DA3.1 の電位は非反転入力よりも高くなり、コンパレーター DA3.1 がトリガーされ、<0>、VT6 が開き、LED VD3 が点灯し、温度センサーの故障を示します。 サーモスタットの動作モードを示す他の LED が消灯し、ペルチェ熱電対がオフになります。加熱は自然にオフになります。加熱コンパレータ DA2.2 は に切り替わります。<0>コンパレータDA3.1と同様。 そして冷却はダイオード VD2 を介してオフになります。 VD8 の「正常」 LED が消灯します。 に切り替えました<0>コンパレータ DA3.1 はトランジスタ VT3 を閉じ、VD8 に電力が供給されます。

サーモスタットの動作を詳しく見てみましょう。 作業領域で確立された温度が、可変抵抗器 R7 で設定された必要な温度よりも高いとします。 この場合、コンパレータ DA2.1 (ピン 3) の非反転入力の電位 (温度センサーからの電圧) が、反転入力 DA2.1 (ピン 2) に供給される基準電圧よりも高くなることがわかります。 )。 DA2.1 (オープンコレクタ) の出力では、R15 を介して +E1 が設定されます。 この電圧により、トランジスタ VT4、VT12、VT14、VT16 が開きます。 開いたトランジスタ VT12 は、R39 を介して VT11 を開きます。電源 +E2 からの直流電流が、ペルチェ素子 EK1 と右側 (図によると) ピン EK1 を通って流れ始めます。

R26 を介してトランジスタ VT16 を開くと、VT8 が開きます。 開いた VT8 と R30 を通じて、VT10 のゲート容量が急速に再充電され、 確実な閉鎖このトランジスタは、VT10、VT12 を通る貫通電流を防止します。 短絡電源+E2。 ダイオード VD9、VD10 が提供する 追加の保護流れから。 ツェナー ダイオード VD11、VD12 は、電源 +E2 の電圧が 20 V を超えた場合に、トランジスタ VT10 と VT11 をゲート破壊から保護します。

VT4 を開くと、VD4 冷却モード表示 LED が確実に点灯します。 応答しきい値 DA2.1 のヒステリシスをオンにします。R22 はオープン VT1 を介して R9 と並列に接続され、これにより測定ブリッジの対応するアームの抵抗がわずかに減少し、それによって反転入力 DA2.1 の電位が低下します (参考値)。入力)。 そのため、冷却プロセスをオフにする(ペルチェ素子をオフにする)には、温度センサーがわずかに冷却される必要があります。 それよりも強い冷却プロセスをオンにした温度レベル - EK1 をオフにするには、温度センサー DA1 の電位が、冷却プロセスが開始した温度よりわずかに下回る必要があります。 冷却プロセス中、温度センサー DA1 の電圧 (非反転入力 DA2.1 の電圧) が反転入力の電圧よりも低下し、基準電圧未満になるとすぐに、DA2.1 が次の電圧に切り替わります。<0>、冷却プロセスが停止し、ペルチェ熱電対 EK1 がオフになり、緑色の「通常」LED が点灯し、設定温度に達したことを示します。 コンパレータ DA2.1 のヒステリシス回路は逆に動作します。抵抗 R22 による抵抗 R9 の分路が停止します。冷却モードを再開するには、センサ DA1 の温度が冷却プロセスの温度よりわずかに高くなければなりません。停止。

抵抗器 R4、R5 は、R7 によって設定された熱安定化温度付近の作業領域の温度変化に対するサーモスタットの鈍感ゾーンを形成します。 R4、R5 のおかげで、加熱コンパレータ DA2.2 の基準入力 (ピン 5) の電位は、加熱をオンにするためのしきい値を設定し、冷却モードがオフになる原因となった電位よりも低くなります。コンパレータDA2.1のリファレンス入力。 サーモスタットの動作の考慮されたエピソードに関連して、温度センサーは不感帯内で慣性冷却を停止する必要があります。温度センサーの電圧は、加熱をオンにするために加熱コンパレーター DA2.2 の応答しきい値を下回ってはなりません。 環境条件の影響で作業領域が自然に加熱されると、温度センサー DA1 の電位が上昇し、この電位がスイッチングしきい値 DA2.1 に達するとすぐに、冷却モードが再開されます。 設定温度を維持するプロセスでは、緑色 LED VD8「通常」と赤色 LED VD4「冷却」がゆっくり点滅します。

環境条件の変化により、冷却モードをオフにした後も作業エリアが自然に冷却され続ける場合、しばらくすると、温度センサー DA2.1 の低下する電圧が加熱コンパレータ DA2.2 のスイッチング閾値に達します -作業領域の強制加熱モードは、供給される電圧の極性を変更してペルチェ素子をオンにすることによってオンになります。ブリッジ反転アンプのトランジスタ VT10、VT13 が開き、+E2 がプラスに接続されます。回路の左側ではなく、ペルチェ素子の側 - 緑色の LED VD8「通常」が赤色の LED VD5「加熱」とともに点滅し始めます。 R13 と R9 の相互作用により、加熱コンパレータ DA2.2 にヒステリシスが提供されます。

重要な要素は C2、C3 です。 これらは、コンパレータ入力の電圧がコンパレータの応答電圧に近く(互いにほぼ等しい)、滑らかに変化するとき、励起点までのコンパレータの自発的なスイッチングを防ぎます。 C2、C3 が大きく貢献 より大きな貢献ヒステリシスよりもコンパレータの動作を安定させるのに役立ちます。

カスケードオントランジスタ VT7 は 2 入力要素を形成します<или>暖房または冷房の実行中に VD8「通常」LED をオフにします。

サーモスタットの設定は、トリミング抵抗 R4 を使用してデッド ゾーン (ZN) の幅を設定することで構成されます。 そして、作業領域の温度を測定する標準温度計を使用した温度値のR7スケールの校正(割り当て)へ。 この場合、次のことに留意する必要があります。 ゾーンが広いほど温度維持の精度は低くなります。 ゾーンの幅は、加熱と冷却の熱プロセスの慣性によって決まります。慣性は、ペルチェ素子の総電力 (数) の最適な選択によって決まります。 最適な選択熱電素子の電力は、緑と赤の LED (VD4「冷却」または VD5「加熱」) の 1 つがゆっくり点滅することに対応します。 ZN を拡張するときに、緑色 LED VD8「正常」が長時間点灯していることが判明した場合は、熱電素子の電力が過剰です。 ゾーンが狭すぎる場合は、3 つの LED すべてが同時に点灯することで示されます。 もちろん、同時に燃焼することはできません。これは、高周波でスイッチングするように認識されるため、その明るさは白熱の3分の1になります。 この場合、ブリッジ反転アンプではトランジスタを確実にロックして短絡電流を防ぐことが重要です。 2 つの LED が同時に点灯する場合: 緑と赤の 1 つ (加熱または冷却) は、熱電素子の電力が不十分で、電力が限界に達し、抵抗器による温度設定がさらに上昇することを示します。 R7 が完了していない可能性があります - 指定されたより極端な温度に達していない可能性があり、緑色の LED は点灯せず、常に 1 つの LED のみが点灯し、加熱または冷却され、サーモスタットの対応する連続動作モードを示します。周囲温度に関連してどのタスクが設定されるか。

トリマ抵抗器 R11 はオプションです。 R7 を初めて校正する場合、サーモスタットの動作は図のグラフに完全に準拠する必要はありません。 1、温度センサー DA1 によって生成される電圧が必要な温度範囲内に収まる場合、R11 を取り付ける必要はありません。 この場合、DA1 を交換するときに、R7 を再校正するか、R11 を取り付けて、以前に校正した R7 スケールに適合させる必要があります。

R11はサーモスタット基板の機能を確認するために必要です。 温度センサー DA1 の代わりに、制御されたツェナー ダイオード TL431 が接続されており、R11 を回転することにより、広範囲にわたって異なる電圧がツェナー ダイオード TL431 に設定され、温度センサーの動作をシミュレートします。

必要に応じて、磁気電気測定ヘッドを VT2 のエミッタフォロワを介して DA1 温度センサに接続し、作業エリアの温度をダイヤルインジケータで表示することができます。 著者は測定ヘッドを接続していないため、対応する要素の値は図に示されていません。

構造と詳細。 図 2 の場合、低電力 VT1 ~ VT7 は、電流 Ik が少なくとも 20 mA、電圧 Uk が少なくとも 25 V であれば、適切な任意の構造にすることができます。図には、プリント基板が取り付けられているため、KT502、KT503 のみが示されています。ケースとピン配置 (KBE) の下にあり、このピン配置では最も一般的です。 共通ピン配置トランジスタ (KBE) も次のようになります: KT3102、KT3107。 KT209 は文字 G から始まり、さらに任意の文字インデックスが付いたアルファベット - それらはすべてサーモスタットで使用できます。 DA1 は、K1019EM1、LM x35 に置き換えることができます。ここで、x は、デバイスのクラスを特徴付ける 1 ~ 3 の数字です。 チョーク L1、L2 は、直径 0.8 mm 以上のエナメル銅変圧器線でできており、直径 5 mm および 20 mm、長さ 20 mm のフレームレス単列コイルに順番に巻かれます。パワーダイオード。 高電圧 +E2 を使用する場合、VD9、VD10 はこの電圧用であり、最も一般的な低電力高電圧ダイオード KD105 の 1 つである必要があります。 動作電流 10 mA の AL307 LED および同様のインジケータ LED。

描画 プリント回路基板サーモスタットの制御部分を図に示します。 4. 回路の電源部分は作者によって個別に製造され、トランジスタ VT10 ~ VT14 はラジエーターに取り付けられています。 これらのトランジスタは、ペルチェ熱電対にかかる必要な電流と電圧に基づいて選択されます。 低電圧 VT8、VT9 を使用する場合、漏れ電流が大きくなるため、R32、R33 を 47k 以下に減らす必要がある場合があります。 それらの抵抗の値は、Ikbo * R ≤ 0.5 V という式で計算されます。R26:R32、R27:R33 の比が 3:1 より大きいことは望ましくありません。

サーモスタット制御部のプリント基板は片面基板で製造に最適化 手動で。 組み立て図を含むボードのすべての図は、銅はんだ付け実装側から示されているため、取り付け時のボード上のナビゲーションが容易になります。 手作り、エラーの可能性を減らします。 基板は以下のようにして作ることができます。 基板の図面、つまり穴を開ける位置は、1:1 の縮尺で任意の紙に印刷されます。 基板の元の図面がコンピュータ ファイルではなく、雑誌や本のページにある 1:1 の縮尺の画像である場合、ドリル穴の位置はトレーシング ペーパー上のライトまたは任意の場所に転写されます。光が窓に当たる場合は、他の紙。 市松模様のノートを使用すると、より正確に描画して修正することができます。 次に、ボードの輪郭とドット(将来の穴の場所)が描かれた紙をカットしてスキャンします。 得られたパターンでボードブランクを包み、接着剤を一滴垂らして固定し、紙に直接穴を開けます。 ドリルと機械の品質によっては、特に精密な穴を最初に千枚通しで開ける必要がある場合があります。 穴を開けたブランク基板の銅側を細いナイフできれいにします。 次に、ニトロワニスまたはニトロペイントで線路を描きます。 コンタクトパッド。 ツールはブラシまたは描画ペンです。 十分な大きさのブラシを購入できなかった場合は、ブラシから余分な毛を取り除きます。 ニスの透明度を消して絵の具に変えるには、ボールペンのリフィルからペーストを一滴絞り込みます。 防水であれば何でも使えます 塗料とワニス。 ボードがそれほど強力ではないエッチング液でエッチングされる場合は、ある種の油性マーカーを使用してトラックを描くこともできます。 最も単純なニトロワニスは、濃硝酸でのエッチングに容易に耐えることができます。利用可能な最も強力で最速のエッチング液を使用すると、基板はわずか数分でエッチングされます。 その場合は、ニトロ材料の使用が望ましいです。 それらは最も速く乾燥します。 塗装された板は文字通り、ヘアドライヤーの熱風で目の前で乾燥します。 ボードをエッチングするための非攻撃的な溶液は次のとおりです。 塩化第二鉄溶液。 解決 硫酸銅(CuSO4) ダイニングルーム付き 食卓塩飽和するまで1:2の比率、または水1リットルあたり硫酸銅大さじ2と塩大さじ4。 エッチング後 塗装機械的または溶剤を使用して除去できます。 基板は洗浄され、再度洗浄され、錫メッキされます。 サンディングの代わりに、ボードを脱脂することができます。コーティングのための表面の準備は、機械的だけでなく化学的にも行うことができます。

予備的な紙の開発 (できれば方眼紙上) の形で同じテクノロジーを使用すると、複雑なデータを作成するのに便利です。 フロントパネル、ワーク素材に直接面倒なマーキングを行わないようにします。 紙のスキャンには、レーザー プリンタで光沢紙に印刷されたプリント回路基板の図面を使用できます (脂肪含有量は可能な限り最大に設定されています)。 次に、このような展開(印刷されたトラックまでの銅)で包まれた基板ブランクの上部を、トナーが銅と焼結するまで熱いアイロンで滑らかにします。 5分もあれば十分です。 スムージング。 準備ができているかどうかは、少し努力せずにボードから紙を剥がすことができないかどうかによってチェックされます。 次に、紙を洗い流します。紙は水に浸して剥がしますが、トナーは銅と焼結したままです。基板はエッチング溶液に浸され、エッチングの準備が整います。 溶液槽の底に向かって下を向いている基板の面はより速くエッチングされますが、底と接触してはなりません。

サーモスタット回路をサーモスタットに単純化する方法、つまり 図に示すように、加熱のみを目的として動作する装置に接続して、周囲温度と比較して作業エリアの温度を自動的に高く維持します。 5. から 既存のスキームこのサーモスタットの特徴は、低電圧の存在です。 LED表示動作モードに応じて、 ヒーター出力の最適な選択を判断できます。 温度センサー接続の完全性を監視していること。

MOSFET トランジスタ FDP18N50 (VT13) は比較的希少です。 発熱体の必要な電流を IGBT トランジスタに置き換えることができます。 回路に従って組み立てられたサイリスタ同等品も同様です。 一般的な高電圧 MOSFET トランジスタは最大 4 A の電流向けに設計されており、好きなだけオンにすることができます。 強力なサイリスタ、図の回路に従ってアンプを組み立てました。 6. 回路内の最大負荷電流 図1 6はサイリスタ1個の最大電流の2倍に相当します。KU202Hを使用する場合、図にMが示されています。 最大電流負荷(発熱体)は 20 A に等しく、図の回路で FDP18N50 トランジスタを使用するのと同等です。 5. 他の負荷接続オプションを図に示します。 7 – 8. 図の図の R42、C6。 8 スイッチ負荷に重大な誘導成分が含まれている場合、サイリスタを電圧サージから保護します。

文学

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  2. http://doc.chipfind.ru/integral/
  3. http://transistor.by/support/techguide/
  4. http://kryothermtec.com/ru/
  5. http://www.crystalltherm.com/ru/
  6. Nechaev I. 照明を自動制御します。 - ラジオ、1996 年、第 5 号、p. 46.

こんにちは、banggood 読者の占星術師がペルチェウィークを発表したので、このレビューは 1 つのことに焦点を当てます。 興味深いアプリケーションこのことの。 CUTでも大歓迎です。

教育プログラムから始めましょう

Wikipedia には、「ペルチェ素子は熱電変換器であり、その動作原理は電流が流れると温度差が生じるペルチェ効果に基づいています。」とあります。 このフレーズの後では、それがさらに明確になることはなかったと思います)。

わかりました。別の方法で試してみましょう。 2 種類のゾーンで構成される特定の水族館を想像してください。 水族館の最初のゾーンでは魚は素早く泳ぎ、2番目のゾーンではゆっくりと泳ぎます。 また、ゾーンの境界で水中でブレードが回転していることを想像してみましょう。 ルールは次のとおりです。1) 魚は、その速度がゾーンに設定された速度と一致する場合にのみ、別のゾーンに泳ぎます。2) ゾーンの境界を横切るとき、魚はブレードと相互作用して速度を増減できます。 ここで、いくつかのゾーンが連続して配置されていると想像してみましょう。 (その他のゾーン 高速低い Z- で Z+ と呼びましょう) 魚は Z+ にあり、Z- に移動しようとしています。境界でブレードと相互作用してゆっくりと泳ぎ始めます。その間、ブレード (Z+/W- の境界で) は動き始めます。より速く回転するために。 次に、魚は次のゾーン Z+ に移動しようとします。魚は加速する必要があります。Z-/Z+ の境界でブレードと相互作用し、同時にブレードがよりゆっくりと回転し始めます。 その後、すべてが繰り返されます。 一部のブレードの速度が低下し、他のブレードの速度が上昇することに気づく場合があります。 ペルチェ素子も同様の原理で動作します。 魚の代わりに電子があり、魚の速度の代わりに、半導体内の電子のエネルギーが存在します。 電流が 2 つの半導体の接触部を流れるとき、電子は別の半導体のより高いエネルギー領域に移動するためにエネルギーを獲得する必要があります。 このエネルギーが吸収されると、半導体間の接点が冷却されます。 逆方向に電流が流れると半導体の接点が発熱し、
さらに、電流が大きいほど、エネルギー伝達の効果が高くなります。エネルギーは「冷たい」側から「熱い」側に伝達されます(魔法のように失われることはありません)。したがって、ペルチェ素子は物体を室温以下の温度まで冷却することができます。 (つまり、半導体ヒートポンプです)。 プロセッサやトランジスタなどから熱を取り除くだけの場合は、 ペルチェ素子を使用しても採算が合わないのは、 送信可能なラジエーターが必要になります 環境冷却対象物からの熱+ペルチェ素子の動作時に発生する熱。 理論は終わったので次に進むことができると思います。
レビューのスポンサーによると、13.90 グリーンがどのようなものかを見てみましょう。

このモジュールは 5 レベルのサンドイッチのようなもので、一対のラジエーターとファン、およびペルチェ素子自体で構成されています。
ファン 大きいサイズ熱を除去するように設計されています。 力を入れればネジを緩めずに外れます。
ファンはごく普通のもの(電源12V、サイズ90mm)はグリルで覆われており、最初は排気用に取り付けられています。

反対側には小型ファン(電源12V サイズ40mm)があります。
赤ん坊は良心を台無しにされている
ラジエーターを見てみましょう
大型ラジエーターサイズ 100mm*120mm 高さ 20mm
小型ラジエーター40mm*40mm高さ20mm。 ラジエーターは 2 本のネジで固定されています。小さなラジエーターにはネジが付いています。 ラジエーターを取り外すと、サーマルペーストが見つかりました。これは問題ありませんが、圧力がかかっていることがわかります。
大型ラジエーターとの接触も理想的ではありません。
主な結論は、このモジュールを最大限に活用したい場合は、ラジエーターの下を必ず確認してください。 サーマルペーストを消去すると、ここに素子が取り付けられていることがわかります TEC1-12705(サイズ 40mm*40mm*4mm) ただし、より強力な TEC1-12706 が宣言されています。 TEC1-12705のマニュアル

小さなラジエーターを取り外し、「暖かい」側と「冷たい」側の温度を測定してモジュールを起動してみましょう。
「冷たい」側の温度は -16.1、「熱い」側は 37.5 デルタ 53.6 です。 12Vでの消費電流は4.2Aでした。
ペルチェ素子が登場したのは90年代以降です。

ここからが楽しい部分です。
金属の光沢のあるプレートを見つけて、熱電対用の穴を開けます。
サーマルペーストを塗布し、熱電対を取り付けます
次に、黒い紙と普通の部品から狭指向性の光検出器とフォトダイオードを作ります。

「入射角は反射角に等しい」というルールを覚えて、完成したデバイスを組み立てます。
それが何であるか誰が推測しましたか? これは、露点温度/相対湿度を決定するための装置 (または動作原理を示すモデル) です。 これは次のように動作します。IR LED が反射板を照らし、反射後、IR LED からの光が IR フォトダイオードに当たります。 逆バイアスされた IR フォトダイオードから電圧信号が収集されます。 プレートが露点温度まで冷却されると、プレート上に結露が集まり始め、反射放射線の強度が低下し、フォトダイオードの信号が変化します。 プレートと周囲の空気の温度を記録することで、 相対湿度。 仕事では、Brymen BM869 (自作のケーブルとソフトウェア付き) と Uni-t UT61E を使用しました。
以下が結果です
赤いグラフはプレート温度、青いグラフはフォトダイオードからの信号です。 フォトダイオードからの電圧が全電圧変化の半分だけ変化した瞬間を結露の瞬間とみなします。 設定した条件で測定した室内露点温度は+9℃、周囲温度は26.7℃でした(変化がないためグラフには表示しておりません)。同時にHTU21モジュールを起動して観測しました。ターミナルの測定値(ターミナルのスクリーンショットがグラフィックスに追加されました)。次に使用しました。 オンライン計算機湿度を露点温度に変換するには
HTU21から湿度を露点温度に換算した結果は、直接測定した露点温度と一致しました。 つまり、上記の方法で露点を求め、再計算すれば、かなり正確に湿度を求めることができるということです(もちろん、すべてを大人のようにやればですが)。 この方法をチルドミラー法といい、この原理に基づいて作られた湿度計を結露湿度計といいます。 このレビューを楽しんでいただき、何か新しいことを学んでいただければ幸いです。 ご清聴ありがとうございました。

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このコントローラーは、同様のデバイス向けに設計されていますが、同様のデバイスでも使用できます。 この出版物では、完全な設計図と常駐ソフトウェアが提供されます。

冷蔵庫のコントローラーには、次の理由から非常に多くの固有の要件があります。

  • 機能的目的 - 冷蔵室内の空気の安定化。
  • 精度と温度安定性に関する特別な要件に従って、
  • 冷却装置として使用 – 。

ペルチェ素子制御。 コントローラーの要件。

  • 制御システムは温度を次の温度に維持する必要があります。 高い正確性そして最も重要なことは、突然の変動がないことです。 冷蔵庫のリレーサーモスタットが完全に受け入れられないもう1つの理由。
  • 冷蔵室の空気温度が安定します。 冷却モジュールの電力変化に対する気温の変化の応答は非常に遅く、数十分かかります。 規制当局の数学的裏付けでは、この特異性を考慮する必要があります。
  • デバイスは 24 時間稼働します。 したがって、それは必要です 高効率、低消費電力。 ユーザーが最大電力を設定できることが望ましいです。
  • このシステムには、コントローラーの外側にあるいくつかのコンポーネント (温度センサー、ファン、ペルチェ モジュール) が含まれています。 すべてのシステム コンポーネントの自律診断を実行し、致命的なエラー、過熱、ファンの故障などに対する保護を提供する必要があります。
  • コントローラーには、シンプルでわかりやすいインターフェイスが必要です。

以上を考慮して冷蔵庫用コントローラを開発した。

ペルチェ モジュールに基づく冷蔵庫のコントローラー パラメーター。

構造スキームシステム。

ここで説明することはあまりありません。

回路図ペルチェ素子を利用した冷蔵庫用コントローラー。

スキームは複雑ではありません。 主要コンポーネントは、Microchip の PIC18F2520 マイクロコントローラーです。 それに接続されています:

  • 3桁、7セグメント LEDインジケータ VD9、電流制限抵抗 R20 ~ R27 を経由。
  • 3 つのボタン、デカップリング ダイオード VD6 ~ VD8 を介して。
  • 2 つの温度センサー D1、D2。
  • ファン制御キー VT1;
  • 測定回路:
    • フィルタ R12、C6 を通る電流。
    • 供給電圧、フィルタ分圧器 R8、R5、C4 を経由。
    • 分圧器フィルタ R9、R6、C5 を通る第 2 負荷端子の電圧。
  • PWM キー ドライバー VT2、VT3、R7、R10、R11。
  • パルススタビライザーの電源部分 VT5、VD2、L1...

スイッチングスタビライザーは次のように組み立てられます。 伝統的なスキームステップダウンスタビライザー。 負荷(ペルチェ素子)のみを地面から浮かせます。 これにより、グランドに接続されたマイクロコントローラー信号からスタビライザー スイッチを制御できるようになり、回路が大幅に簡素化されます。

VT5 スタビライザー キーは、マイクロコントローラー PWM 変調器からのドライバーを介して制御されます。 PWM周波数100kHz。 キーが開いている場合、電流は回路、つまり電力、負荷、インダクタ L1、キー VT5 を通って負荷に流れます。 クローズモードでは、負荷は、インダクタL1、回生ダイオードVD2という回路を介して、インダクタに蓄えられたエネルギーから電力を供給されます。 PWM のデューティ サイクルに応じて、負荷に伝達されるエネルギーが変化します。

  • 電源から消費される電流値は、抵抗 R16、R17 を介して測定されます。
  • 電力は電流と供給電圧の積として計算されます。
  • 負荷電圧は、供給電圧と負荷の 2 番目の端子の電圧の差として計算されます。

これらすべてのパラメータを使用して、コントローラーは PWM デューティ サイクルを決定します。

インダクタ L1 のインダクタンスは 300 ~ 400 µH、飽和電流は 5 A である必要があります。私は W 型コア Ш36x18x10 2500NMC で作成しました。 65回巻いて隙間は1mmになりました。

PWM 周波数が 100 kHz であることを覚えておく必要があります。 したがって、適切なグレードのフェライトが必要です。 N87よりは2500NMSも可能ですが、2000NMでもいけると思います。 表皮効果を防ぐために、細いワイヤーを2〜3層に折り曲げて巻くのが良いでしょう。

この回路は最大 3 A の電流に対応するように設計されています。ただし、出力電力を高めるために他のコンポーネントを使用することを妨げるものはありません。 最大出力電力は、R16、R17、VT5、VD2、L1、C10、L2、L3 の要素のパラメータによって影響されます。

回路配線要件は、スイッチング スタビライザーでは通常のものです。 電力高周波要素間の接続は最小限にする必要があります: R16、R17、VT5、VD2、L1、C7、C9。

出力電波干渉フィルターは、要素 L2、L3、C11 に組み込まれます。 おそらく、それがなくても大丈夫です。

温度センサーはツイストペアを使用して接続することをお勧めします。

どの回路コンポーネントも熱くならず、ヒートシンクは必要ありません。

コントローラーレギュレーターの数学的サポート。

レギュレーターの数学は非常に複雑です。 これが簡略化された図です。

主要なレギュレーターは 3 つだけです。

  • 実は 下位レベル電圧レギュレータ。 PIDコントローラー(比例・積分・微分)です。 その役割は、負荷にかかる電圧が安定するように PWM を制御することです。 前のレギュレータ、つまり電力レギュレータから指定された電圧を受け取ります。 また、主に差動成分によるリップルも平滑化します。
  • 高出力レギュレーター。 温度調節器からの設定値に応じて負荷側の電力を安定させます。 これは一体型レギュレータです。 彼は実際の電力を電流と電圧の積として計算します。
  • 最上部には温度調節器があります。 その役割は、安定した温度を維持することです。 これは低速の積分レギュレータです。 その積分係数は、温度不一致誤差が 10 °C の場合、電力が 12 分間に 10 W 変化するように設定されています。 冷蔵庫内の空冷プロセスの慣性により、遅い反応が必要です。

レギュレーターの数学的計算についてはこれ以上詳しく説明しません。 おそらくいつか、自動調整の理論について、わかりやすい形で記事を書くことになるでしょう。

住宅用ソフト。

プログラムはアセンブラで書かれており、すべての変数が循環リセットされます。 原則として凍結はできません。

ソフトウェアは次の機能を実行します。

  • 表示:
    • 冷蔵室内の現在の温度。
    • 設定温度。
    • ペルチェ素子の現在の電力:
    • 指定された最大電力。
    • 外部ラジエーターの温度。
    • 電源オン;
    • ファンをオンにする。
    • 致命的なシステムエラー。
  • チャンバー内の空気温度の安定化。
  • 外部ラジエーターファン制御 (30 °C でオン、27 °C でオフ)。
  • システムのステータスを監視します。

コントローラーを使って作業します。

電源を入れると、インジケーターに次のメッセージが表示されます。 Webサイトデバイスは正常に動作します。

インジケーターは冷蔵庫内の温度を表示します。

設定温度を表示するには、「選択」ボタンを押します。 「選択」ボタンを押しながら「+」「-」ボタンで設定温度を設定できます。

「+」ボタンを押すと(「選択」ボタンは押しません)、コントローラーはペルチェモジュールの現在の電力を W 単位で表示します。 インジケーターの電力値は文字「P」の表示と交互に表示されます。 「選択」ボタンを使用すると、指定された最大電力を表示し、「+」および「-」ボタンを使用して設定できます。

次に「+」ボタンを押すと(「選択」ボタンは使用せず)、コントローラーが外部ラジエーター温度表示モードに切り替わります。 インジケーターの温度値は「tr」の表示と交互に表示されます。

コントローラーは次のエラーを監視し、それに応答します。

  • 温度センサーエラー。 インジケーターには「---」の記号が表示されます。
  • EEPROM書き込みエラー。 指定されたパラメータ (温度、電力) は、マイクロコントローラーの不揮発性メモリに保存されます。 このデータのチェックサムが一致しない場合、エラーが発生します。 実際には、初めて電源を入れたときや、録画中に電源を切ったときに表示される場合があります。 パラメータをリセットすることで修正されました。
  • 過熱エラー(ファンの故障)。 外部ラジエーターが 50 °C まで加熱された場合に表示されます。 これはファンに障害がある場合にのみ発生します。
  • エラーが発生した場合、コントローラーはペルチェ モジュールから電圧を除去し、LED を点滅させてエラーを示します。

温度コントローラーは慣性であることをもう一度強調しておきます。温度不一致誤差が 10 °C の場合、電力は 12 分で 10 W 変化します。 それらの。 電源を入れたときに電力が低下するのは正常です。 私たちは待たなければなりません。

冷蔵庫のコントローラーに関する資料をダウンロードします。

誰かが開発を繰り返したり、改良したりした場合は、その結果について私に書いてください。

この開発に関する資料を他のリソースで使用する場合は、サイトへのアクティブなリンクを提供してください。

に関する一連の記事。

特徴的な機能:

  • 直流モード制御により、熱電 (TEC) モジュールのサージ電流を防止
  • パワーMOSFET内蔵
  • 高効率パルス設計
  • リップル制限機能によりノイズレベルを低減
  • 低出力電流モードではデッドゾーンやヨーがありません
  • 調整可能なTECモジュールの電圧制限
  • 加熱電流制限と冷却電流制限を個別に制御
  • ITEC 出力により TEC モジュールの電流監視が可能
  • 誤差1%のION
  • 変換周波数 500kHz/1MHz
    出力電流 3A (MAX1968)
    出力電流 6A (MAX1969)
  • 熱的に最適化されたTSSOP-EPハウジング

使用分野:

  • ファイバーレーザーモジュール
  • WDM、DWDMシステム(波長分割多重、高密度波長分割多重)におけるレーザーダイオードの温度制御システム
  • 光ファイバーネットワーク機器
  • 光増幅器 EDFA (エルビウムドープファイバ増幅器 - エルビウムドープファイバ増幅器)
  • 通信光ファイバーインターフェース
  • 自動試験装置
  • バイオテクノロジー研究室用機器

一般的な接続図:

ピンの位置:

説明:

MAX1968/MAX1969 ICは高度に集積されており、TEC熱電(冷却)ペルチェモジュール用のコスト効率の高い高性能パルスモードドライバです。 どちらの IC も、TEC モジュールのサージ電流を排除する直流制御を提供します。 FETを内蔵することで必要な外付け部品の数が減り、同時に制御効率も向上します。 周波数 500 kHz/1 MHz の制御モードと ユニークなシステムリップル抑制により、コンポーネントのサイズとノイズレベルが低減されます。

MAX1968は単電源であり、2つの同期バックレギュレータの出力間にTECモジュールを接続することにより、バイポーラ3A制御出力を提供します。 バイポーラ モードでは、低負荷電流でデッド ゾーンやその他の非直線性のない温度制御が可能です。 この制御回路の実装により、システム状態がしきい値制御点に近づいたときに「ヨー」が発生しないことが保証されます。これには、少量のシステムの冷却または加熱が必要です。 アナログ制御信号により、TEC モジュールの電流が正確に設定されます。 MAX1969 ICは、最大6Aのユニポーラ制御信号を提供します。 フォールトトレランスは、モジュールの電圧と電流の両方に対して調整可能なしきい値を設定することによって最適化されます。 別途設置加熱および冷却の電流制限。 アナログ出力は TEC モジュールの電流も監視します。

私がペルチェ素子(以下EP)と出会ったのは数年前、水槽用の冷却装置を開発していた時でした。 今日、電子機器はさらに手頃な価格になり(価格は500ルーブルから)、その応用範囲は大幅に拡大しました。

たとえば、フリー クーラー (ウォーター クーラー、ウォーター ディスペンサー、ディスペンサー) は、どのオフィスや一部の個人宅でも見られますが、周囲の空気が通過することによって水冷を提供する、水から空気への熱交換器です。軸流ファンを使用した熱交換器プレートは、電気モーターなしでは考えられません。

4x4 cm の正方形の形状の ES (図 5.12) は、特殊なサーマルペーストと締め付けネジを使用して、冷却ラジエーターと水タンクの本体の間に、「冷たい」表面をタンクに向けて固定されます。

図5.12 外観ペルチェ素子ブランド TES-1-1208

CP1.4-127-045L など、同様のサイズの他の電子デバイスも普及しています。 電気駆動装置の主なパラメータは最大出力です。

熱交換器とラジエーターの間の信頼性の高い機械的接触が重要であるため、熱潤滑剤が EP の両面に塗布されます。 特別なサーマルペーストがない場合は、ラッサリペーストやサリチル酸亜鉛ペーストなど、通常の薬局で安価に購入できる薬剤を使用できます。

EP の「ホット」側の最高温度は +80 °C に達するため (高温スーパークール クーラーの場合、最高温度は +150 °C)、EP が正しく冷却されることが重要です。

電気素子の「熱い」面はラジエーターに面しており、その反対側には冷却ファンが取り付けられています(空気の流れはラジエーターから外側に向けられます)。 ファンと電動モーターは、極性に応じて 12 ~ 14 V の電圧の電源 (降圧変圧器、ダイオード整流器、平滑酸化物コンデンサで構成) に接続されます。 ED は一定で、ファンは水タンクに接続されたコンパレータと温度センサーに基づく電子デバイスによって制御されます。 タンク内の水温が +5 °C を超えると、ファンが自動的にオンになり、冷却が始まります。 YH-110 卓上クーラーのデータシートによると、水は +5 °C まで冷却されます。 電源のリップルは 5% を超えてはなりません。そうしないと、発電機の効率が低下します。

EP の動作は、フランスの時計技師ジャン ペルティエによって発見された効果に基づいています。 1834年、ペルチェは実験中に、異なる導体からなる回路に直流電流が流れると、電流の方向に応じて導体の接触点(接合部)で熱が吸収または放出されることを発見しました。 熱量は導体の接点を流れる電流に比例します(図5.13)。

直流電流が EC を通過すると、その側面間に温度差 (dT = Th – Tc) が生じます。つまり、一方のプレート (冷たい) が冷却され、もう一方のプレート (熱い) が加熱されます。

ED に温度差を加えると、モジュールは次のようになります。 電気。 これは、表に記載されている実験によって確認されています。 1およびその注記。 この効果に基づいて、将来的にはポータブル電源を作成することが可能です。

ペルチェ効果は、半導体と半導体の接触部分で最も強く現れます。 他の種類導電率 (p- または p-)。 ペルチェ効果の説明は、pn 接合の接触電位で減速または加速される伝導電子と、半導体アレイ内の原子の熱振動との相互作用にあります。 その結果、電子の移動方向、およびそれに応じた電流に応じて、接合 (p-n または n-p 接合) にすぐ隣接する半導体セクションの加熱 (Th) または冷却 (Tc) が発生します。

ペルチェ効果は、熱電モジュール (TEM) の動作の基礎となります。 TEM の単一要素は熱電対であり、1 つの p 型導体 (分岐) と 1 つの n 型導体で構成されます。 このような熱電対を複数直列に接続すると、p-p 接点で吸収された熱 (Qc) が接点で放出されます。 p-p型(Qh)。 熱電モジュールは、直列に接続された熱電対のセットです。 熱電対は 2 枚のセラミック プレートの間に配置されます。 ブランチは、酸化アルミニウム製の熱伝導性セラミックスに取り付けられた銅の導電性パッド (チップ) にはんだ付けされます。 この材料は~に対する耐性があります 高温摂氏数百度。 ED ハウジングはテルル化ビスマスで作られており、必要な種類と導電率パラメーターを得るために特別な添加剤 (セレン、アンチモン) が加えられています。

異なる EC の熱電対の数は、数ユニットから数百までと大きく異なります。これにより、数十ワットから数百ワットの冷凍能力を持つ TEC を作成することが可能になります。

ED の側面間の最大温度差 (dTmax、°C) は、80 °C を超える場合があります。 Qmax (W) – 電流 I = Imax および温度差 dT = Th – Тс = 0 での冷却能力。ただし、モジュールのコールド側に供給されたすべての熱が瞬時に損失なくホット側に送られ、温度がホット側の温度 Th は 27 °C (300 K) に維持されます。

米。 5.13。 電流に影響を与える温度の電流への変化の図

ES結論に適用することをお勧めします 一定の圧力。 印加電圧を (モジュールに表示されている電圧と比較して) わずかに高くすると、性能係数を低下させることなく高い冷却能力を実現できます。これは、コンピュータ プロセッサを冷却する際に重要です。 消費電力も比例して増加します。

EP は水冷だけでなく、チップパッケージやプリント基板の冷却など空対空冷却器としても積極的に使用されています。 コンピューターのプロセッサーの冷却は、電子デバイスの使用の一例にすぎません。

液体(水)冷却を考慮すると、そのような装置には感電も伴います(図 5.14 を参照)。

最大電力 70 W (12 V) および 172 W (24 V) の標準シングルステージモジュール。 モジュールの名称(マーク)は次のように解読されます。 最初の数字はモジュール内の熱電対の数です。 2 番目 – 枝の側面の幅 (mm)。 3 番目 – 枝の高さ (mm)。 たとえば、TV-127-1.4-1.5。

EP モジュールは密閉されているため、水中でも使用できます (沸騰水中での実験の説明については表 1 を参照)。EP のセラミック表面は研磨されています。 黒 (-) と赤 (+) のワイヤがラメラ (端子) にはんだ付けされます。 電子デバイスが、黒いワイヤ (図 1) が左側、赤いワイヤが右側になるようにリード線が自分自身を向くように配置されている場合、「コールド」側が上に、「ホット」側が存在します。底部に。 マーキングは通常、ホット側に適用されます。

米。 5.14。 液体クーラー

レーザーコンポーネント、光ファイバー、半導体、実験室の冷却/加熱 計測器、医療機器、電子シャーシ、柔軟で ハードドライブ、 食べ物や飲み物。 ED およびそれに基づくモジュールは、熱サイクル モードで使用できます。これは、印加電圧の極性を変更するスイッチを使用して冷却モードと加熱モードを交互に繰り返すモードです。 このパルス制御プロセスは自動化でき、電子機器に「委託」できます。 冷却の度合いはEDに流す電流量に比例するため、冷却対象物の温度を高精度に制御することができます。

通常 (室温) では、EP の両側の表面の温度は +8...+10 °C (室温よりもはるかに低く、この実験では +19 °C とします) になります。

さまざまなモードでの ED の抵抗の変化を考えてみましょう (抵抗測定モードでは、M830 テスターが ED 端子 (ラメラ) に接続されています)。 研究結果は表にまとめられています。 5.1.

ESの適用範囲

一定以上の温度にさらされた場合 室温、ED の片側 (マーキング付き) では、抵抗が減少します。 – 比例して増加します。 説明のための最も単純な例は、表の実験 2 と実験 3 で説明されているように、手のひらの端で電子デバイスの表面に触れることです。 5.1.

USB モードの周波数 7296.0 kHz、7165.5 kHz、18157.5 kHz、14342.5 kHz、および CW の 10117.5 kHz は、主に徒歩遠征の短波通信事業者によって使用されます。

文献:カシュカロフA.P. 居心地の良さと快適さのための電子機器。



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