Riscaldatore/termometro elettronico Inviato da Giovanni Albergoni Acquariforum Sto preparando un allevamento di Artemie adulte, in modo da fornire ai miei amati pesci del buon mangime vivo. Per questo motivo ho realizzato un riscaldatore elettronico per mantenere la temperatura nella vasca delle artemie (piccola, circa 20 litri) a 28-29 gradi. Visto il perfetto funzionamento e la comodità del mio riscaldatore, ho pensato di rendere pubblica la mia realizzazione. Le caratteristiche principali sono: - Lettura della temperatura tramite un sensore integrato ad alta precisione (e a bassissimo costo ) - Alimentazione del riscaldatore (resistenza) a bassa tensione, con conseguente assoluta sicurezza operativa - Scalabilità: il riscaldatore può essere dimensionato in modo da fornire potenze da pochi watt a qualche Kilowatt - Lettura della temperatura impostata e della temperatura reale su un display digitale - Regolazione elettronica della temperatura - Possibilità di posizionare il sensore di temperatura separato dall elemento riscaldante, per permettere un migliore controllo della temperatura - Possibilità di comandare direttamente carichi a tensione di rete (220V), per esempio dei normali riscaldatori per acquario; un solo circuito può, per esempio, controllare fino a 35 riscaldatori da 100 Watt l uno Schema elettrico Lo schema elettrico è molto semplice:
Lista componenti R1: 2K ¼ W R2: 1K ¼ W R3: 10K trimmer multigiro R4: 28K5 ¼ W (realizzabile con più resistenze in serie, p.e. 22K + 6K8) R5: 1K potenziometro lineare R6: 43K5 ¼ W (realizzabile con più resistenze in serie, p.e. 22K + 22K oppure 33K + 10K + 470R) R7: 4K7 ¼ W R8: 1K ¼ W R9: 2K trimmer multigiro R10: 8K2 ¼ W C1: 1000 microfarad, 35V C2: 100 nanofarad poliestere C3: 100 nanofarad poliestere IC1: LM136 2.5 (rierimento di tensione a 2,5Volt) www.national.com IC2: LM136 2.5 (rierimento di tensione a 2,5Volt) www.national.com IC3: LM358 www.national.com IC4: LM135H www.national.com TR1: transistor Darlington NPN tipo BDX53C TRASF1: Trasformatore 220/21 Volt potenza da definire in base all elemento riscaldante D1: Ponte raddrizzatore 100V, corrente da definire in base all elemento riscaldante DEV1: Deviatore 1 via Il cuore del circuito è l integrato LM135H, un sensore di temperatura integrato che presenta in uscita una tensione variabile direttamente proporzionale alla temperatura esterna; per ogni grado Kelvin la tensione aumenta di 10 mv. La misurazione avviene, appunto, in gradi Kelvin; quindi, a 0 C, l uscita del sensore è pari a 2.7315 Volt (in quanto 0 C corrispondono a 273.15 Kelvin; 273.15 K * 10mV/ K = 2731,5mV = 2,7315V). Il sensore può essere calibrato, tramite il trimmer R3, in modo da diminuire l errore di lettura; si consideri comunque che l errore tipico senza calibrazione è inferiore ad 1 C. Per applicazioni normali la calibrazione può essere omessa, eliminando dallo schema R3 e lasciando il piedino di calibrazione aperto. La tensione in uscita dal sensore viene riportata sull ingresso non invertente
del comparatore IC3/A; sull ingresso invertente è invece riportata la soglia di temperatura che si vuole raggiungere e mantenere. Il comparatore provvede a comandare l elemento riscaldante come necessario. Tramite il deviatore DEV1 possiamo andare a leggere il segnale proveniente dal sensore di temperatura (quindi la temperatura corrente) o quello proveniente dal potenziometro R5 (quindi la temperatura impostata). Visto che l uscita del sensore è in gradi Kelvin, dobbiamo aggiungere uno stadio che converta la lettura in gradi Celsius (o centigradi): questo compito è effettuato dall operazionale IC3/B, che altro non fa se non dare in uscita una tensione fissa di 2,7315 Volt (corrispondente appunto a 273,15 F, cioè a 0 C), che viene utilizzata come livello di riferimento per la misura della temperatura. Il display può essere esterno, p.e. un multimetro, oppure un millivoltmetro che abbia un ingresso differenziale. Si può anche utilizzare un millivoltmetro con un ingresso singolo con riferimento a massa, ma in questo caso il millivoltmetro deve essere alimentato con una tensione separata da quella utilizzata per il resto del circuito, e la massa del millivoltmetro collegata all uscita dell operazionale IC3/B. Oppure (lascio a voi la realizzazione) il contatto centrale del deviatore DEV1 può essere fatto entrare in un circuito operazionale utilizzato in configurazione differenziale, con guadagno unitario, dove l altro ingresso è fisso a 2,7315 Volt; in questo modo l uscita dello stadio aggiuntivo è sempre di 2,7315 minore rispetto all ingresso. Per quanto riguarda l elemento riscaldante, si possono tranquillamente utilizzare delle resistenze industriali a filo o corazzate, opportunamente dimensionate. Conoscendo la potenza riscaldante che si vuole ottenere in uscita, è facile calcolare il valore di resistenza da utilizzare: Valore resistenza in Ohm = (Tensione di alimentazione)2 --------------------------------------- Potenza in Watt Volendo per esempio realizzare un riscaldatore da 12 Watt alimentato a 24 Volt (quello che ho realizzato io), si ha: Valore resistenza in Ohm = 242 =
576 = 48 Ohm ------------- ------------- 12 12 Come elemento riscaldante ho utilizzato due semplicissime resistenze a filo da 100 Ohm l una in parallelo, di quelle comunemente utilizzate in elettronica, da 10 Watt l una. Per rendere le due resistenze impermeabili e immergibili, ho preso una provetta in vetro che potesse contenerle comodamente, vi ho inserito le resistenze, l ho poi riempita fino a 1 cm dall orlo di olio siliconico (utilizzato comunemente per bagni termostatici) e poi ho sigillato il tutto con silicone acetico. Dal tappo di silicone esce il cavo che alimenta le resistenze. L olio siliconico è un ottimo isolante elettrico e un buon conduttore termico. Una volta asciugato il tappo di silicone la provetta può essere immersa in acqua. Chi non potesse recuperare l olio siliconico può utilizzare olio minerale o sintetico, verificando che non sia un conduttore elettrico e che non si decomponga al passaggio della corrente. Penso che il normale lubrificante per automobili possa andare bene. Un altra semplice alternativa è quella di utilizzare una lampadina ad incandescenza, di quelle a bulbo. Una lampadina da 100 Watt alimentata a 24 Volt dissipa circa 4 Watt. Questa soluzione è comoda per piccolissime potenze. Utilizzando il circuito sopra e dimensionando opportunamente il trasformatore è possibile arrivare a circa 100 Watt di potenza, con 24 Volt di alimentazione. L integrato LM358N può essere alimentato con tensioni fino a 32 Volt (ufficialmente, io ho alimentato tali integrati fino a 40 Volt senza problemi ). Il transistor di uscita TR1, un BDX53C, può lavorare con tensioni fino a 100 Volt e correnti continue di 5 A, e può dissipare una potenza massima di 60 Watt. Supponendo di farlo lavorare a pieno carico (5A), in conduzione (saturazione) la potenza dissipata è di circa 4 Watt. Per potenze superiori consiglio di modificare il circuito come segue, in modo da poter comandare direttamente resistenze industriali o riscaldatori da acquariologia a tensione di rete (220 Volt): Elenco componenti: R11: 4K7 ¼ W R12: 390R ½ W R13: 150R ½ W C4: 47 nanofarad 600 Volt
IC5: MOC3020 Texas instr. www.ti.com TRIAC1: BTA 16 600 Il circuito sopra va a sostituire il transistor TR1 di uscita BDX53C, e il capo aperto della resistenza R11 va collegata all uscita del comparatore IC3/A. Anche la resistenza R7 va eliminata, naturalmente. Con i componenti listati sopra è possibile controllare carichi resistivi fino a 16A, cioè fino a circa 3500 Watt. Per comandare carichi altamente induttivi (p.e. lampade riscaldanti) è meglio sostituire il MOC3020 con il MOC3040, che ha un circuito di rilevazione dello zero della sinusoide. Di Giovanni Albergoni (24-04-2002 )