Дифференциальный датчик температуры

для управления вентилятором PC

в разделе "Статьи" на сайте

www.electrosad.ru

В качестве датчиков температуры используются множество устройств. Это термопары, терморезисторы, полупроводниковые терморезисторы, диоды в прямом и обратном включении. Для измерения перепадов температур применяются дифференциальные схемы. Они, при контроле малых (1-10 град.С) перепадов температур, часто получаются достаточно сложными. В статье описана такая схема, простая и имеющая хорошо повторяемые характеристики и высокую стабильность.
Область применения данной схемы - управление устройствами регулирования температуры высокой чувствительности.

Ранее была описана схема управления вентилятором "Регулирование скорости вращения корпусного вентилятора для системного блока персонального компьютера." Где в качестве датчика температуры использовался диод смещенный в обратном направлении. Такое включение диода имеет удвоение обратного тока при изменении температуры на 10 град.С для кремниевых диодов и 14 град.С для германиевых. Это позволяет использовать обратное смещенные кремниевые диоды как датчики для создания на их основе простых схем управления температурой, где ее изменение превышает 10-20 град.С. Но практика показала, они требуют индивидуальной настройки и их стабильность невелика. Это не позволяет применять их в качестве датчиков при малых перепадах температуры.

Работа кремниевого диода в прямом включении имеет температурную зависимость падения напряжения на переходе от 1,2 мВ/град.С при больших токах и 2 мВ/град.С при малых прямых токах. У германиевых диодов температурная чувствительность при малых токах 3 мВ/град.С, а при больших равна аналогичному значению для кремниевых. Типичным значением для обоих типов диодов можно считать значение температурной чувствительности порядка 1,6 мВ/град.С. И их повторяемость высока даже для разных типов диодов.

Применение кремниевых диодов в качестве датчиков температуры оправдано их характеристиками и доступностью. При этом малогабаритные диоды имеют постоянную времени меньше чем терморезисторы.

Технические характеристики устройства управления с применением описанного датчика.

Диапазон рабочих перепадов температур (на индикаторе) - 15 град.С,
Выход корпусного вентилятора на полную производительность при температуре вых. воздуха 6 град.С,
Срабатывание сигнала запыленности фильтра - 10 град.С,
Длина подключения датчиков температуры до 1 м,
Наличие ручного управления вентилятором,
Ток нагрузки (вентилятора) до 1А (при напряжении питания 12В),
Падение напряжения на схеме управления менее 0,25 В,
Напряжение питания 12В,
Собственное потребление (при полных оборотах вентилятора вместе с узлом управления) менее 0,2 Вт,
Постоянная времени устройства (датчик, ДУ, устройство управления.) > 5 сек,
Размер платы 40х122 мм.

Учитывая все это была разработан и изготовлен датчик температуры, схема которого показана на рис.1.

Рисунок 1

Показанная схема содержит:

Мостовой датчик температуры, где в качестве датчиков температуры используются кремниевые диоды VD1, VD2.
Дифференциальный усилитель на счетверенном ОУ LM324N, где для усиления используются 3 из 4 ОУ.
Узел контроля перепада температур на одном ОУ, который используется для контроля запыленности фильтрующего элемента.
Узел контроля и управления, который служит для контроля перепада температур входного и выходного воздуха в системе вентиляции компьютера.

Мостовой датчик температуры питается от стабилизированного источника на стабилитроне VD3 с напряжением стабилизации 7,2 В. Это позволяет датчику температур работать при падении напряжения в цепи питания до 7,5 - 8 В и обеспечивает дополнительную защиту от помех поступающих по цепям питания. Дополнительные защитные конденсаторы C1, С2 позволяют использовать датчики температуры на линиях подключения длинной до 60 см (испытано), в условиях сильных помех. Реально возможно использование датчиков на расстоянии несколько метров.

Дифференциальный усилитель (ДУ) обеспечивает усиление разностного сигнала с датчиков температуры, и формирование сигнала управления для узла управления. Регулировку его коэффициента усиления можно выполнить изменяя один резистор R9.

Узел контроля перепада температуры, использует выходной сигнал дифференциального усилителя для контроля превышения заданного порога его выходного сигнала и сигнализации о превышении красным светодиодом HL1. Поскольку в данном случае повышение выходного напряжения ДУ говорит о повышении температуры воздуха на выходе корпуса ПК, конструкция системы охлаждения которого обеспечивает отвод более 500 Вт тепла при температуре выходного воздуха на 1-2 град.С превышающего входной, данному повышению ассоциирована запыленность входного воздушного фильтра.
Что и происходит.
Потенциометром R14 настраивается порог срабатывание сигнализации при температуре 10 град.С. При необходимости этот порог можно понизить до 2-3 град.С.
В этом узле имеется и измерительный прибор для визуального контроля температуры, имеющий шкалу в 15 град.С.

Подстроечный резистор R20 позволяет регулировать порог срабатывания устройства управления.

Переменный резистор R26, выведен на переднюю панель устройства управления и служит для ручного управления вентилятором системы охлаждения. Он позволяет задать более высокую производительность корпусного вентилятора, если Вам потребовалось увеличить выше чем в данный момент определено системой автоматического управления.

На рис. 2 показан внешний вид платы датчика, которая использовалась для его испытаний.

Рисунок 2.

Размер платы был определен размером 5'' отсека корпуса ПК куда ставилось устройство управления.

На рис. 3 показан вид печатной платы датчика со стороны пайки.

Рисунок 3.

Печатная плата выполнена на одностороннем фольгированном стеклотекстолите с использованием двух перемычек со стороны деталей.

На рис. 4 показан внешний вид устройства ручного - автоматического управления корпусным вентилятором системы охлаждения компьютера с большим тепловыделением.

Рисунок 4.

Оно встраивается в 5''отсек корпуса ПК. Датчик для холодного воздуха температуры устанавливаются сразу за фильтром входящего воздуха, а датчик выходного воздуха в воздушном потоке вытяжного вентилятора.

Устройство управления вытяжным вентилятором выполнено по схеме аналогичной описанной в "Регулирование скорости вращения корпусного вентилятора для системного блока персонального компьютера"

Устройство управления, показанное на рис.5 имеет только улучшенную помехозащищенность и его входной разъем можно отключать без опасности его выхода из строя.

Рисунок 5.

Данный датчик работает при указанных величинах элементов без настройки. Для регулировки достаточно имеющихся подстроечных резисторов. В качестве индикатора температуры используется индикатор уровня записи со старого кассетного магнитофона с током полного отклонения 75 мкА. В случае его замены на прибор с другим током полного отклонения стрелки и снижения диапазона контролируемой температуры надо подобрать величину резистора R15. При применении управляющего устройства с отличными от использованного параметрами управляющего сигнала может понадобится подбор резисторов R22, R20.

Применение в качестве управляющего устройства полевого транзистора требует переработки конструкции и усложнения схемы устройства управления, поэтому не рекомендуется в данной схеме.

А. Сорокин.
март 2008 года

<<Назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

/Неизвестный процессор/ Охлаждение ПК / Электроника для ПК / Linux / Проекты, идеи / Полезные советы/ Разное/
/Карта сайта/ Скачать /Ссылки/ Обои /

При полном или частичном использовании материалов ссылка на " www.electrosad.ru " обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить почтой.

2002 - 2020