無いものは作ろう+αのブログ

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無いものは作ろう

温度コントローラ

 今年は畑仕事の他に取り組んでいたものとしてはPICマイコンのプログラミング(初心者からなかなか抜けられない)に思いのほか時間がかかってしまった。

 そこで12月は本ブログの出発点である無いものはつくることを念頭に、1年の締めくくりとして手持ちのパーツで何か役に立つものを作ろうと思った。

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 そんなことで完成したのが2x4cm程の基板上に組み上げた温度センサを使った制御基板だ。冬至を過ぎて感じるのは、夏の猛暑から寒波の襲来まで身の回りの温度変化は日常生活への影響が極めて大きい。

 そう考えると、上の写真の基板の出番は結構有ると思う。

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 回路図は上の通りだが、細かな点を述べるとリレーを使うと電力消費が大になる。できれば避けようと思ったが、制御される側の自由度を考えて小型のリレーを使うことにした。

 これが原因で、思いのほか回路の修正に手間取ってしまった。OPアンプを比較器として使用しているのだが、温度センサS−8100Bと基準電圧(12kΩ、10kΩ半固定抵抗、4.7kオームの直列回路)の電源の電圧がリレーのオンオフで変動してしまう。このことは予想していたものの、配線を終わってテストしてみると、案の定リレーオンとオフの間でチャタリング(行きつ戻りつしてしまうこと)が生じて動作が不安定になることが判明した。

 それに対する対策は迷った末、ツェナーダイオードでセンサと基準電圧源の電源を安定化させることにし、結果はほぼ満足のゆくものとなった。

 尚、ツェナーダイオードは4.7Vのものだが、電流を2mA流したときの電圧は4V強となる。これはルネサスNECのデータシートのグラフで確認してある。

 リレーの出力(電流制限が有るので注意が必要)の使用方法は自由に選べるが、今考えているのはペルチエ素子を使った保冷装置の過冷却(0度以下)を防ぐために使用することを考えている。

 また、例えばヨーグルト等の発酵装置に使う場合は設定温度が40度C程度(基準電圧は1.416V付近)になるように半固定抵抗器を調整すれば良い。またOPアンプの入力2、3を逆にすれば設定温度以上になったときにスイッチオンとなりファンを回転させるような使い方ができる。

 上の配線図の回路は参考にして頂いて構わないが、配線図は簡単のため、LED表示ランプやDC電源ラインのヒューズ等の部分は省略している。もし実際に組み立ててみようと思われる場合は過電流が流れることが無いようにくれぐれも注意して欲しい。

 またDC−DCコンバータのBP5293はコンデンサ内蔵で使い易いのだが、負荷が軽いときには動作が省電力モードになるとのことで、考慮が必要かも知れない。

12/30追記

 BP5293は樹脂で覆われた形状だが、スイッチング動作に伴う電磁波ノイズの対策(基板をシールドケースに収めることなど)が必要なことに気がついた。

 このため、今回は通常の三端子レギュレータ7805を使用することにして修正を行った。

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 リレーの動作時にも流れる電流は50mA以下であるため7805の放熱の対策はしていない。

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 回路は上のようになった。尚、入出力の電圧差をなるべく少なくするために駆動電圧は10VDCとしたが、15Vのままの場合、三端子レギュレータの電圧差は10Vで、電流が50mA流れる場合に熱となる電力は0.5Wとなるため、小型の放熱板を用いるなどの対策が必要になると思われる。

 

1/12/2019追記

 上の回路図でトランジスタのベースの抵抗は3.9Kオームとなっているが、増幅度が200位はあるGRランクのトランジスタの場合10kオーム程度で充分なことに気がついた。

 計算式は大雑把に言って 3(ボルト(オペアンプ On 時の出力電圧ーエミッタ電圧))÷ 10(キロオーム)× 200(倍)= 60(mA)で、30mAのリレーのコイルを駆動するのに充分であることが分かる。