Termostato (ART1099S)

Describimos un control térmico para elementos resistivos de baja tensión y corrientes hasta 3 A que puede ser utilizado en pequeños invernaderos, chocadores o cámaras térmicas de equipos electrónicos.

   El circuito se basa en un NTC como sensor, en un operario como comparador de tensión para determinar el punto de disparo y un regulador de tensión integrado para controlar la corriente en el elemento de calentamiento.

   Todos los componentes son de fácil obtención y el costo de la unidad es bastante accesible.

   El mismo circuito también se puede utilizar para accionar con la elevación de la temperatura, en cuyo caso la carga puede ser un sistema de refrigeración del tipo Efecto Peltier, por ejemplo, o aún un mini-ventilador.

   Muchas variaciones alrededor del proyecto original se admite que le toma bastante útil a los lectores.

 

CARACTERÍSTICAS

Tensión de entrada: 12 a 35 V

Corriente máxima de carga: 1 a 3 A

Rango de temperaturas: - 40 a + 125 ° C

Sensor utilizado: 2 a 100 k ohms NTC

   

Un amplificador operacional del tipo 741 se utiliza como comparador de tensión donde la agudez de su respuesta es fijada por R1.

   Para una acción bastante rápida en la temperatura de conmutación (cuando la carga se conecta instantáneamente) usamos para R1 un valor alto en el rango de 100 k ohms a 1.M ohms.

    Para una respuesta más suave con un calentamiento suave a medida que la temperatura del sensor cae lo que se refleja en la histéresis del sistema, como sugiere la figura 1, indicamos valores bajos para R1, en el rango de 0 a 100 k ohms.

 

Figura 1 - Curvas de respuesta
Figura 1 - Curvas de respuesta | Haga click en la imagen para ampliar |

 

   Es interesante que, dependiendo de la aplicación el lector utilice en lugar de un resistor fijo un trimpot de 1 M ohms para ajustar el comportamiento del aparato.

   La referencia de tensión es dada por los resistores R1 y R2 que quedan en la entrada no inversora del operacional fijando una tensión del orden de la mitad de la usada en la alimentación.

   El sensor junto con un potenciómetro o trimpot de ajuste forman un segundo divisor de tensión que se conectará a la entrada inversora.

   De esta forma, cuando la resistencia del sensor disminuye por el calentamiento, la tensión en la entrada inversora aumentará y con ello dada la acción del operario tendremos una disminución de tensión en la salida.

  Esta tensión polariza el transistor en el sentido de llevarlo a la conducción. En este caso, con la conducción la tensión de referencia en el regulador cae reduciéndose así la alimentación del elemento de calentamiento.

   Si por otro lado hay un enfriamiento del sensor, tendremos un aumento de su resistencia y la acción del circuito será en el sentido de aumentar la tensión y por lo tanto la potencia en la carga alimentada.

   La acción del circuito se puede invertir en el caso de un elemento de refrigeración en la salida, simplemente cambiando las posiciones de P1 y del sensor.

   Otra posibilidad consiste en el uso de PTC en lugar de NTC.

   P2 hace el ajuste de la tensión máxima que el elemento de calentamiento recibirá cuando está en funcionamiento. Esto nos permite trabajar con una tensión de entrada mayor que la requerida por el calentador.

   En la figura 2 tenemos el diagrama completo del termostato.

 

   Figura 2 - Diagrama del termostato
   Figura 2 - Diagrama del termostato | Haga click en la imagen para ampliar |

 

   

La disposición de los componentes en una placa de circuito impreso se muestra en la figura 3.

 

   Figura 3 - Placa de circuito impreso para el montaje
   Figura 3 - Placa de circuito impreso para el montaje | Haga click en la imagen para ampliar |

 

   

Observe que las pistas de altas corrientes en la entrada y salida del regulador de tensión, para la carga y fuente deben ser más anchas en vista de la intensidad de la corriente a ser conducida.

   El CI-2 debe estar dotado de un radiador de calor y para Cl-1 sugerimos el uso de un zócalo DlL de 8 pines.

   Para tíos de conexión muy largos al sensor, principalmente en el caso de resistencias más elevadas puede ocurrir la captación de zumbidos, lo que requiere cable blindado.

Esto también puede ser notado en las aplicaciones en las que R1 tenga un valor más alto y la ganancia del operativo más grande.

   En la entrada podemos utilizar fuentes de 12 a 35 V. Los trimpots son comunes y en P2 ajusta la tensión máxima en el elemento de calentamiento.

   Este elemento puede ser un resistor que se calculará en función de la cantidad de calor deseada. Por ejemplo, para 12 V x 3 A, este resistor será del orden de 4 ohms y disipará 36 W.

   Una situación indicada sería utilizar un resistor de 47 ohms con 40 W o aún dos resistores de 100 ohms x 20 W en paralelo, como muestra la figura 4.

 

Figura 4 - Calefacción con dos resistores de hilo
Figura 4 - Calefacción con dos resistores de hilo

 

   Para el calentamiento de una bandeja para cultivo de plantas que se debe mantener la temperatura por encima del ambiente sugerimos la conexión de elementos de calentamiento como muestra la fig. 5.

 

   Figura 5 - calentamiento de superficie extensa
   Figura 5 - calentamiento de superficie extensa

 

   Este circuito genera 12 W de potencia lo que corresponde a una resistencia de 12 ohms con 12 V ajustados en P2. Los 12 ohms se pueden obtener con la conexión de 10 resistores de 120 ohms x 2 W de alambre en paralelo.

   Para una distribución de calor por superficie mayor se pueden conectar 20 resistencias de 220 ohms (valor comercial más cercano a 240 ohms x 2 W en paralelo.

   Conecte la alimentación del aparato y antes de conectar el elemento resistivo, conecte a la salida un multímetro.

   Ajuste entonces P1 para obtener un nivel de 0 V en la salida del operario y después ajuste P2 para tener en el multímetro la tensión de alimentación requerida por el elemento de calentamiento.

   Hecho este ajuste, pase la P1 que debe ser calibrado para obtener una caída de tensión o subida de tensión a la temperatura que el proyecto requiera.

   Recuerde que dada la capacidad del sensor y las características del circuito existe una cierta histéresis, lo que quiere decir que hecho el ajuste el accionamiento ocurre en un rango de temperaturas alrededor de ella.

   Esta pista es de unos pocos grados pero debe ser tomada en cuenta en la aplicación.

   Hecho el ajuste es sólo instalar el aparato.

   La fuente de alimentación debe tener corriente compatible con la carga accionada.

 

Semiconductores:

Cl-1 - 741 - circuito integrado - amplificador operacional

Cl-2 -LM350T - circuito integrado - regulador de tensión

Q1 - BC547 - transistores NPN de uso general

 

Resistores: (1/8 W, 5%)

R1 -ver texto - 0 a 1 M ohms

R2, R3 - 22 k ohms

R4 - 220 ohms

R5 - 10 k ohms

 

Varios:

NTC - 10 k ohms - NTC común

P1 -47 k ohms - trimpot

P2 - 10 k ohms - trimpot

X1 - Elemento de calentamiento - ver texto

Placa de circuito impreso, caja para montaje, fuente de alimentación, radiador de calor para Cl-2, zócalo DIL para Cl-1, hilos, soldadura, etc.