Bau eines temperaturgesteuerten Wasserbades

Ich möchte einen genauen (± 2 ° C) Warmwasserbereiter ( Sous Vide ) bauen, der das Wasser je nach Benutzereingabe zwischen 30 und 100 ° C erwärmt.

Obwohl ich einen technischen Hintergrund habe, habe ich keinerlei Erfahrung mit Gebäudesteuerungen und keine Ahnung, wie ich anfangen soll. Ich möchte nicht zu viel Geld für das Projekt ausgeben (<100 €), daher ist Geld ein Thema. Das Gute ist, dass ich bereits einen Leistungsthyristor habe.

Was ich (wahrscheinlich) brauche:

• Temperatursensor PT100
• Eingabegerät zur Definition der Wassertemperatur (digital?)
• Regler (PID?)
• Widerstand zum Erhitzen des Wassers (kann von einem alten Wasserkocher genommen werden, nehme ich an)

Meine Frage ist, wie ich die Verbindung zwischen dem Sensor und dem Heizelement am besten herstellen kann. Ich muss natürlich eine Schaltung bauen / programmieren, die dies tut, aber mache ich eine analoge oder digitale Schaltung?

Ich habe einen Thyristor, aber ist das wirklich notwendig oder sollte eine Ein / Aus-Regelung auch funktionieren? Vergessen Sie nicht, dass ich auch die Wassertemperatur definieren kann.

Jede Hilfe wird sehr geschätzt (auch nützliche Links).

Ich habe gerade ein Sous-Vide-Setup mit einer kommerziellen PID zusammengestellt. Ursprünglich hatte ich geplant, einen Crockpot / Slow-Cooker zu verwenden, konnte aber über einen Post-Holiday-Verkauf eine Putenfritteuse im Innenbereich abholen.

Mein Setup & Kosten:

1. JLD612 PID-Temperaturregler (33,50 USD)
2. PT-100 0,1-Grad-Thermoelement (19,00 USD)
3. 40A Solid State Relay (16,50 USD)
4. Putenfritteuse im Innenbereich (25,00 USD)

Der JLD612 ist ziemlich eigenständig und verfügt über Anzeigen für aktuelle und Zieltemperaturen. Es hat auch eine Auto-Tuning-Funktion, die die PID-Parameter für Ihr spezielles Setup konfiguriert. Ein Nachteil ist, dass die Funktionsweise eine Art Black Box ist - man weiß nicht wirklich, was im Inneren vor sich geht. Auf meiner To-Do-Liste steht die Erstellung einer Kombination aus PID und Datenlogger auf der Arduino-Plattform.

Zu Ihrer Information, Make Magazine hatte gerade ein Sous Vide Immersion Cooker- Projekt mit einem ähnlichen PID-Regler.

Sie können dies mit einer sehr einfachen Operationsverstärker-Komparatorschaltung bauen:

Hierbei wird ein Thermistor als Temperatursensor und ein Potentiometer als Thermostateinstellung verwendet. Sie müssen dann nur noch Ihre Heizung an die Schaltkontakte des Relais anschließen.

Sie müssen Ihren Topf nur kalibrieren, indem Sie die Wassertemperatur mit einem Thermometer an verschiedenen Positionen des Topfes testen.

Die Teile sollten nicht mehr als 11 € kosten. Sie können es mit einem Netzteil mit Strom versorgen (möglicherweise ist es eine gute Idee, einen 470uF-Kondensator über das Netzteil zu legen. Anschließend können Sie den Rest Ihres Budgets für die Heizung verwenden.

Die Lösung von BG100 funktioniert als Temperaturregler, aber ich glaube nicht, dass sie die Temperatur innerhalb von ± 2 ° C hält, es sei denn, das von Ihnen erhitzte Wasservolumen ist relativ klein. Wasser hat eine große Wärmekapazität und erwärmt sich und kühlt sich langsam ab, so dass es wahrscheinlich die eingestellte Temperatur überschreitet.

Bauen Sie einen Sous-Vide-Kocher? In diesem Fall ist es einfacher, dies zu tun, insbesondere mit diesem Budget, nach einem PID-Temperaturregler an einem der überschüssigen Standorte wie All Electronics, surplusdirect usw. zu suchen.

Wenn Sie es selbst bauen möchten, können Sie es jedoch viel billiger machen.

Wo soll man anfangen? Machen Sie zuerst ein wenig Nachforschungen über proportionale Regelkreise. Es ist ganz einfach: Lesen Sie im Grunde die aktuelle Temperatur ab, subtrahieren Sie Ihre Solltemperatur und verwenden Sie die Differenz, um den Ausgang zu steuern. In diesem Fall kann die Ausgangssteuerung festlegen, wie lange Sie Ihren Thyristor einschalten (Arbeitszyklus).

Dies kann mit einem Arduino oder einem Teensy (ich ziehe es vor, nur rohe AVRs zu verkabeln, da dies einfach und viel billiger ist) und einem analogen Sensor wie dem zuvor erwähnten einfach zu verwendenden LM35 oder einem digitalen Sensor wie einem MAX6675 erreicht werden. Sie können die gewünschte Temperatur mit einem Drehgeber einstellen und ein LCD-Display zur Rückmeldung verwenden. Noch einfacher ist es, einen Analogeingang zu verwenden, um ein Potentiometer mit einem Zifferblatt dahinter abzulesen.

Die Proportionalregelung führt zu einem Versatz vom Sollwert. Wenn es klein genug ist, können Sie es ignorieren oder wenn es konstant ist, können Sie den Sollwert "dial" kalibrieren, um einen Versatz zu ermöglichen. Andernfalls können Sie Ihrem Controller einen integralen Begriff hinzufügen. Ich werde hier aufhören, weil es online viele Referenzen gibt, die die grundlegende Steuerungstheorie besser erklären können, als ich es wahrscheinlich kann. Aber ich hoffe, Sie verstehen das Wesentliche.

Was Sie versuchen, ist nicht allzu schwierig und sorgt für ein lustiges kleines Projekt und eine großartige Lernerfahrung.

Wie wäre es mit diesem Plan?

1. Töten Sie einen Warmwasserbereiter und verwenden Sie das Heizelement. Dies kann dann von einem mcu mit einem Relais in der Mitte PWM: ed sein. (Möglicherweise müssen Sie darüber nachdenken, wie groß das PWM-Fenster ist, das Ihr System benötigt.)
2. Temperatursensor gibt es eine große Auswahl. Aber alles, was Ihr mcu verwenden kann, würde gut tun.
3. Ein mcu mit einem Potentiometer und einem kleinen Display zur Anzeige der aktuellen Temperatur.

Was mcu zu wählen ist, liegt bei Ihnen und dieses Forum hat viele Ratschläge zu diesem Thema. (Vielleicht ein AVR oder ein PIC?)

Um das mcu zu programmieren, können Sie einen guten Artikel zum Thema PID ohne Promotion lesen .

Und dann trimmen Sie die PID-Parameter und entscheiden, ob Sie einen schnellen oder einen Heizprozess benötigen.

Viel Glück.

Ich würde ein Arduino als Controller verwenden, es ist wahrscheinlich das einfachste für einen Anfänger. Ein LM35 kann in einer feuchten Umgebung bis zu 100 ° C in Ordnung sein, Sie können jedoch auch einen temperaturabhängigen Widerstand oder Thermistor in Betracht ziehen. Um die Leistung zu steuern, ist ein Relais möglicherweise eine gute Wahl (alte Mikrowellenherde können diese und Teile für eine Stromversorgung liefern). Kaffeetassenheizungen sind eine ziemlich gute Quelle für Heizungen, die gut gegen Wasser abgedichtet sind oder wenn Sie das gesamte Gerät verwenden können Ein Wasserkocher, ein Croock Pot oder ähnliches kann dienen. Sie möchten die Hochspannung von der Niederspannung fernhalten, teilweise zu Ihrer eigenen Sicherheit. Wenn Sie Halbleiter verwenden, ziehen Sie zu diesem Zweck einen optischen Isolator in Betracht.

Ich habe dies von Grund auf für eine Wasserheizung für meinen Hundezwinger getan. Ich habe ein 2,4 kW Kesselheizungselement befreit und einen Messingkessel darum gebaut. Ich habe ein Thermoelement vom Typ K zum Messen der Wassertemperatur und eine Pumpe, die es zu den Heizrohren unter dem Boden zirkuliert.

Das Setup ist ziemlich einfach. Der PID-Regler hat einen linearen Ausgang von 4 bis 20 mA, mit dem ich ein Vactrol (LDR, das über eine LED angesteuert wird) steuere, das wiederum zur Regulierung des Zündwinkels eines Triac-Stromkreises verwendet wird, der schließlich das Heizelement antreibt. Der Zündbereich, den es mir gibt, kann je nach Prozess- / Sollwertfehler zwischen 36 VAC und 230 VAC eingestellt werden. Alternativ können Sie das Heizelement mit der vollen Leistung von 2,4 kW, jedoch über eine vom PID gesteuerte SSR antreiben. Auf diese Weise können Sie die linearen Steuerungsaspekte eliminieren und dennoch eine angemessene Regulierung beibehalten.

Die teuersten Teile in dieser Übung waren die 1,6 mm großen Messingbleche, die 15 cm x 15 cm groß waren. Ich habe 4 davon verwendet, um den Kessel zu bauen. Die 4 Blätter kosteten mich 44 AUD und der Controller war 36 USD von Ebay. Die restlichen Teile stammten von Jaycar und Sanitärgeschäften. Die Pumpe war USD $ 12 von Ebay. Abgesehen von ein wenig Zimmerei, Löten und Löten kostete der Bau des gesamten Aufbaus etwa 100 AUD.

Der Youtube-Link für dieses Setup lautet:

http://www.youtube.com/watch?v=OA4jU_R9bFY

Informationen zum Anwenden der Hysterese im OP-AMP-Fall können Sie einen Rückkopplungswiderstand vom OP-Amp-Ausgang zum (+) Eingang hinzufügen.

Erhöhen Sie die 47k für weniger Hysterese-Feedback.

Die ursprüngliche Schaltung profitiert von einer besseren Verwendung des 10K-Potentiometers. Wenn stattdessen in Parralell mit einem Widerstand ähnlich dem des PT100 bei seinem höchsten Betriebswiderstand verbunden, wird die Granularität und der nützliche Bereich des Potentiometers stark erweitert. Weitere 10K wurden ebenfalls in Serie hinzugefügt.