Regulator temperatury cieczy

[Tucha]

Witam,

Na wstępie chciałbym zaznaczyć, że jestem raczej początkującym w tych tematach.

Zabrałem się do wykonania regulatora temperatury cieczy. Wykorzystałem do tego Leonardo z zapiętym shieldem VNH5019. Motor driver steruje ogniwem Peltiera TEC1-12706. Dodatkowo dane są wyświetlane na wyświetlaczu Nokia 5110. VNH5019 zasilany jest zasilaczem impulsowym 12V 20A, z regulacją napięcia od ± 10%.

Tak, na zdjęciu jest inny motor driver, ale układ jest praktycznie bliźniaczy, więc w celach demonstracyjnych wystarczy. Potencjometr służy do ustalania temperatury żądanej.

Problem mam taki, że jak już układ jest włączony, to VNH zapodaje na ogniwo przy 10V - 2.7A. Testując ogniwo pod zasilaczem laboratoryjnym fajnie działał przy 10V 5A.
Gdzieś wyczytałem, że połączenie ogniwa i PWM nie jest najbardziej efektywnym rozwiązaniem.

Prosiłbym o wszelkie pomysły, propozycje jak ten problem rozwiązać. Zadaniem ogniwa jest chłodzenie cieczy, która przepływa cały czas przez zbiorniczek, na chwilę obecną nie jest on w stanie cokolwiek zdziałać. Trochę lepiej wygląda to jeśli chodzi o grzanie, ale nie o to chodzi... 😞

[moderin]

Jak zasilasz Arduino, masz masy połączone z VNH? I jak nim sterujesz? Jakbyś dał jakieś wycinki kodu byłoby łatwiej 😉.

To ma być taki przepływowy ochładzacz wody? Ta woda tam cały czas się zmienia czy stoi? Jak ma dążyć do utrzymania konkretnej temperatury przydała by się jakaś informacja zwrotna, czyli czujnik temperatury jakiś. Wtedy w zależności od tego czy temperatura wody jest niższa czy wyższa od żądanej mógłbyś po prostu ogniwo włączać na 100% bądź wyłączać. Taki termostat jak w piekarniku.

I co tam robią te tranzystory na płytce stykowej (bądź inne urządzenia, nie widać napisów)?

[Tucha]

//screen
#include <SPI.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_PCD8544.h>
//sensor
#include <DallasTemperature.h>
#include <OneWire.h>
//shield
#include "DualVNH5019MotorShield.h"

//Adafruit_PCD8544 display = Adafruit_PCD8544(SCLK, DIN, D/C, CS, RST);
Adafruit_PCD8544 display = Adafruit_PCD8544(13, 11, 5, 3, 1);

OneWire oneWire(A5); 						//Temperature sensor OneWire
DallasTemperature sensors(&oneWire); 		//Forward data to bib
int DevCount = 0;
DualVNH5019MotorShield vnh;					//Shield constructor dual channel
float Temp = 0;
int amp;

void setup() {
	display.begin();                          	
	display.setContrast(40);                 	
	display.clearDisplay();                  	//Clear screen data buffer

	sensors.begin(); 							//Initialize sensors
	DevCount = sensors.getDeviceCount();

	vnh.init();									//Initialize VNH5019
}

void lcdtemp() {fragment nieistotny}

void peltier() {
	int OutletTemp = abs(sensors.getTempCByIndex(2)); 
	float SetTemp = Temp-OutletTemp;
	
	if (SetTemp>=1)							vnh.setM1Speed(-400);
	else if (SetTemp<=-1)					vnh.setM1Speed(400);
}

void loop(){
	int Target = analogRead(A3);
	Temp=(Target*0.0224)+10;
	
	peltier();
	lcdtemp();
}

Wygląda to tak. Jest pewnie trochę błędów, ale jestem nowicjuszem. :) To nie są tranzystory, a czujniki temperatury właśnie - DS18B20. Zapomniałem o nich wspomnieć. Mea culpa.

Ten kod niby działa, ale prąd pobierany przez VNH jest wg. mnie zbyt mały, zadowoliłoby mnie 4A. Woda cały czas przepływa przez zbiornik.
Dodatkowo dzisiaj próbowałem pominąć bibliotekę VNH i samemu ustalać stany Low/High, ale na nic się to zdało. Nie przekracza 2.5A.

[kaczakat]

Żeby odczuć zmiany temperatury wody musi być odpowiednia moc. Załóżmy, że masz zamknięty obieg, w którym jest 1 litr wody (1kg), Q= Cw*m*dt, woda ma CW=4.2 kJ/(kg K), czyli dla 1kg by uzyskać zmianę temperatury o 1oC (1K) w ciągu 1s trzeba dostarczyć (lub zabrać) moc 4.2kW. Jeśli będziesz miał te 50W i straty wyniosą 50% to moc 25W pozwoli schłodzić 1litr o 1oC w ciągu 168s. Bez strat to byłoby 84s, ale zawsze jakieś są. A jak już schłodzisz o 4oC to pamiętaj o izolacji, bo teraz każdą powierzchnią ten zbiorniczek będzie z powrotem zacznie zasysać ciepło próbując wrócić do  równowagi z otoczeniem, tym mocniej im większa będzie różnica temperatury. By to w ogóle działało musi być zapewniony dobry przepływ ciepła, np. od strony chłodzenia radiator mający maksymalną możliwą powierzchnię wymiany ciepła z wodą, a po stronie gorącej dużo większy radiator+wentylator. Bo po pierwsze współczynnik wnikania ciepła jest dużo lepszy dla wody (ciepło łatwiej przepływa między wodą a metalem) a po drugie moc po stronie ciepłej jest sumą odebranego ciepła (powiedzmy 50W) + moc dostarczona z prądem - drugie 50W. No,  teraz zajrzyj do PC i popatrz na radiator  swojego Athlona czy tam I7 i porównaj do radiatora na swoim ogniwie, jest mam nadzieję OK?

Jeśli obieg nie jest zamknięty to i tak w tym wzorze m powinno być z kropeczką, czyli oznacza przepływ wody w kg/s, wystarczy go określić,   np.  0.001kg/s , nie można już mówić o czasie schłodzenia, a o ile ten strumień masy się schłodzi, co dla mocy 50W (czyli w założeniu doskonały odbiór ciepła) wyniesie 11.9oC. W sumie to to samo, czas potrzebny by przepłynął litr wody to 1000s, w każdych 84s całość schładza się średnio o 1oC.

A jak chcesz by przez ogniwo płynęło więcej prądu to po prostu zwiększ napięcie.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[szczawiosław]

Te ogniwa optymalnie pracują na 12V, więc tak jak napisał @kaczakat podnieś napięcie. Dodatkowo jeżeli sterujesz nim za pomocą PWM pamiętaj że maksymalna częstotliwość jaka ma sens to 400Hz, przy wyższej bezwładność układu po prostu sprawia że jest to bezcelowe. Jak chcesz uzyskać taki sam pobór prądu jak na zasilaczu to ustaw PWM na 100%.

[Tucha]

Tak też robiłem.

Dodatkowo napisałem kod, który zastępuje bibliotekę VNH. Samemu włączyłem stan niski/wysoki na wyjściu PWM. Zwiększyłem napięcie na zasilaczu do 12V. Pomimo tego ogniwo nadal pobierało ok. 2-2.5A.

Wczoraj postanowiłem na chwilę porzucic tą ideę na rzecz MOSFETu. Ale na razie testowałem kod tylko na silniku, więc jeszcze nie wiem jak będzie się zachowywało ogniwo.

[Harnas]

Dnia 15.04.2019 o 08:06, szczawiosław napisał:

Dodatkowo jeżeli sterujesz nim za pomocą PWM pamiętaj że maksymalna częstotliwość jaka ma sens to 400Hz, przy wyższej bezwładność układu po prostu sprawia że jest to bezcelowe.

Możesz to rozjaśnić?

[szczawiosław]

@Harnas Ogniwo Peltiera ma swoją bezwładność termiczną, czyli pomiędzy kolejnymi impulsami ogniwo nie zdąży zareagować na stan niski wychładzaniem się. Najzwyczajniej w świecie uzyskamy taki sam efekt sterując z częstotliwością 400Hz (gdzieś czytałem że to maks, chyba trzeba zacząć zapisywać takie rzeczy) jak i 4kHz bo ogniwo i tak nie zdąży zareagować. Więc można sterować z o wiele mniejszą częstotliwością bez strat wydajności. Sądzę że nawet 10Hz spełni swoją rolę, najniższa częstotliwość jakiej używałem to było 20Hz i nie zauważyłem różnicy w działaniu w porównaniu z 200Hz czy z 1000Hz.

Edytowano Kwiecień 16, 2019 przez szczawiosław

[Harnas]

@szczawiosław no to sterowanie PWM z częstotliwością 10kHz ma taki sam sens jak 1kHz czy 400Hz. I żadne z nich nie jest bezcelowe :)

[szczawiosław]

Tylko czy jest sens dawać dużą częstotliwość kiedy identyczny efekt uzyskamy z kilkukrotnie niższą?