Re: 温度制御 - inara1

2012/02/13 (Mon) 21:40

motomuraさんお久しぶりです。
500Wの負荷の温度制御ですか。熱容量の大きなものの温度の制御は、電圧をかけて
から温度が変わるまでの時間遅れが大きいので結構難しいと思います。普通は、
PID制御機能を持った温度調節器を使って温度制御します。単なるON/OFF制御だ
と、温度が上がったり下がったりを繰り返すことが起こってしまうことが多いから
です。

しかし、PID制御の温度調節器を使っても、PIDパラメータ（3つのパラメータ）を
最適にする（温度制御を始めてから、最小の時間で、ある温度範囲で設定温度に収
束させる）のは難しいです。

以前、仕事でそのような温度調節器を使ったことがありますが、PIDパラメータの
設定が難しくて途中で投げ出しました。お力になれなくて済みません。

Re: 温度制御 - motomura

2012/02/13 (Mon) 22:01

さっそくのご返事ありがとう御座いました。

普通の機械的なサーモスタットで電熱器を制御するような考え方で、、、例えば５
０度設定で５０度でOFFになり４８度でONになる、、、と。

実際には５０度でOFFにしても、５０度を越してしまいます。

４８度でONになっても温度が上がる間にもっと温度が下がります。

そのような程度で大丈夫です。

ON設定とOFF設定の差が２度程度あれば十分です。

Re: 温度制御 - motomura

2012/02/13 (Mon) 22:10

温度の設定は、、、

ボリュームで設定する事で実測により約１０度～８０度位の範囲で設定出来れば十
分です。

Re: 温度制御 - motomura

2012/02/14 (Tue) 09:33

>T2-T1を一定にするような回路であれば簡単にできると思います。ON/OFFの方
法（リレー等）、温度測定法（どういう信号か：0℃→0V、100℃→1Vなど）が分か
れば回路図を描いてみます。ヒステリシス付きのコンパレータを使った簡単な回路
です。

T2-T1は一定でOKです。リレー（５V）でON/OFF.信号は温度センサーは何が良いで
しょうか？
センサーは液体でも測れるようにしたいのですが、、、。

Re: 温度制御 - inara1

2012/02/14 (Tue) 20:20

10℃～80℃で液体というのは湯沸かし器でしょうか。温度センサは秋月で売っているLM35DZがいいです（1個100円）。秋月の温度センサはここ（http://akizukidenshi.com/catalog/c/ctemp/）にいっぱいありますが、LM35DZは0℃で出力が0V、50℃で出力が500mVとキリがいいので、電圧計で出力を測れば表示がそのまま温度になります。上の温度センサ一覧の中に「サーモスタットＩＣ」という、気になるICがありますが、このIC自身が温度センサになっているので、これを液体の中に入れるわけにはいきません（気温を測定して温度調節する機器向きです）。熱電対は精度も良く、応答速度も速いのですが、出力電圧がmVオーダで扱いにくいです。

温度調整するには、現在の温度表示もできたほうが良いと思います。LM61という温度センサを使った温度計キット（http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-00027/）がありますが、LM61は0℃で出力600mV、50℃で出力が1100mVなので、ちょっと扱いにくいですが、温度表示をさせるには、こちらを使ったほうがいいかもしれません。

ON/OFFするのは5Vのリレーですね。平日は仕事なので少々お時間をください。

Re: 温度制御 - inara1

2012/02/14 (Tue) 21:32

＞エポキシで防水出来ますね
エポキシで防水してください。防水しないと、リード線間で漏電しますし、リード線が腐食する恐れがあります。

＞inara1にお任せ致します
分かりました。

Re: 温度制御 - inara1

2012/02/17 (Fri) 18:15

＞呼び捨てにしてごめんなさい
全然気にしてません。

土日はお休みなので取り組んでみます。以前使った部品（LM324など）を使う予定です。

Re: 温度制御 - inara1

2012/02/19 (Sun) 17:28

LM324を1個だけ使い、ロジックIC(74HC00）を使わない回路に変更しました。測定温度が設定温度より高くなるとリレーがOFF、設定温度低くなるとリレーがONするという単純な回路です。

コンパレータ（U2）にヒステリシスを持たせてあるので、測定温度が設定温度付近になっても、リレーがバタツキません（バタツくと、リレーが高速でON/OFFして、「ジー」と鳴る）。抵抗R2とR3の比（R2/R3）がヒステリシス幅を決めます。R2/R3があまり小さいとリレーがバタツキます。R2/R3があまり大きいと、リレーがバタツかない代わりに、リレーがOFFになる温度とONになる温度の差（ヒステリシス）が大きくなって、温度の振動が激しくなります。実験では R2 = 1kΩで バタツキが起こりました（そのためR2 = 1.5kΩ にしている）。実験してみて、リレーがバタツかず、温度振動が小さい、適切なR2の値を決めてください（R2 = 0 でヒステリシスなしになる）

動作実験は、添付回路をブレッドボードに組み（電源電圧は5Vで、リレーは5V用を使用）、リレーのON接点に24V電源と、10Ωのメタルクラッド抵抗をつなぎ、リレーがONすると、メタルクラッド抵抗が発熱するようにしました。温度センサ(LM61）の平面側をメタルクラッド抵抗の表面に瞬間接着剤で貼り付けました。10Ωの抵抗に24Vかけると、発熱量は 24^2/10 = 57.6W と定格を超えていますが、電圧を低くすると温度上昇時間が長くなるため、実験では定格オーバで行いました。温度設定を70℃にすると（設定温度モニタの電圧が700mVとなるよいにVR1を調整する）、20秒くらいで70℃に達し、74℃くらいでリレーがOFFになりますが、その後も温度上昇は続き、最大温度は84℃くらいになりました。その後、温度は徐々に下がってきますが、メタルクラッド抵抗が自然空冷のため、70℃未満に下がるまでに2分くらいかかりました。温度が70℃を下回るとまたリレーがONとなります。

このように、発熱体の熱容量が大きいと、温度のオーバシュート（振動）が大きくなりますが、オーバシュートを小さくするには
・ヒータに印加する電圧を下げる（下げすぎると設定温度に達しないので、使用範囲の最大温度に達するような最低の電圧に抑える）
・ヒータの熱量量を下げる（空冷などで常に冷却する）
のが良いと思います。ヒータを連続通電したときに、どれくらいの電圧でどれくらいの温度になるかをあらかじめ調べておいて、設定温度によって、ヒータにかける電圧を調整するような回路にすれば、オーバシュートはもっと小さくなると思います。

このように、単純なON/OFF制御では温度振動がありますが、一応動作したので、実体配線図を描いてみます。

5V用リレー　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-01229/
メタルクラッド抵抗（10Ω・10W）　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gR-03798/

Re: 温度制御 - inara1

2012/02/25 (Sat) 19:02

配線図を描きました。これを組んで動作確認してみてます。

Re: 温度制御 - motomura

2012/02/25 (Sat) 20:43

とりあえず部品を手配致します

Re: 温度制御 - inara1

2012/02/26 (Sun) 16:34

配線図通りに組んだところ動作しました。

メモリカードアダプタが壊れてしまったので写真を添付できません。明日添付しま
す。

Re: 温度制御 - motomura

2012/02/26 (Sun) 20:00

?回路図の中で「TL431」は「NJM431」で良いのでしょうか？

?オフセットモニタ、設定温度モニタ、現在温度モニタの読み方もご指導下さい。

?温度センサのシールド線の長さ限度はどれ位でしょうか？

?実態配線図の裏面の２SC1815の上のLEDと１KΩは？

よろしくお願いします。

Re: 温度制御 - inara1

2012/02/27 (Mon) 07:11

＞?回路図の中で「TL431」は「NJM431」で良いのでしょうか？
同じ機能（互換品）なのでどちらでもいいです。「2012/02/19 (Sun) 17:28:54」
の末尾に２つのURL
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-01434/　TL431(10個入り100円）
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-05195/ NJM1431（4個入り100円）
添付しまたが、どちらでもいいです。こちらでは、1個あたりの価格が安いTL431を
使っています。

＞?オフセットモニタ、設定温度モニタ、現在温度モニタの読み方もご指導下さ
い。
半固定抵抗VR1を調整して、オフセットモニタのDC電圧が0.600V±0.001V（0.599V
～0.601V）となるようにします。調節可能範囲は0～1.2Vくらいなので、1回転型の
半固定抵抗だと、調整が少し難しいかもしれません。温度表示の精度があまり必要
なければ、オフセットモニタのDC電圧は 0.59V～0.61V の範囲でもいいです。

「設定温度モニタ」のDC電圧は
DC電圧（mV) = 調整したい温度（℃）*10
の数値が出てきています。400mV なら、40.0℃です。可変抵抗VR1（基板外部に接
続）を回すと、設定温度モニタの電圧が変わるので、この電圧を読んで調整したい
温度に設定します。

「現在温度モニタ」のDC電圧は
DC電圧（mV) = LM61で測定した温度（℃）*10
の数値が出てきています。400mV なら、40.0℃です。この電圧を読めば現在温度が
分かります。

＞?温度センサのシールド線の長さ限度はどれ位でしょうか？
これはちょっと分かりません。シールド線なら 2m くらいは大丈夫だと思います。
シールド線を延ばすと
・外来ノイズの影響を受けやすくなる（リレーがON/OFFするときバタつく）
・現在温度の表示がずれてくる（実際より低い表示になる）
という弊害が起こり得ますが、実際の使用環境や線の太さによって違うので何とも
いえません。

＞?実態配線図の裏面の２SC1815の上のLEDと１KΩは？
配線図を添付します。実際にはLEDを入れています。

1.5kΩの抵抗は、後で差し変えられるように、ソケットなどで実装するか、ハンダ
を溶かせばリード線がすぐに抜けるようにしておいてください。この抵抗が大きい
と、リレーがONする温度とOFFする温度の差が大きくなって温度が落ち着かないの
で、なるべく小さい抵抗値としたいのですが、抵抗値があまり小さいと、リレーが
ON/OFFするときにリレーがバタつくので、実際の環境下で適切な値を調整する必要
があります。

Re: 温度制御 - motomura

2012/02/27 (Mon) 10:19

VR1を基板外に接続するのは何故でしょうか？

Re: 温度制御 - inara1

2012/02/27 (Mon) 19:57

＞VR1を基板外に接続するのは何故でしょうか？

この回路基板を筐体に入れて、前面パネルのボリュームで温度調節することを想定したからです。VR1のほうは１度調整すれば、いじらないので基板上に実装しました。

現在温度と設定温度も前面パネルに表示させるような構成を考えて、モニタ端子だけ出す形にしました。

こちらで作った基板の写真を添付します。基板の右下にLEDがあります。リレーがONになったときだけ点灯します。このLEDもパネル前面に取り付けると、ヒータのON/OFF状況が分かって便利だと思います。LED付近は場所が空いているので、そこからLED用の端子を出してもいいと思います。

Re: 温度制御 - motomura

2012/02/27 (Mon) 21:40

いろいろとわかり易いご説明をありがとう御座いました。

部品が秋月より届き次第組んでみます。
また不明な箇所がありましたらよろしくお願いします。

今週の末にはなんとかなりそうです。

Re: 温度制御 - motomura

2012/02/29 (Wed) 22:07

「設定温度」と「現在温度」をデジタル表示（LCD？）するのは難しいでしょう
か？

Re: 温度制御 - inara1

2012/03/01 (Thu) 19:10

温度をデジタル表示するには、ここ
（http://akizukidenshi.com/catalog/c/cdigivol/）の電圧計を使うといいです
（パネル表示用なので最適だと思います）。小数点の位置も変えられます。この中
の電圧計のいくつかを持っているので、使えるかどうか試してみます。土日までお
待ちください。

Re: 温度制御 - motomura

2012/03/02 (Fri) 00:07

出来ました！
とても感度が良いです。

1.5KΩを2Kの半固定にしました。
テスターが１台しか無いので、あっち測ったりこっち測ったり忙しいです。

是非電圧計が欲しいです。」

Re: 温度制御 - motomura

2012/03/02 (Fri) 00:24

現在、５V電源で最低55℃の調整が出来ますが9Vではどの様になるでしょうか？

Re: 温度制御 - inara1

2012/03/02 (Fri) 06:08

添付図のように、電圧計の入力をスイッチ
（http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-03774/）で切り替えて、設定温度と現
在温度を表示させれば電圧計は１個で済みます。パネルメータにこれ
（http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-01056/）を使った場合、内部基板の一
部をハンダでショートさせれば、電圧レンジや小数点位置を変えられます。添付図
右下のように設定すると、55℃のとき（モニタ電圧が550mVのとき）、55.00 とい
う表示になるはずです。このパネルメータは手元にあるので実験してみます。

回路の電源電圧を9Vにするのは問題ないと思います（表示は変わりません）。5V用
リレーを9Vで動作させるのは危険なので9V用のリレーを使ってください。

Re: 温度制御 - motomura

2012/03/02 (Fri) 13:25

現在の調整範囲は５４℃が最低設定温度ですが、これを最低３０℃位から設定出来
るように出来ますでしょうか？

Re: 温度制御 - motomura

2012/03/02 (Fri) 18:54

設定温度が５４度以下に設定出来なかったのですが、LM３２４を交換したら約０度
から設定出来る様になりました。

Re: 温度制御 - inara1

2012/03/03 (Sat) 11:26

昨日添付した画像通りにデジタルパネルメータを改造したところ、500mV入力で、
50.00という表示になりました。

ただし、パネルメータの電源と温度調節回路の電源を共通にすることはできませ
ん。パネルメータの電源には9Vのアルカリ乾電池を使って、温度調節回路の電源と
は切り離してください。パネルメータの消費電流は、実測値で4.6mAなので、アル
カリ乾電池の9Vなら100時間程度は持ちます（連続使用で4日）。電池の消耗を少な
くするために、温度表示切替スイッチには、添付図のように、スイッチを中央にす
るとOFFになるスイッチ（http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-00225/）を
使って、温度表示させるときだけパネルメータに電源が入るようにすれば、温度表
示させないときには電池は消耗しません。

パネルメータの電源電圧が5.8Ｖを下回ると「LOW BATTERY」という表示が数字の上
に出るので、これが出たら電池を交換してください。乾電池がなくても、温度表示
がされないだけで、温度調整回路は動いているので、動作中に乾電池を交換しても
構いませんし、乾電池がなくなって放置したままでも構いません。

ＬＣＤデジタルパネルメータ[１９９９９表示]　
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-01056/
バッテリースナップ　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-00452/

Re: 温度制御 - motomura

2012/03/03 (Sat) 20:23

ご親切にありがとうございます。

スイッチ等、手持ちがありますので明日秋月より部品が到着しますので出来次第ご
報告致します。

Re: 温度制御 - motomura

2012/03/04 (Sun) 13:35

秋月よりパーツが到着して配線終了しました。

別のACアダプター５Vがありましたのでそれにより常時表示させてOKです。
万事OKです。

常時表示させれば気温の温度計にもなり便利です。

いろいろとありがとう御座いました。
また何かありましたらよろしくお願いします

Re: 温度制御 - inara1

2012/03/04 (Sun) 17:23

ACアダプタなら電池切れはないですね。

LM61は-30℃まで測定できますが、その回路では単電源（+5Vだけ）で動作させてい
るので、氷点下の気温は測定できません（氷点下測定が必要ならまた質問してくだ
さい）。これからの季節は長崎で氷点下になることはないと思いますが。

そのような温度センサを室外に置くときは、エポキシ接着剤などでリード線を覆っ
てしっかり防水・防湿してください。

その温度計は応答速度がかなり速いので、外気温が意外に速く上下動するのが分か
ると思います。温度変動が激しくて読みづらいときは平均温度を表示させることも
できます（フィルタで速く変化する信号を減衰させるだけです）。

Re: 温度制御 - motomura

2012/03/04 (Sun) 19:58

氷点下の計測は必要ありません。

これをパネルに取り付けてBOXに収めたいと思いますが良い方法があればお教え下
さい。

Re: 温度制御 - motomura

2012/03/04 (Sun) 22:50

温度設定の件でお尋ねします。

温度設定のボリュームがとても微妙なのでなかなか思うような温度に設定出来ませ
ん、抵抗値をいろいろ変更しても変りません。
どの様にすればもう少し設定が簡単に出来ますでしょうか？

Re: 温度制御 - inara1

2012/03/05 (Mon) 06:57

＞パネルに取り付けてBOXに収めたい
motomuraさんが年末に行ってきた千石電商にある下記ケースが良いと思います。パ
ネルメータを前面に取り付けることを考えるとTE-316のサイズがいいと思います
（これは手元にあります）。
金属ケース（TE-315～TE-319）
　　　価格　
http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php?multi=te-3&cond8=and
　　　写真・サイズ　<http://www.teishin-bel.co.jp/mokuji_case/09ケース%
2018.pdf>

上記ケースに四角穴をあけるには、ハンドニブラーが必要です。Webカタログに出
ていませんが千石電商の店舗にあります。
　　　ハンドニブラ写真　
http://www.hozan.co.jp/catalog/Metal_Working_Tools/K88.htm

ケースもニブラーも1階の右側にあったと思います。その他に、Φ2mm～3mmの丸穴
を作るドリル、丸穴を大きくするリーマ、丸穴のバリを取る「バリ取りカッター」
が必要です。いずれも千石電商にあります。私は近所のDIY店（日曜大工店）に
あった電動ドリル（1000円くらい）を使ってます。

ケースの前面はパネルメータと切り替えスイッチ、電源スイッチ、温度調整つま
み、LEDを配置し、後面にはリレーの端子、温度センサの端子、AC100Vの電源ライ
ンなどを配置することになると思います。AC100Vラインには、安全のために、
ヒューズを付けることをお薦めします。また、AC100Vの接続部がむき出しになって
いると危険なので、熱収縮チューブを被せたほうがいいです（ハンダコテで加熱し
て収縮させる）。AC100Vの電源コードを金属ケースに引き込む部分には、コード
ブッシュを使ってください。これを使えば、コードを曲げても、ケースの端でコー
ドを傷つける心配がありません。

ヒューズ・ヒューズホルダ　
http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php?toku=%2582%25D0%2582%25E3
-%2582%25B8%2582%25D9%2582%25E9%2582%25BE&cond8=or&dai=&chu=&a
mp;syo=&k3=0&pflg=n&list=4
熱収縮チューブ　
http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php?toku=%2582%25BF%2582%25E3
-%2582%25D4%2594M%258E%25FB%258Fk&cond8=and&dai=&chu=&syo=
&k3=4&pflg=n&list=4
コードブッシュ　
http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php?toku=%25A4%25B4%25A4%25E0
%25A4%25B3-%25A4%25C9%25A4%25D6%25A4%25C3%25A4%25B7%25A4%25E5&cond8=or
&dai=&chu=&syo=&k3=4&pflg=n&list=4

＞温度設定のボリュームがとても微妙
多回転ボリューム（http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-00110/）を使うとい
いです。この掲示板の「防犯ブザー」や「センサーライト」でも紹介しました。

Re: 温度制御 - motomura

2012/03/05 (Mon) 07:18

工具は殆ど揃っていますから加工はOKです。
１００V関係の始末は以前の仕事の関係で大丈夫です。

多回転ボリュームは交換してみましたが同じ結果でした。
１KΩ～１MΩまでいろいろ交換しましたが結果が同じでした、ほんの少し回しただ
けでも１０度位変化します。

Re: 温度制御 - inara1

2012/03/05 (Mon) 18:59

＞工具は殆ど揃っています
失礼しました。電源は2系統ともACアダプタの出力から取れば、AC100Vを引き回すことはないですね。

設定温度の不具合ですが、VR1を取り付けた状態で、端子の1と3の間のDC電圧は1.25Vになっていますか。なっているのであれば、ボリュームを回したときに1と2の間の電圧がどのように変化するか測定してみてください。ボリュームを絞ったときに0V、右に回しきったときに1.25Vになっていて、途中が連続的に電圧が変わるようなら正常です。もし、1と2の間の電圧が0Vから1.25Vまで連続的に変わるのに、設定温度モニタの出力がそれと同じにならないときは、ボリュームの2とオペアンプの間の配線がうまくつながっていないのかもしれません。

Re: 温度制御 - motomura

2012/03/05 (Mon) 20:32

オフセット調整（VR２）が不安定になりましたので、新しく組み直して見ます。

VR２も多回転にしてみます。

Re: 温度制御 - motomura

2012/03/07 (Wed) 00:09

第２作完了しました。

前回と同じで、VR１の端子の１と３の間の電圧はボリュームを回しても2.5Vで変化
しません。
端子１と２の間は0V～2.5Vに変化します。

ヘリカルポテンショメーターの10KΩがありましたのでTESTしました。
以前より少し調整が楽になりました。

また、いろいろとTESTしてみますのでよろしくお願いします。

Re: 温度制御 - inara1

2012/03/07 (Wed) 07:21

＞端子１と２の間は0V～2.5Vに変化します
正常ですね。前回、1.25Vと書きましたが2.5Vの誤りでした。

配線図でなく、回路図のほうにはVR1と直列にR1(100kΩ）が入っているので、回路図での調整範囲は0～1.25Vですが、配線図ではR1を入れていないので、調整範囲は0～2.5Vになってました。VR1に10kΩのヘリカルポテンションメータを使うときは、VR1と直列に10kΩの抵抗を入れると、調整範囲が0～1.25V（0～125℃）に狭まるので、調整しやすくなると思います。VR1と直列に15kΩの抵抗を入れると、調整範囲は0～1V（0～100℃）になります。

Re: 温度制御 - motomura

2012/03/07 (Wed) 09:55

VR1の３に１５kを入れました。

調整しやすくなりました、いろいろと有難うございました。

Re: 温度制御 - motomura

2012/03/14 (Wed) 13:38

お陰様でいろいろと使わせて頂いております。

?イースト菌の発酵
?電気アンカ（タイマーと組み合わせて）

とても感度が良くて?には特に便利です。

Re: 温度制御 - inara1

2012/03/16 (Fri) 05:43

自家製パンですか、いいですね。
今回の温度調整回路は単純なON/OFF式なので温度の変動が大きいのが難点です。明日からPID制御を検討してみます。うまくいったら回路図を添付します。

Re: 温度制御 - motomura

2012/03/16 (Fri) 10:06

よろしくお願いします

Re: 温度制御 - zato

2012/04/05 (Thu) 17:19

横レス失礼いたします。
低温発酵を試したいのでペルチェ冷蔵庫を作る予定です。
設定温度は10℃～20℃なので家電冷蔵庫ではちょっと低すぎます。

上の回路（2012/02/27 (Mon) 07:11:29）の変更で、温度が上がればON、下がれば
OFFといった逆の動作は可能でしょうか？
よろしくお願いします。

Re: 温度制御 - inara1

2012/04/05 (Thu) 20:59

zatoさん
inara1です。
＞温度が上がればON、下がればOFFといった逆の動作は可能でしょうか？
可能です。
配線図（http://bbs3.fc2.com//bbs/img/_454800/454703/full/454703_1330741604.jpg）の「リレー」と書かれた端子に5Vで動くリレーを接続するのですが、リレーと書かれた端子に電圧がかかったときに（設定温度より下がったときに）、リレーの接点がOFFになるようなリレーを使えばできます。

ただし、ペルチェ素子の電流に見合った許容接点電流のリレーを選ぶ必要があります。例えばここ（http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-01346/）のリレーだと接点電流は1Aが最大です。このリレー（http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-01229/）なら接点電流は最大2Aです。

このリレーを使ったときの配線を添付します。リレーの接点図で描かれている状態は、リレーがOFFのときのものです。したがって、リレーがONのときには、その図で「離れている接点間」がONになります。

Re: 温度制御 - zato

2012/04/05 (Thu) 23:27

inara1さん、ありがとうございました。
前回書き忘れましたが、とても綺麗な回路図ですごく分かりやすいです。
ペルチェの電流は考えていませんでした。
TEC1-12708(8A)かTEC1-12706(6A)を2個使う予定でしたが、スペックを見ても？？です。勉強します。
また質問させてください。