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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Temperaturschalter


Autor: sandmann (Gast)
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Hallo,

ich würde gerne eine Miniaturschaltung realisieren, welche beim 
Unterschreiten einer Temperatur eine LED anschaltet. Die 
Temperaturschwelle soll dabei etwa bei 10 °C bis 15 °C liegen.

Einen echten Temperaturfühler einzusetzen und die Temperatur mit einem 
Mikrocontroller auszuwerten kommt nicht in Frage -- es ist viel zu teuer 
und aufwändig für das was ich vorhabe. Ich suche die günstigste, 
kleinste und einfachste Lösung! Ich möchte eine Knopfzelle (3V) für die 
Stromversorgung verwenden.

Also habe ich an einen NTC gedacht, einen Widerstand, dessen Wert mit 
steigender Temperatur zunimmt. Diesen könnte man in Reihe mit einem 
zweiten (festen) Widerstand als Spannungsteiler zwischen GND und VCC 
verwenden. Somit hätte man eine von der Temperatur abhängige Spannung.

Jetzt meine Frage: Kann ich diese temperaturabhängige Spannung nehmen 
und mit einem Operationsverstärker oder Transistor (oder irgendwas 
anderes -- ich habe leider keine Ahnung!) so verkuppeln, dass dieser mir 
an einen Pin VCC (niedrige Temperatur) bzw. GND (hohe Temperatur) legt? 
Der Strom, der an diesem Pin fließen muss liegt unter 100mA (eine LED).

Ich freue mich auf Eure Anregungen! :-)

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

wenn Du es schaffst, eine diskrete Lösung zu basteln, die funktioniert, 
sehr wenig Strom verbraucht und weniger als z.B. ein Tiny25, ein 
Widerstand und eine LED kostet, hast Du gewonnen.

Tiny25, interner Temperatursensor nutzen, alle xx Sekunden aus dem Sleep 
holen, messen und wenn nötig die LED leuchten (besser blinken...) 
lassen.
Sollte mit einer CR2032 länger als 1 Jahr halten.

Der Ruhestrom einer diskreten Lösung ist vermutlich auch nur mit 
ziemlichen Aufwand klein genug zu bekommen.

Ansatz wäre da für mich hochohmiger NTC-Teiler und ein 4093.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: MSP-Fan (Gast)
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MSP430F2002, internen Temperatursensor nutzen, alle xx Sekunden aus dem 
Sleep holen, messen und wenn nötig die LED kuuuuurz blinken lassen.
Sollte mit einer CR2032 länger als 10 Jahre halten.

Bietet einer mehr?

Autor: sandmann (Gast)
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Hallo,

also mir persönlich gefällt die Idee mit dem Schmitt-Trigger sehr gut, 
weil dann auch schon die Temperatur-Hysterese eingebaut wäre!

Einziges Problem: Die Knopfzelle. Die bringt nämlich bloß 3V und im 
Datenblatt des 4093 steht leider was von 3.5V Hi-Pegel bei 5V Vcc. Jetzt 
ist die Frage: läuft der überhaupt bei 3V? Und wo liegt dann sein 
Hi-Pegel?

Vielen Dank im Voraus! :)

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Nimm ein HCMOS IC, die sind ab 2V spezifiziert. Sie laufen aber meist 
auch noch mit <1V.

Autor: A. K. (prx)
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Der Haken an einer µC-freien Lösung mit einem NTC ist der 
Stromverbrauch. Erstens der vom NTC, zweitens der vom im linearen 
Bereich betriebenen Gatter.

Der Verbrauch eines passenden µC hingegen ist - egal ob mit internem 
Sensor (Schätzeisen) oder NTC (passabel) - fast schon in der 
Grössenordnung der Selbstentladung der Batterie.

Autor: A. K. (prx)
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Benedikt K. wrote:

> Nimm ein HCMOS IC, die sind ab 2V spezifiziert. Sie laufen aber meist
> auch noch mit <1V.

Aber die LED nicht.

Autor: sandmann (Gast)
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>Der Haken an einer µC-freien Lösung mit einem NTC ist der
>Stromverbrauch. Erstens der vom NTC, zweitens der vom im linearen
>Bereich betriebenen Gatter.

Wieso braucht der NTC denn Strom? Ich habe an einen 330k-NTC gedacht, da 
fließen dann ja µA, was in Ordnung wäre. Wie viel braucht der 
Schmitt-Trigger und der Transistor dahiner?

Bei der Leuchtdauer der LED würde ich mich zufriedengeben, wenn Sie etwa 
5 Stunden leuchten könnte. Sie soll aber nicht blinken!

Autor: A. K. (prx)
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sandmann wrote:

> Wie viel braucht der
> Schmitt-Trigger und der Transistor dahiner?

Beim HEF4093 sind es bei 5V Versorgung und 25°C dicht unter einem der 
Umschaltpunkte um die 125µA. Bei 3V weniger, aber dafür habe ich keine 
Daten. Der Transistor dahinter wird bei 74HC14 vielleicht überhaupt 
nicht benötigt (low-current LED statt Blendgranate), bei CD4093 nur wenn 
die LED leuchtet und dann ist es egal.

> Bei der Leuchtdauer der LED würde ich mich zufriedengeben, wenn Sie etwa
> 5 Stunden leuchten könnte. Sie soll aber nicht blinken!

Wenn das Dings ziemlich oft leuchtet, dann ist der Stromverbrauch 
natürlich weit mehr von der LED abhängig als vom Rest.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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A. K. wrote:
>> Nimm ein HCMOS IC, die sind ab 2V spezifiziert. Sie laufen aber meist
>> auch noch mit <1V.
>
> Aber die LED nicht.

Kommt drauf an. Wenn die nur blinken soll, dann geht das wunderbar:
Man verbindet den Ausgang über einen Kondensator mit der LED an der ein 
Pullup gegen die 1-1,5V hängen.
Zunächst ist der Ausgang Low, der Kondensator läd sich dann auf. 
Schaltet man nun auf high, addiert sich die Kondensatorspannung zum high 
Pegel und die LED blitzt auf.
Das beste an der Schaltung: Der Energieverbrauch ist derart gering, dass 
eine normale 1,5V Mignon Batterie mehrere Jahre lang hält.
Genau das war nämlich die Schaltung für die ich das ausprobiert habe.

Jetzt müsste man ausrechnen was länger hält:
Eine Lithium Batterie mit 3V, nahezu keiner Selbstentladung aber wenig 
Kapazität oder eine 1,5V Batterie mit etwas höherer Selbstentladung, 
dafür aber mehr Kapazität.

Autor: A. K. (prx)
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74HC14 bei 2V/25°C: 10-40µA Querstrom.

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

ich würde die LED trotzdem aufblitzen lassen, sind ja noch Gatter im 
HC14 dafür übrig...

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: sandmann (Gast)
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Kann mir jemand vielleicht eine solche Schaltung mit dem HC14 zeichnen?

Meine Vorstellung ist im Moment:

Spannungsteiler mit NTC zwischen GND und +3V. In der Mitte geht ein 
Leiter in ein beliebiges Gatter der HC14. Und an der anderen Seite 
schließe ich direkt die LED gegen GND an. Ist das so richtig?

Wie muss die Schaltung zum Blitzen erweitert werden?

P.S.:
> 74HC14 bei 2V/25°C: 10-40µA Querstrom.
Das ist natürlich schon viel...

Autor: A. K. (prx)
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Noch eine Kleinigkeit: Wie genau muss das sein? Schaltschwelle und 
Hysterese(!) vom 4093 und HC14 sind temperatur- und spannungsabhängig. 
Wieviel wäre nachzumessen.

Die Temperaturabhängigkeit ist wichtig, wenn der eine andere und 
deutlich variable Temp. haben kann als der Sensor.

Die Spannungsabhängigkeit kürzt sich nur raus wenn sie immer bei XX% und 
YY% von Vcc ist. Genau das garantiert dir da aber niemand. Müsste man 
ausprobieren.

Genauer: Die CMOS-Versionen vom NE555/556 müssten sich als 
Schwellwertschalter und wohl auch als Schmitt-Trigger verschalten 
lassen. Beim 556 bleibt dann die andere Hälfte zum Blitzen. 
Stromverbrauch ist dafür etwas schlechter.

Autor: sandmann (Gast)
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Es muss so genau sein, dass es zwischen "Kühlschrank" und "Zimmer" 
unterscheiden kann, die Schaltschwelle sollte also bei 10 °C bis 15 °C 
liegen.

Zum NE55 zitiere ich aus der Wikipedia:
>Aus heutiger Sicht ist der NE555 technisch veraltet: Die Versorgungsspannung muss 
über 4,5V liegen, der Ruhestrom ist mit bis zu 15mA sehr hoch.

4,5V sind zu viel, da ich nur eine einzelne Knopfzelle mit 3V verwenden 
möchte.

Autor: Björn Wieck (bwieck)
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sandmann wrote:
> Es muss so genau sein, dass es zwischen "Kühlschrank" und "Zimmer"
> unterscheiden kann, die Schaltschwelle sollte also bei 10 °C bis 15 °C
> liegen.


Bimetallschalter. Hat den Vorteil das unter der Schaltschwelle kein 
Strom verbraucht wird, und überhalb nur der LED Strom.

Ist Altbacken aber fast Unkapputbar und Störungsunempfindlich.
Bimetallschalter gibt es auch in "Mini".

Grüße
Björn

Autor: sandmann (Gast)
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Die Idee mit dem Bimetallschalter war meiste erste, bevor ich an den NTC 
gedacht habe. Allerdings habe ich keine so kleinen gefunden. Und auch 
keine, die bei diesen niedrigen Temperaturen schalten.

Hat jemand eine Quelle?

Ich würde gerne bei der Hardware unter einem Euro bleiben.

Autor: sandmann (Gast)
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Wenn ich ohne die Hysterese eines Schmitt-Triggers auskommen könnte, 
wäre mein Schaltplan so in Ordnung?

Autor: A. K. (prx)
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sandmann wrote:

> Zum NE55 zitiere ich aus der Wikipedia:

Deshalb hatte ich ausdrücklich die CMOS-Version erwähnt. ICM7555/7556: 
ab 2V, 40/80µA Stromverbrauch.

Zur Transistorschaltung: Die Basisspannung muss U(led)+U(bc) betragen 
damit es leuchtet. U(led)=2,0V. Bischen knapp bei 3V. Und damit der 
Basisstrom den Spannungsteiler nicht übermässig belastet muss der 
Dauerstrom durch den Spannungsteiler recht hoch sein.

Autor: sandmann (Gast)
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Hallo,

ist es so richtig?

Gruß

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