Osmoregolatore con sensore PTC

Osmoregolatore con sensore PTC

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Introduzione

Quando ho iniziato a progettare il mio nano, essendo la mia prima esperienza nel campo dell’acquariofilia marina, mi sono documentato molto. Tra le cose che leggevo essere indispensabili al fine di condurre con successo una vasca così piccola, oltre a rifrattometro, buoni test, buon sale e buona acqua (e dire molta pazienza), ho trovato, espressa da un po’ tutti, la necessità di un sistema per mantenere costante la salinità, reintegrando in maniera automatica l’evaporato.

I sistemi più semplici fanno uso di un galleggiante, che misurando il livello dell’acqua lo ripristina quando questo scende sotto una certa soglia. Il progetto più curato che ho visto utilizzando questo metodo è sicuramente quello di Leletosi, che si è anche occupato di trovare una via per rendere semplice la taratura quando si effettua un cambio d’acqua.

I limiti di questo sistema sono legati al fatto di essere influenzato dal “moto ondoso” della vasca, e dal poter essere soggetto ad inceppamenti, causa animali curiosi (lumache) e/o incrostazioni. Questi problemi vengono risolti con varie metodologie (vasetto, retina, etc), o con l’utilizzo di due galleggianti in serie.

Il mio principale problema però, è che in una vasca come la mia (Mirabello 30) lo spazio occupato dal galleggiante è davvero troppo. Inoltre se devo mettere due galleggianti, lo spazio occupato è ancora superiore.

Durante una ricerca sul catalogo RS, proprio per vedere di trovare qualcosa di meno ingombrante, mi sono imbattuto in un piccolo sensore di livello (codice 208-7453), che a differenza di tutte le soluzioni viste ha il vantaggio di non avere alcuna parte in movimento.

Con questo sensore è possibile realizzare un interessante sistema per il rabbocco automatico che non richiede praticamente alcuna manutenzione. Inoltre, lo stesso sensore, si presta a realizzare anche un sistema di antiallagamento.

Il sensore

Il sensore, prodotto da Siemens, ha le seguenti caratteristiche:
Sensore di livello termoresistivo in contenitore inox resistente agli acidi e alla corrosione, indicato per la misurazione del livello nei serbatoi d’idrocarburi, per elettrodomestici, ecc.


Figura 1 – Il sensore prodotto da Siemens

Specifiche tecniche

Tensione max.: 24V
Resistenza a 25°C 100/200O
Resistenza min. a 24V 70O
Temperatura di’funzionamento da -25°C a +50°C
Numero di cicli a 24V 5000
Tempo di attivazione 2s
Tempo di regolazione 40s
Temperatura superficiale <200°C
Dimensioni (mm): Ø2 x 25
N. rif. Siemens Codice
B59 010-D1135-B40 208-7453

Il funzionamento è semplice: il sensore é un PTC con riscaldamento interno. In pratica é un oggetto che si scalda, e che misura la corrente che serve per portarlo e mantenerlo alla temperatura di lavoro.

Non appena viene in contatto con l’acqua, del calore sarà “rubato” da quest’ultima, e la corrente per mantenere la temperatura di lavoro sarà maggiore. Misurando questa corrente é possibile sapere se il sensore é o meno immerso (basta solo la punta).

Basandosi sul riscaldamento, é chiaro che per passare da uno stato all’altro ci vuole del tempo (circa 2-3 secondi). Questo rende di fatto il sensore immune dalle onde, e non richiede quindi di inserirlo all’interno di un contenitore. Inoltre, essendo comunque caldo, mantiene a distanza gli animali curiosi.

Vantaggi e svantaggi

Come ogni soluzione che si rispetti, questa ha i sui prò, ma anche una serie di contro, che è necessario valutare con cura prima di decidere se è idonea o meno allo scopo che ci si prefigge.

PRO:

– estremamente compatto (il sensore ha il diametro di un refill per le penne biro, ed é lungo circa 3cm). Non occupa praticamente spazio in vasca e può essere nascosto in un angolo.
– senza alcuna parte in movimento
– facile da pulire (é in acciaio inox)
– inattaccabile e sicuro per la vasca e i suoi abitanti
– funziona in bassa tensione (questo non lo ritengo un vero pro, in vasca ci sono tante altre cose a 220v, se fatto bene nessun circuito é veramente pericoloso)
– estremamente preciso
– non risente del moto ondoso della vasca
– non richiede protezione dagli abitanti della vasca

CONTRO:

– richiede alcuni componenti esterni dal costo contenuto ma anche un po’ di perizia per il montaggio di questa parte esterna (non é quindi alla portata di proprio tutti)
– é un sensore che si basa su di un effetto termico, per cui scalda (circa 1W, che rispetto al riscaldamento che l’acqua riceve dal resto dell’ambiente é nulla)

Realizzazione

Come scritto sopra, il sensore non può essere utilizzato come un galleggiante. Per funzionare correttamente ha bisogno di un circuito di contorno, che determini se il sensore è o meno immerso in acqua.

Per chi mastica un po’ di elettronica questo è un semplice comparatore a soglia, con una retroazione che evita oscillazioni (e quindi accensione e spegnimenti rapidi della pompa) quando il valore letto è vicino alla soglia.

Osmoregolatore con sensore PTC
Figura 2 – Lo schema elettrico dell’interfaccia di controllo

Nell’immagine trovate lo schema elettrico, completo di alimentatore (che può essere tranquillamente acquistato in un qualsiasi negozio di elettrodomestici).

Materiale necessario

R1 = 18KOhm 1/4W (cod. RS 148-792 – 0,039€)
R2 = 68Ohm 4W (cod. RS 199-8829 – 0.598€)
R3 = Trimmer multigiro 50KOhm (cod. RS 522-0401 – 2,03€)
R4 = 560Ohm 1/4W (cod. RS 148-449 – 0,039€)
R5 = 10KOhm 1/4W (cod. RS 148-736 – 0,039€)
R6 = 27KOhm 1/4W (cod. RS 148-837 – 0,039€)
C1 = 1500uF elettrolitico 25V (cod. RS 526-1452 – 0,986€)
D1 = Ponte rettificatore (cod. RS 296-5375 – 0,748€)
D2 = 1N4007 (cod. RS 628-9546 – 0.066€)
IC1 = LM311 (cod. RS 428-458 – 0,26€)
RL1 = Relé bobina 12V (cod. RS 196-6276 – 2,30€)
TRASF = Trasformatore primario 220V secondario 12V (cod. RS 805-603 – 4,50€)
SENSORE = Sensore, PTC, acciaio inox, Siemens (cod. RS 208-7453 – 10,00€)

Il costo complessivo è il seguente:
– Parte alimentatore: 6,234€ (IVA Esclusa)
– Parte controllo sensore: 15,41€ (IVA Esclusa) compreso il sensore
– Minuteria: 2,00€ (materiale vario per la costruzione)

Attenzione: da RS non per tutti i componenti è possibile comperare un solo pezzo. Ad esempio le resistenze sono in pacco da 10, per un costo complessivo di 0,39€.

Rivolgendosi ad un negozio di elettronica è possibile acquistare solo quello che serve, e risparmiare ulteriormente (i prezzi di RS sono gonfiati da fatto di avere sempre tutto pronto consegna a magazzino).

Collegamenti

I collegamenti da fare sono molto semplici.

– se avete costruito solo la parte di controllo collegate un alimentatore da 12V 500mA prestando attenzione alla polaritá.
– collegate il sensore al punto J1. Qui la polarità non conta e i fili possono essere invertiti senza problemi
– collegate la pompa al relè, usando lo stesso per sezionare uno dei due cavi di alimentazione (come un interruttore). Il circuito si presta ad alimentare sia pompe a 220V che pompe a bassa tensione.

La taratura

Per tarare il circuito è sufficiente agire sul trimmer da 50K (R3), facendo in modo che, sul piedino 2 di IC1, sia presente una tensione di circa 4V quando il sensore è in acqua.

Collaudo

Accendete il tutto e attendete circa 10 secondi perché il sensore vada a regime. Se lo avete in aria, dopo poco sentirete il relè scattare. Il circuito ha attivato la pompa per il rabbocco.

Immergete la punta del sensore in acqua. Il relè deve scattare immediatamente, spegnendo la pompa.

Applicare il sensore in vasca

Per inserire il sensore in vasca ho fatto così. Ho preso il contenitore di una penna a biro, svuotato del suo refill, e ho inserito il sensore facendolo uscire dal buco della punta.

Ho bloccato il tutto con un po’ di attak. Il filo che esce dalla parte opposta è stato fissato con un po’ di colla a caldo.

Per rendere semplice la regolazione quando faccio i cambi dell’acqua, ho utilizzato uno di quei supporti che si usano per tenere appesi i cacciaviti e vi ho infilato dentro la “penna”. In questo modo posso alzare e abbassare il sensore a piacere.

Osmoregolatore con sensore PTC
Figura 3 – Applicazione del sensore in vasca

Manutenzione

Il sensore si ricoprirà progressivamente di sale, mantenendo in ogni caso inalterato il suo funzionamento. Per la pulizia, basta immergere la punta in un po’ di acqua dolce, o semplicemente staccare il sale con le mani.

In ogni caso io ho lasciato il sensore sporco e non ho fatto manutenzione per 6 mesi. Il sistema ha continuato a funzionare senza inceppamenti.

Osmoregolatore con sensore PTC
Figura 4 – Il sensore ricoperto di una patina di sale

Altre applicazioni

Con lo stesso concetto, semplificando leggermente lo schema elettrico (togliendo R4, R5, il transistor T1 e collegando il relè direttamente al pin 7 di IC1) si realizza un sistema di antiallagamento.

In questo caso il sensore è sempre fuori dall’acqua, ed il relè viene attivato se il sensore viene sommerso. In questo modo è possibile, ad esempio, staccare la pompa di risalita se si dovesse bloccare il tracimatore, prima che l’acqua trabocchi dalla vasca.

Conclusioni

Dopo alcuni mesi di sperimentazione posso garantire che il sistema così realizzato è affidabile e perfettamente funzionante.

Non esitate a contattarmi per dubbi o spiegazioni. Sono anche disponibile a realizzare il sistema per chi non avesse le conoscenze necessarie.

Attenzione: la realizzazione del sistema presentato è a vostro rischio e pericolo!!! Il prodotto è presentato così come è, frutto del lavoro e della passione di un hobbista. Chi lo realizza e lo utilizza si assume piena responsabilità anche in caso di eventuali danneggiamenti.

Attenzione: parti elettriche sotto tensione con rischio di folgorazione!!!




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