Sensore per termosifone
di Stefano Purchiaroni
| Un
sensore che fa lampeggiare un Led quando il termosifone si riscalda,
segnalando che la caldaia è in funzione. Non richiede batteria,
attingendo l'alimentazione da una cella Peltier, con un elevatore di
tensione realizzato attorno ad un LTC3801 della Linear
Technologies. |
La Linear, leader mondiale nel campo dell' Energy Harvesting, ha in catalogo l'integrato LTC3108,
disponibile in formato TSOP (0,65 mm), per l'utilizzo diretto o
l'accumulo di energia proveniente da sorgenti a bassissima
tensione. Questo circuito integrato, disponibile anche come sample gratuito, si attiva già a 20 mV
in ingresso, e può
essere configurato per generare con la tecnica Switching una
tensione tra 2.2 e 5 volts, utilizzabile per alimentare direttamente un
carico, o accumulabile in un super-condensatore per avere energia a disposizione da
impiegare successivamente. Questo schema dal datasheet ne
mostra un impiego tipico. Lo schema definitivo del sensore è invece
riportato più avanti.
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Nella
implementazione scelta, il Chip è configurato agendo sui pin VS1 e VS2 per generare 3.3V a
fronte dell'energia raccolta dalla Cella Peltier, utilizzandola
direttamente per l'alimentazione di un led lampeggiante Blu collegato direttamente alla Vout. Nessun
Super-Cap viene in questo caso utilizzato. Fondamentale il
micro-trasformatore 1:100 LPR6235-752SML consigliato dalla Linear, e ottenibile come
campione gratuito dalla Coilcraft
La conversione termo-elettrica (effetto Seebeck)
avviene in presenza di un gradiente di temperatura, quando cioè le
due facce della cella sono sottoposte a temperature differenti.
Appoggiato alla parete di un termosifone, tuttavia anche la faccia inizialmente fredda dopo un
pò si riscalda, facendo spegnere il Led in qualche minuto, ad
equilibrio
termico raggiunto. Il lampeggio riprenderà ad un successivo
re-innalzamento della temperatura del corpo del termosifone, seguendo i
cicli di accensione dell'impianto. Un dissipatore sul lato freddo ne
rallenta il riscaldamento, aumentando così la durata del lampeggìo.
Possiamo riassumere con la seguente formula la
relazione tra temperature e tensione ottenuta:
Considerando costanti i coefficienti di Seebeck Sa e Sb
(potere termoelettrico) dei due materiali impiegati per le termocoppie, si ottiene la relazione lineare V = (Sb-Sa) *
(T2-T1). I valori dei coefficienti variano molto tra produttori, costi e "nobiltà" dei materiali usati. La cella TEC-12706 è la più economica sul mercato (3 euro) e genera circa 12
mV per grado centigrado di differenza termica, con le sue 127
termocoppie in Bismuto-Tellurio (Bi2Te3) organizzate in serie su una mattonella
ceramica di 40 mm di lato. L'uso del LTC3801 permette di avviare la segnalazione
appena il termosifone inizia a riscaldarsi. Qualsiasi altra tecnica
introdurrebbe un ritardo, per la necessità di superare la tensione di
soglia dei semiconduttori usati per elevare la tensione ai 2.4 volt
minimi richiesti dal led lampeggiante, e quindi solo a partire da
circa 40 gradi di differenza termica, usando transistors al Germanio, o
60 per quelli al Silicio.
Schema:
Prototipo
realizzato su millefori, con adattatori TSOP-DIP sia per l'integrato
che per il micro-trasformatore, e supporti preforati tipo "Meccano" con
clip per l'aggancio alla parete frontale del termosifone. Il manufatto
misura 6 x 3 cm, ma in una realizzazione SMD pura è possibile
dirurne ulteriormente le dimensioni:
Circuito inserito sulla faccia frontale di un termosifone, già operativo non appena la temperatura inizia ad innalzarsi:
Un video con il circuito in funzione (a seconda del lettore multimediale, il frame potrebbe apparire ruotato):
