принцип работы, схемы устройств, как настроить и проверить, основные неисправности

Необходимость настройки температурного режима возникает при использовании различных систем теплового или холодильного оборудования. Вариантов много, и все они требуют наличия управляющего устройства, без которого работа систем возможна либо в режиме максимальной мощности, либо на полном минимуме возможностей. Контроль и настройка производятся с помощью терморегулятора — устройства, способного воздействовать на систему через датчик температуры и включать или отключать её по необходимости. При использовании готовых комплектов оборудования блоки управления входят в комплект поставки, но для самодельных систем приходится собирать терморегулятор своими руками. Задача не самая простая, но вполне решаемая. Рассмотрим её внимательнее.

Принцип работы терморегулятора

Терморегулятор — это устройство, способное реагировать на изменения температурного режима. По типу действия различают терморегуляторы триггерного типа, отключающие или включающие нагрев при достижении заданного предела, или устройства плавного действия с возможностью тонкой и точной настройки, способные контролировать изменения температуры в диапазоне долей градуса.

Существуют две разновидности терморегуляторов:

1. Механический. Представляет собой устройство, использующее принцип расширения газов при изменении температуры, или биметаллические пластины, изменяющие свою форму от нагревания или охлаждения.
2. Электронный. Состоит из основного блока и датчика температуры, подающего сигналы об увеличении или понижении заданной температуры в системе. Используется в системах, требующих высокой чувствительности и тонкой регулировки.

Механические устройства не позволяют обеспечить высокой точности настройки. Они являются одновременно и датчиком температуры, и исполнительным органом, объединёнными в единый узел. Биметаллическая пластина, используемая в нагревательных устройствах, представляет собой термопару из двух металлов с разным коэффициентом теплового расширения.

Главное предназначение терморегулятора — автоматическое поддержание необходимой температуры

Нагреваясь, один из них становится больше другого, отчего пластина изгибается. Контакты, установленные на ней, размыкаются и прекращают нагрев. При охлаждении пластина возвращается в изначальную форму, контакты вновь замыкаются и нагрев возобновляется.

Камера с газовой смесью — чувствительный элемент термостата холодильника или отопительного терморегулятора. При изменениях температуры меняется объём газа, что вызывает перемещение поверхности мембраны, соединённой с рычагом контактной группы.

В терморегуляторе для отопления используется камера с газовой смесью, работающая по закону Гей-Люссака — при изменении температуры меняется объём газа

Механические термостаты надёжны и обеспечивают устойчивую работу, но настройка режима работы происходит с большой погрешностью, практически «на глазок». При необходимости тонкой настройки, обеспечивающей регулировку в пределах нескольких градусов (или ещё тоньше), используются электронные схемы. Датчиком температуры для них служит терморезистор, способный различить мельчайшие изменения режима нагрева в системе. Для электронных схем ситуация обратная — чувствительность датчика слишком высока и её искусственно загрубляют, доводя до пределов разумного. Принцип действия состоит в изменении сопротивления датчика, вызванном колебаниями температуры контролируемой среды. Схема реагирует на смену параметров сигнала и повышает/понижает нагрев в системе до получения другого сигнала. Возможности электронных блоков контроля намного выше и позволяют получить настройку температуры любой точности. Чувствительность таких термостатов даже избыточна, поскольку нагрев и охлаждение — процессы, обладающие высокой инерционностью, которые замедляют время реакции на смену команд.

Область применения самодельного устройства

Изготовление механического терморегулятора в домашних условиях достаточно сложно и нерационально, поскольку результат будет работать в слишком широком диапазоне и не сможет обеспечить требуемой точности настройки. Чаще всего собирают самодельные электронные терморегуляторы, которые позволяют поддерживать оптимальный режим температуры тёплого пола, инкубатора, обеспечивать желаемую температуру воды в бассейне, нагрев парилки в сауне и т.д. Вариантов применения самодельного терморегулятора может быть столько, сколько систем, подлежащих настройке и регулировке температурного режима, имеется в доме. Для грубой настройки с помощью механических устройств проще приобрести готовые элементы, они недороги и вполне доступны.

Преимущества и недостатки

Самодельный терморегулятор обладает определёнными достоинствами и недостатками. Плюсами устройства являются:

• Высокая ремонтопригодность. Терморегулятор, сделанный самостоятельно, легко отремонтировать, поскольку его конструкция и принцип работы известны до мелочей.
• Расходы на создание регулятора намного ниже, чем при покупке готового блока.
• Существует возможность изменения рабочих параметров для получения более подходящего результата.

К недостаткам следует отнести:

• Сборка такого устройства доступна только людям, имеющим достаточную подготовку и определённые навыки работы с электронными схемами и паяльником.
• Качество работы устройства в большой степени зависит от состояния использованных деталей.
• Собранная схема требует настройки и юстировки на контрольном стенде или с помощью эталонного образца. Получить сразу готовый вариант устройства невозможно.

Основной проблемой является необходимость подготовки или, как минимум, участие специалиста в процессе создания прибора.

Как сделать простой терморегулятор

Изготовление терморегулятора происходит поэтапно:

• Выбор типа и схемы устройства.
• Приобретение необходимых материалов, инструментов и деталей.
• Сборка прибора, настройка, запуск в эксплуатацию.

Стадии изготовления прибора имеют свои особенности, поэтому их следует рассмотреть подробнее.

Необходимые материалы

В число необходимых для сборки материалов входят:

• Фольгированный гетинакс или монтажная плата;
• Паяльник с припоем и канифолью, в идеале — паяльная станция;
• Пинцет;
• Пассатижи;
• Лупа;
• Кусачки;
• Изолента;
• Медный соединительный провод;
• Необходимые детали, согласно электрической схемы.

В процессе работы могут понадобиться и другие инструменты или материалы, поэтому данный список не следует считать исчерпывающим и окончательным.

Схемы устройств

Выбор схемы обусловлен возможностями и уровнем подготовки мастера. Чем сложнее схема, тем больше нюансов возникнет при сборке и настройке устройства. В то же время самые простые схемы позволяют получить лишь наиболее примитивные приборы, работающие с высокой погрешностью.

Рассмотрим одну из несложных схем.

В данной схеме в качестве компаратора используется стабилитрон

На рисунке слева изображена схема регулятора, а справа — блок реле, включающий нагрузку. Датчик температуры — это резистор R4, а R1 — переменный резистор, используемый для настройки режима нагрева. Управляющим элементом является стабилитрон TL431, который открыт до тех пор, пока на его управляющем электроде имеется нагрузка выше 2,5 В. Нагрев терморезистора вызывает снижение сопротивления, отчего напряжение на управляющем электроде падает, стабилитрон закрывается, отсекая нагрузку.

Другая схема несколько сложнее. В ней использован компаратор — элемент, производящий сравнение показаний термодатчика и эталонного источника напряжения.

Подобная схема с компаратором применима для регулировки температуры тёплого пола

Любое изменение напряжения, вызванное увеличением или уменьшением сопротивления терморезистора, создаёт разницу между эталоном и рабочей линией схемы, вследствие чего на выходе устройства генерируется сигнал, вызывающий включение или отключение нагрева. Подобные схемы, в частности, используются для регулировки режима работы тёплого пола.

Пошаговая инструкция

Порядок сборки каждого устройства имеет свои особенности, но некоторые общие шаги выделить можно. Рассмотрим ход сборки:

1. Готовим корпус прибора. Это важно, поскольку оставлять плату незащищённой нельзя.
2. Готовим плату. Если используется фольгированный гетинакс, придётся травить дорожки при помощи электролитических методов, предварительно нарисовав их нерастворимой в электролите краской. Монтажная плата с готовыми контактами значительно упрощает и ускоряет процесс сборки.
3. Проверяем с помощью мультиметра работоспособность деталей, при необходимости заменяем их на исправные образцы.
4. По схеме собираем и соединяем все необходимые детали. Необходимо следить за точностью соединения, правильной полярностью и направлением установки диодов или микросхем. Любая ошибка может привести к выходу из строя важных деталей, которые придётся приобретать снова.
5. После окончания сборки рекомендуется ещё раз внимательно осмотреть плату, проверить точность соединений, качество пайки и прочие важные моменты.
6. Плата помещается в корпус, производится пробный запуск и настройка работы устройства.

Как настроить

Для настройки прибора необходимо либо иметь эталонное устройство, либо знать номинал напряжений, соответствующих той или иной температуре контролируемой среды. Для отдельных устройств существуют собственные формулы, показывающие зависимость напряжения на компараторе от температуры. Например, для датчика LM335 такая формула имеет вид:

V = (273 + T) • 0,01,

где Т — требуемая температура по Цельсию.

В других схемах настройка производится путём подбора номиналов регулировочных резисторов при создании определённой, известной температуры. В каждом конкретном случае могут быть использованы собственные методики, оптимальным образом подходящие к имеющимся условиям или используемому оборудованию. Требования к точности прибора также отличаются друг от друга, поэтому единой технологии настройки не существует в принципе.

Основные неисправности

Наиболее распространённой неисправностью самодельных терморегуляторов является нестабильность показаний терморезистора, вызванная низким качеством деталей. Кроме того, нередко встречаются сложности с настройкой режимов, вызванные несоответствием номиналов или изменением состава деталей, необходимых для правильной работы устройства. Большинство возможных проблем напрямую зависят от уровня подготовки мастера, производящего сборку и настройку прибора, так как навыки и опыт в этом деле значат очень много. Тем не менее, специалисты утверждают, что изготовление терморегулятора своими руками — полезная практическая задача, дающая неплохой опыт в создании электронных устройств.

Если уверенности в своих силах нет, лучше использовать готовое устройство, которых достаточно в продаже. Необходимо учитывать, что отказ регулятора в самый неподходящий момент может стать причиной серьёзных неприятностей, для устранения которых потребуются усилия, время и деньги. Поэтому, принимая решение о самостоятельной сборке, следует подойти к вопросу максимально ответственно и тщательно взвесить свои возможности.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

kotel.guru

Терморегуляторы своими руками — инструкция и схема подключения

Автоматическое управление подачей теплоносителя используется во многих технологических процессах, в том числе и для бытовых отопительных систем. Фактором определяющим действие терморегулятора, является наружная температура, значение которой анализируется и при достижении установленного предела, расход сокращается либо увеличивается.

Терморегуляторы бывают различного исполнения и сегодня в продаже достаточно много промышленных версий, работающих по различному принципу и предназначенных для использования в разных областях. Также доступны и простейшие электронные схемы, собрать которые может любой, при наличии соответствующих познаний в электронике.

Описание

Терморегулятор представляет собой устройство, устанавливаемое в системах энергоснабжения и позволяющее оптимизировать затраты энергии на обогрев. Основные элементы терморегулятора:

1. Температурные датчики – контролируют уровень температуры, формируя электрические импульсы соответствующей величины.
2. Аналитический блок – обрабатывает электрические сигналы поступающие от датчиков и производит конвертацию значения температуры в величину, характеризующую положение исполнительного органа.
3. Исполнительный орган – регулирует подачу, на величину указанную аналитическим блоком.

Современный терморегулятор – это микросхема на основе диодов, триодов или стабилитрона, могущих преобразовывать энергию тепла в электрическую. Как в промышленном, так и самодельном варианте, это единый блок, к которому подключается термопара, выносная или располагаемая здесь же. Терморегулятор включается последовательно в электрическую цепь питания исполняющего органа, таким образом, уменьшая или увеличивая значение питающего напряжения.

Принцип работы

Датчик температуры подает электрические импульсы, величина тока которых зависит от уровня температуры. Заложенное соотношение этих величин позволяет устройству очень точно определить температурный порог и принять решение, например, на сколько градусов должна быть открыта заслонка подачи воздуха в твердотопливный котел, либо открыта задвижка подачи горячей воды. Суть работы терморегулятора заключается в преобразовании одной величины в другую и соотнесении результата с уровнем силы тока.

Простые самодельные регуляторы, как правило, имеют механическое управление в виде резистора, передвигая который, пользователь устанавливает необходимый температурный порог срабатывания, то есть, указывая, при какой наружной температуре необходимо будет увеличить подачу. Имеющие более расширенный функционал, промышленные приборы, могут программироваться на более широкие пределы, при помощи контроллера, в зависимости от различных диапазонов температуры. У них отсутствуют механические элементы управления, что способствует долгой работе.

Как сделать своими руками

Сделанные собственноручно регуляторы получили широкое применение в бытовых условиях, тем более, что необходимые электронные детали и схемы всегда можно найти. Подогрев воды в аквариуме, включение вентилирования помещения при повышении температуры и многие другие несложные технологические операции вполне можно переложить на такую автоматику.

Схемы авторегуляторов

В настоящее время, у любителей самодельной электроники, популярностью пользуются две схемы автоматического управления:

1. На основе регулируемого стабилитрона типа TL431 – принцип работы состоит в фиксации превышения порога напряжения в 2,5 вольт. Когда на управляющем электроде он будет пробит, стабилитрон приходит в открытое положение и через него проходит нагрузочный ток. В том случае, когда напряжение не пробивает порог в 2,5 вольт, схема приходит в закрытое положение и отключает нагрузку. Достоинство схемы в предельной простоте и высокой надежности, так как стабилитрон оснащается только одним входом, для подачи регулируемого напряжения.
2. Тиристорная микросхема типа К561ЛА7, либо ее современный зарубежный аналог CD4011B – основным элементом является тиристор Т122 или КУ202, выполняющий роль мощного коммутирующего звена. Потребляемый схемой ток в нормальном режиме не превышает 5 мА, при температуре резистора от 60 до 70 градусов. Транзистор приходит в открытое положение при поступлении импульсов, что в свою очередь является сигналом для открытия тиристора. При отсутствии радиатора, последний приобретает пропускную способность до 200 Вт. Для увеличения этого порога, понадобится установка более мощного тиристора, либо оснащение уже имеющегося радиатором, что позволит довести коммутируемую способность до 1 кВт.

Необходимые материалы и инструменты

Сборка самостоятельно не займет много времени, однако обязательно потребуются некоторые знания в области электроники и электротехники, а также опыт работы с паяльником. Для работы необходимо следующее:

• Паяльник импульсный или обычный с тонким нагревательным элементом.
• Печатная плата.
• Припой и флюс.
• Кислота для вытравливания дорожек.
• Электронные детали согласно выбранной схемы.

Схема терморегулятора

Пошаговое руководство

1. Электронные элементы необходимо разместить на плате с таким расчетом, чтобы их легко было монтировать, не задевая паяльником соседние, возле деталей активно выделяющих тепло, расстояние делают несколько большим.
2. Дорожки между элементами протравливаются согласно рисунку, если такого нет, то предварительно выполняется эскиз на бумаге.
3. Обязательно проверяется работоспособность каждого элемента при помощи мультиметра и только после этого выполняется посадка на плату с последующим припаиванием к дорожкам.
4. Необходимо проверять полярность диодов, триодов и других деталей в соответствии со схемой.
5. Для пайки радиодеталей не рекомендуется использовать кислоту, поскольку она может закоротить близкорасположенные соседние дорожки, для изоляции, в пространство между ними добавляется канифоль.
6. После сборки, выполняется регулировка устройства, путем подбора оптимального резистора для максимально точного порога открывания и закрывания тиристора.

Область применения самодельных терморегуляторов

В быту, применение терморегулятора встречается чаще всего у дачников, эксплуатирующих самодельные инкубаторы и как показывает практика, они не менее эффективны, чем заводские модели. По сути, использовать такое устройство можно везде, где необходимо произвести какие-то действия зависящие от показаний температуры. Аналогично можно оснастить автоматикой систему опрыскивания газона или полива, выдвижения светозащитных конструкций или просто звуковую, либо световую сигнализацию, предупреждающую о чем-либо.

Ремонт своими руками

Собранные собственноручно, эти приборы служат достаточно долго, однако существует несколько стандартных ситуаций, когда может потребоваться ремонт:

• Выход из строя регулировочного резистора – случается наиболее часто, поскольку изнашиваются медные дорожки, внутри элемента, по которым скользит электрод, решается заменой детали.
• Перегрев тиристора или триода – неправильно была подобрана мощность или прибор находится в плохо вентилируемой зоне помещения. Чтобы в дальнейшем избежать подобного, тиристоры оборудуются радиаторами, либо же следует переместить терморегулятор в зону с нейтральным микроклиматом, что особенно актуально для влажных помещений.
• Некорректная регулировка температуры – возможно повреждение терморезистора, коррозия или грязь на измерительных электродах.

Преимущества и недостатки

Несомненно, использование автоматического регулирования, уже само по себе является преимуществом, так как потребитель энергии получает такие возможности:

• Экономия энергоресурсов.
• Постоянная комфортная температура в помещении.
• Не требуется участие человека.

Автоматическое управление нашло особенно большое применение в системах отопления многоквартирных домов. Оборудуемые терморегуляторами вводные задвижки автоматически управляют подачей теплоносителя, благодаря чему жители получают значительно меньшие счета.

Недостатком такого прибора можно считать его стоимость, что впрочем, не относится к тем, что изготовлены своими руками. Дорогостоящими являются только устройства промышленного исполнения, предназначенные для регулирования подачи жидких и газообразных сред, так как исполнительный механизм включает в себя специальный двигатель и другую запорную арматуру.

Советы и рекомендации

Хотя сам прибор достаточно нетребователен к условиям эксплуатации, точность реагирования зависит от качества первичного сигнала и особенно это касается автоматики работающей в условиях повышенной влажности или контактирующей с агрессивными средами. Термодатчики в таких случаях, не должны контактировать с теплоносителем напрямую.

Выводы закладываются в гильзу из латуни, и герметично запаиваются эпоксидным клеем. Оставить на поверхности можно торец терморезистора, что будет способствовать большей чувствительности.

househill.ru

Простая и надёжная схема терморегулятора для инкубатора

 ТЕРМОРЕГУЛЯТОР СВОИМИ РУКАМИ

С ранней весны и до середины лета — пора инкубаторов. Почти все, имеющие в своём подворье птиц пользуются инкубаторами. С ним удобно в любой период времени вывести необходимое количество любой породы птицы. Не надо ждать когда сядет на гнездо наседка.

Неотъемлемая часть любого инкубатора — это терморегулятор! От его надёжности и точности зависит и вывод птицы.

Необязательно использовать программируемый цифровой дорогой терморегулятор. Со своей задачей отлично справляется терморегулятор, предложенный в этой статье. Простая и надёжная схема терморегулятора для инкубатора на одной простой и недорогой микросхеме К561ЛА7 предложена ниже.

Простая, потому что кучу транзисторов заменила одна микросхема.

Надёжная, потому что в схеме используются некоторые моменты:

1. Для падения напряжения с 220В до 9В используется резистор, а не конденсатор (как часто бывает в других схемах). Он намного надёжнее.
2. Лампы включены последовательно-параллельно, что тоже надёжнее чем просто параллельное включение.
3. При плохом контакте переменного резистора «температура» произойдёт отключение ламп, а не наоборот.
4. Микросхема К561ЛА7 (как показала практика) более надёжная чем ОУ или PIC.

На первом элементе DD1.1 собран пороговый элемент, который меняет с 1 на 0 свое положение на выходе при заданной температуре. Регулятором «Температура» меняется этот порог.

На втором элементе DD1.2 собран формирователь импульсов для правильной работы тиристора.

Третий элемент DD1.3 — сумматор.

Четвёртый элемент DD1.4 — свободен и может использоваться (в крайнем случае) для замены одного из остальных элементов в случае его выхода из строя.

Микросхему К561ЛА7 можно заменить её импортным аналогом CD4011B.

Ток потребления схемы по 9В — 5 мА, температура R13 примерно 60 — 70 гр. — это нормальный режим резистора.

Импульсы, поступающие на транзистор открывают его, что способствует в последствии открыванию тиристора.

Тиристор (Т122 или КУ202Н,М,Л) — мощный коммутирующий элемент схемы. Тиристор (если используется КУ202Н,М,Л) без радиатора способен коммутировать нагрузку до 300 Вт. Обычно это хватает. Если у вас нагрузка превышает данное значение, то тиристор необходимо поставить на радиатор. Максимальное значение 1000 Вт. А также можно установить более мощный тиристор — Т122.

Рассчитать нагрузку для инкубатора просто. Включаем нагреватели (лампы) через данный регулятор температуры на полную. И контролируем по термометру температуру. Даже на полную (лампочки не отключаются) температура в инкубаторе не должна подниматься выше 50 градусов.

Так как, в процессе эксплуатации нити ламп сильно провисают и перегорают. Есть опасность выхода из строя тиристора. Поэтому лампы рекомендуется соединять последовательно-параллельно, как указано на схеме, для большей продолжительности срока службы ламп и схемы.

Так как в инкубаторе очень высокая влажность на датчик температуры — терморезистор необходимо надеть кусочек трубочки и залить с двух сторон водостойким клеем или герметиком. Это лучше проделать несколько раз с периодом в несколько часов после высыхания. Торец терморезистора можно оставить на поверхности для большей чувствительности.

Схема универсальна к выбору терморезисторов. Номинал терморезистора подходит в широких пределах. Я пробовал от 1 кОма до 15 кОм, которые были у меня в наличии. Подойдут и другие. Правильный режим работы необходимо подобрать делителем на R2, R3. Подобрать  R3 можно по таблице ниже.

Терморезистор	R3
1 kОм	2,7 кОм
2 кОм	4,3 кОм
3,6 кОм	7,5 кОм
10 кОм	10 кОм
15 кОм	15 кОм

Следует учитывать: чем больше сопротивление терморезистора или больше сопротивление R1 — R5, тем меньше диапазон регулирования переменными резисторами.

Можно использовать терморезисторы как с отрицательным, так и с положительным ТКС. С отрицательным ТКС, как сейчас на схеме, а с положительным терморезистор следует установить в низ делителя (например, в разрыв между R3 и R4).

Схема терморегулятора построена на логической микросхеме, а между уровнями логической 0 и 1 есть неопределенное состояние (см. рис), поэтому в данной схеме есть определенный гистерезис (запаздывание между включением и отключением).

Гистерезис очень сильно зависит от типа применяемого терморезистора.

Если Вам ненужно быстрое реагирование схемы на температуру, используйте терморезистор в металлическом корпусе. Типа MMT-4. Гистерезис в данном случае 2,5 — 3 гр.

Если нужна быстрая реакция схемы на температуру, то используйте терморезисторы в неметаллическом корпусе. Гистерезис 0,1 — 0,5 гр. Лампочки включаются и отключаются в несколько раз чаще.

Таблица напряжений по постоянному току микросхемы К561ЛА7

(измеряется цифровым мультиметром в рабочей схеме)

№ вывода	Нагреватель выкл / включен
1, 2	4,3 / 5,5
3	0,2 / 8,9
4	3,8 / 8,9
5, 6	4,1 / 0
7	0
8	7 / 8,9
9	0,2 / 8,9
10	~
12, 13	0
14	9 / 7,5

Фото собранной платы

Примечание: маркировка некоторых деталей согласно схемы изменилась.

Фото печатной платы

Благодаря использованию резистора (R13, а не конденсатора) для понижения напряжения, стабилизации и фильтрации питающего микросхему напряжения, а также других «фишек» данная схема терморегулятора используется в инкубаторе более 10 лет и не разу не подвела!

А. Зотов. Волгоградская обл.

P.S. Если Вы решили сделать вышеизложенный терморегулятор, но у вас нет платы или некоторых эл. компонентов, то Вы можете приобрести у нас НАБОР ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ СБОРКИ ТЕРМОРЕГУЛЯТОРА ДЛЯ ИНКУБАТОРА.

Фото готовой платы, собранной из набора

Вы можете купить готовый цифровой модуль терморегулятора со встроенным цифровым термометром в нашем магазине.

 Наш «Магазин Мастера«

П О П У Л Я Р Н О Е:

• Световой меч своими руками

Светово́й меч (англ. Lightsaber) — это фантастическое оружие многим известно по фантастической саге «Звёздные войны». Его можно встретить в научно-фантастических фильмах и рассказах.

В интернете много статей о том, как собрать световой меч. Они в основном на одном принципе: размещение в длинной трубе разноцветных светодиодов. Тем самым имитируют лазерный луч. Но нигде не встречается имитация звука этого луча.

Подробнее…

• Самодельный сварочный аппарат

Сварочный аппарат из телевизионных трансформаторов своими руками

Давно уже не используются старые ламповые телевизоры. Мощные силовые трансформаторы, используемые в них могут пригодиться для изготовления блоков питания, зарядного, пускового устройств или соединив несколько трансформаторов можно даже собрать небольшой сварочный аппарат!

Подробнее…

• Устройство для определения воздухопроницаемости трикотажных полотен

Полезная модель относится к материаловедению изделий текстильной  и легкой промышленности, а именно к методам изучения структуры и свойств трикотажных полотен во время их лабораторных и производственных испытаний.

К недостатку прототипов данного устройства можно отнести то, что они ориентированы на решение только узкой измерительной задачи, а именно определения воздухопроницаемости трикотажного полотна, с учетом его фактической плотности.

Подробнее…

— н а в и г а т о р —

Популярность: 136 737 просм.

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

www.mastervintik.ru

Терморегулятор своими руками по схеме и видео инструкции

Самостоятельная сборка терморегулятора

На базе регулируемого стабилитрона ТЛ431 (аналог его 142ЕН19) можно сделать терморегулятор своими руками

TL431

При этом все остальные элементы, как и ТЛ431 доступны каждому.

Устройство TL431

Рассмотрим принципы работы стабилитрона, если на его управляющем электроде напряжение выше заданного порогового значения – 2,5 В – он открывается и через него и нагрузку проходит ток.

Цоколёвка TL431

Но если напряжение становится меньшим порогового, хотя бы 2,47 В – наш стабилитрон закрывается и естественно не пропускает ток, тем самым отсекая нагрузку.

Схема на TL431

В схеме используем электромагнитное реле, которое работает на следующих параметрах: напряжение 12 В, ток 0,02-0,03 А. Минимальное количество деталей представленной схемы обусловлено тем, что стабилитрон в ней выполняет роль компаратора.

 Терморегулятор своими руками работа схемы:

При использовании делителя Р1, Р2 и Р3 у нас формируется напряжение на управляемом электроде, роль регулятора выполняет терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом, который при нагревании уменьшает свое сопротивление. Реле включается, когда на управляющий элемент микросхемы попадает напряжение больше чем 2,5 В.

Схема простого терморегулятора ТЛ431 для сборкиМощный блок питания на 13 вольт, 22 ампера

Видео: Схема контроля напряжения на кремниевом стабилитроне TL431

Схема контроля напряжения на кремниевом стабилитроне TL431 Схемотехника

Watch this video on YouTube

ecoteplo.pro

Терморегулятор своими руками

Подробности

Категория: Электроника в быту

Терморегулятор в быту применяется в самых разных устройствах, начиная от холодильника и заканчивая утюгами и паяльниками. Наверно, нет такого радиолюбителя, который обошел бы стороной подобную схему. Чаще всего в качестве датчика или сенсора температуры в различных любительских конструкциях используются терморезисторы, транзисторы или диоды. Работа таких терморегуляторов достаточно проста, алгоритм работы примитивный, и как следствие простая электрическая схема.

Поддержание заданной температуры производится включением – выключением нагревательного элемента (ТЭН): как только температура достигнет заданной величины, срабатывает сравнивающее устройство (компаратор) и ТЭН отключается. Такой принцип регулирования реализован во всех простых регуляторах. Казалось бы, все просто и понятно, но это лишь до того, пока не дошло до практических опытов.

Самым сложным и трудоемким процессом в изготовлении «простых» терморегуляторов является настройка на требуемую температуру. Для определения характерных точек температурной шкалы предлагается сначала погружать датчик в сосуд с тающим льдом (это ноль градусов Цельсия), а затем в кипяток (100 градусов).

После этой «калибровки» методом проб и ошибок при помощи градусника и вольтметра производится настойка необходимой температуры срабатывания. После таких опытов результат оказывается не самым лучшим.

Сейчас различными фирмами выпускается множество температурных сенсоров уже откалиброванных в процессе производства. В основном это датчики, рассчитанные на работу с микроконтроллерами. Информация на выходе этих датчиков цифровая, передается по однопроводному двунаправленному интерфейсу 1-wire, что позволяет создавать целые сети на базе подобных устройств. Другими словами очень просто создать многоточечный термометр, контролировать температуру, например, в помещении и за окном, и даже не в одной комнате.

На фоне такого изобилия интеллектуальных цифровых сенсоров неплохо выглядит скромный прибор LM335 и его разновидности 235, 135. Первая цифра в маркировке говорит о назначении прибора: 1 соответствует военной приемке, 2 индустриальное применение, а тройка говорит об использовании компонента в бытовых приборах.

Кстати, такая же стройная система обозначений свойственна многим импортным деталям, например операционным усилителям, компараторам и многим другим. Отечественным аналогом таких обозначений была маркировка транзисторов, например, 2Т и КТ. Первые предназначались для военных, а вторые для широкого применения. Но пора вернуться к уже знакомому нам LM335.

Внешне этот сенсор похож на маломощный транзистор в пластмассовом корпусе ТО — 92, но внутри него находится 16 транзисторов. Также этот датчик может быть и в корпусе SO – 8, но различий между ними нет никаких. Внешний вид датчика показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Внешний вид датчика LM335

По принципу действия датчик LM335 представляет собой стабилитрон, у которого напряжение стабилизации зависит от температуры. При повышении температуры на один градус Кельвина напряжение стабилизации увеличивается на 10 милливольт. Типовая схема включения показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Типовая схема включения датчика LM335

При взгляде на этот рисунок сразу можно спросить, какое же сопротивление резистора R1 и, какое напряжение питания при такой схеме включения. Ответ содержится в технической документации, где сказано, что нормальная работа изделия гарантируется в диапазоне токов 0,45…5,00 миллиампер. Следует заметить, что предел в 5 мА превышать не следует, поскольку датчик будет перегреваться и измерять собственную температуру.

Что будет показывать датчик LM335

Согласно документации (Data Sheet) датчик проградуирован по абсолютной шкале Кельвина. Если предположить, что температура внутри помещения -273,15°C, а это абсолютный ноль по Кельвину, то рассматриваемый датчик должен показать нулевое напряжение. При увеличении температуры на каждый градус выходное напряжение стабилитрона будет возрастать на целых 10мВ или на 0,010В.

Чтобы перевести температуру из привычной всем шкалы Цельсия в шкалу Кельвина достаточно просто прибавить 273,15. Ну, про 0,15 всегда и все забывают, поэтому просто 273, и получается, что 0°C это 0+273 = 273°K.

В учебниках физики нормальной температурой считается 25°C, а по Кельвину получается 25+273 = 298, а точнее 298,15. Именно эта точка упоминается в даташите, как единственная точка калибровки сенсора. Таким образом, при температуре 25°C на выходе датчика должно быть 298,15 * 0,010 = 2,9815В.

Рабочий диапазон датчика находится в пределах -40…100°C и во всем диапазоне характеристика датчика очень линейна, что позволяет легко рассчитать показания датчика при любой температуре: сначала надо пересчитать температуру по Цельсию в градусы Кельвина. Затем полученную температуру умножить на 0,010В. Последний ноль в этом числе говорит о том, что напряжение в Вольтах указано с точностью до 1мВ.

Все эти рассуждения и расчеты должны навести на мысль, что при изготовлении терморегулятора не придется ничего градуировать, макая сенсор в кипяток и в тающий лед. Достаточно просто рассчитать напряжение на выходе LM335, после чего останется только выставить это напряжение в качестве задающего на входе сравнивающего устройства (компаратора).

Еще один повод для использования LM335 в своей конструкции это небольшая цена. В интернет магазине его можно купить по цене около 1 доллара. Наверно, доставка обойдется дороже. После всех этих теоретических рассуждений можно перейти к разработке электрической схемы терморегулятора. В данном случае для погреба.

Принципиальная схема терморегулятора для погреба

Чтобы сконструировать терморегулятор для погреба на базе аналогового термодатчика LM335 не надо изобретать ничего нового. Достаточно обратиться к технической документации (Data Sheet) на этот компонент. Даташит содержит все способы применения датчика, в том числе и собственно терморегулятор.

Но эту схему можно рассматривать как функциональную, по которой можно изучить принцип работы. Практически придется дополнить ее выходным устройством, позволяющим включать нагреватель заданной мощности и, естественно, блоком питания и, возможно, индикаторами работы. Об этих узлах будет рассказано несколько позже, а пока посмотрим, что же предлагает фирменная документация, она же даташит. Схема, как она есть, показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема подключения датчика LM335

Как работает компаратор

Основой предлагаемой схемы является компаратор LM311, он же 211 или 111. Как и все компараторы, 311-й имеет два входа и выход. Один из входов (2) является прямым и обозначен знаком +. Другой вход — инверсный (3) обозначен знаком «минус». Выходом компаратора является вывод 7.

Логика работы компаратора достаточно проста. Когда напряжение на прямом входе (2) больше, чем на инверсном (3), на выходе компаратора устанавливается высокий уровень. Транзистор открывается и подключает нагрузку. На рисунке 1 это сразу нагреватель, но ведь это функциональная схема. К прямому входу подключен потенциометр, задающий порог срабатывания компаратора, т.е. уставку температуры.

Когда напряжение на инверсном входе больше, чем на прямом, на выходе компаратора установится низкий уровень. К инверсному входу подключен термодатчик LM335, поэтому при повышении температуры (нагреватель уже включен) будет повышаться напряжение на инверсном входе.

Когда напряжение датчика достигнет порога срабатывания, установленного потенциометром, компаратор переключится в низкий уровень, транзистор закроется и отключит нагреватель. Далее весь цикл повторится.

Осталось совсем ничего, — на базе рассмотренной функциональной схемы разработать практическую схему, по возможности простую и доступную для повторения начинающими радиолюбителями. Возможный вариант практической схемы показан на рисунке 4.

Рисунок 4.

Несколько пояснений к принципиальной схеме

Нетрудно видеть, что базовая схема немного изменилась. Прежде всего, вместо нагревателя транзистор будет включать реле, а что будет включать реле об этом чуть позже. Еще появился электролитический конденсатор C1, назначение которого сглаживание пульсаций напряжения на стабилитроне 4568. Но расскажем о назначении деталей чуть подробней.

Питание термодатчика и делителя напряжения уставки температуры R2, R3, R4 стабилизировано параметрическим стабилизатором R1, 1N4568, C1 с напряжением стабилизации 6,4В. Даже если питание всего устройства будет производиться от стабилизированного источника, дополнительный стабилизатор не помешает.

Такое решение позволяет питать все устройство от источника, напряжение которого можно выбрать в зависимости от напряжения катушки реле, имеющегося в наличии. Скорее всего, это будет 12 или 24В. Источник питания может быть даже нестабилизированным, просто диодный мост с конденсатором. Но лучше все-таки не поскупиться и поставить в блок питания интегральный стабилизатор 7812, который обеспечит еще и защиту от КЗ.

Если уж разговор зашел про реле, что можно в данном случае применить? Прежде всего, это современные малогабаритные реле, наподобие тех, что применяются в стиральных машинах. Внешний вид реле показан на рисунке 5.

Рисунок 5. Малогобаритное реле

При всей миниатюрности такие реле могут коммутировать ток до 10А, что позволяет коммутировать нагрузку до 2КВт. Это если на все 10А, но так делать не надо. Самое большее, что можно включить таким реле это нагреватель мощностью не более 1КВт, ведь должен же быть хоть какой-то «запас прочности»!

Совсем хорошо, если реле своими контактами будет включать магнитный пускатель серии ПМЕ, а уж он пусть включает нагреватель. Это один из самых надежных вариантов включения нагрузки. Возможная реализация такого варианта показана на рисунке 6.

Рисунок 6.

Электропитание терморегулятора

Блок питания устройства нестабилизированный, а поскольку сам терморегулятор (одна микросхема и один транзистор) практически никакой мощности не потребляет, то в качестве источника питания вполне подойдет любой сетевой адаптер китайского производства.

Если сделать блок питания, как показано на схеме, то вполне подойдет небольшой силовой трансформатор от кассетного магнитофона калькулятора или чего-то другого. Главное, чтобы напряжение на вторичной обмотке было не свыше 12..14В. При меньшем напряжении не будет срабатывать реле, а при большем оно просто может сгореть.

Если выходное напряжения трансформатора находится в пределах 17…19В, то тут без стабилизатора не обойтись. Это не должно пугать, ведь современные интегральные стабилизаторы имеют всего 3 вывода, запаять их не так и сложно.

Включение нагрузки

Открытый транзистор VT1 включает реле K1, которое своим контактом K1.1 включает магнитный пускатель K2. Контакты магнитного пускателя K2.1 и K2.2 подключают к сети нагреватель. Следует отметить, что нагреватель включается сразу двумя контактами. Такое решение гарантирует, что при отключенном пускателе на нагрузке не останется фаза, если, конечно все исправно.

Поскольку погреб помещение влажное, иногда очень сырое, в плане электробезопасности очень опасное, то подключение всего устройства лучше всего осуществить с применением УЗО по всем требованиям к современной проводке.

Каким должен быть нагреватель

Схем терморегуляторов для погреба опубликовано немало. Когда-то их печатал журнал «Моделист-коструктор» и другие печатные издания, а теперь все это изобилие перекочевало в интернет. В этих статьях даются рекомендации, каким же должен быть нагреватель.

Кто-то предлагает обычные стоваттные лампы накаливания, трубчатые нагреватели марки ТЭН, масляные радиаторы (можно даже с неисправным биметаллическим регулятором). Также предлагается использовать бытовые обогреватели с встроенным вентилятором. Главное, чтобы не было прямого доступа к токоведущим частям. Поэтому старые электроплитки с открытой спиралью и самодельные нагреватели типа «козёл» применять ни в коем случае нельзя.

Сначала проверьте монтаж

Если устройство собрано без ошибок из исправных деталей, то особой наладки не требуется. Но в любом случае перед первым включением обязательно проверить качество монтажа: нет ли непропаек или наоборот замкнутых дорожек на печатной плате. И проделывать эти действия надо не забывать, просто взять себе за правило. Особенно это относится к конструкциям, подключаемым к электрической сети.

Настройка терморегулятора

Если первое включение конструкции произошло без дыма и взрывов, то единственное, что надо сделать, это выставить опорное напряжение на прямом входе компаратора (вывод 2), согласно желаемой температуре. Для этого необходимо произвести несколько расчетов.

Предположим, что температура в погребе должна поддерживаться на уровне +2 градуса по Цельсию. Тогда сначала переводим ее в градусы Кельвина, затем полученный результат умножаем на 0,010В в результате получается опорное напряжение, оно же уставка температуры.

(273,15 + 2) * 0,010 = 2,7515(В)

Если предполагается, что терморегулятор должен поддерживать температуру, например, +4 градуса, то получится следующий результат: (273,15 + 4) * 0,010 = 2,7715(В)

автор Борис Аладышкин

Добавить комментарий

radiofanatic.ru

схема и пошаговая инструкция по изготовлению самодельного устройства

Многие из полезных вещей, которые помогут увеличить комфорт в нашей жизни, можно без особого труда собрать своими руками. Это же касается и термостата (его еще называют терморегулятором).

Данный прибор позволяет включать или выключать нужное оборудование по охлаждению или нагреванию, осуществляя регулировку, когда происходит определенные изменения температуры там, где он установлен.

К примеру, он может в случае сильных холодов самостоятельно включить расположенный в подвале обогреватель. Поэтому стоит рассмотреть, как можно самостоятельно сделать подобное устройство.

Как работает

Схема работы терморегулятора на примере теплого пола. (Для увеличения нажмите)

Принцип функционирования термостата достаточно прост, поэтому многие радиолюбители для оттачивания своего мастерства делают самодельные аппараты.

При этом можно использовать множество различных схем, хотя наиболее популярной является микросхема-компаратор.

Данный элемент имеет несколько входов, но всего один выход. Так, на первый выход поступает так называемое «Эталонное напряжение», имеющее значение установленной температуры. На второй же поступает напряжение уже непосредственно от термодатчика.

После этого, компаратор сравнивает эти оба значения. В случае, если напряжение с термодатчика имеет определенное отклонение от «эталонного», на выход посылается сигнал, который должен будет включить реле. После этого, подается напряжение на соответствующий нагревающий или охлаждающий аппарат.

Процесс изготовления

Важно помнить, что в цепи сила тока не должна быть больше 5 мА, именно поэтому, чтобы подключить термореле, используется транзистор большой мощнос

Итак, рассмотрим процесс самостоятельного изготовления простого терморегулятора на 12 В, имеющего датчик температуры воздуха.

Все должно происходить следующим образом:

1. Сначала необходимо подготовить корпус. Лучше всего в этом качестве использовать старый электрический счетчик, такой, как «Гранит-1»;
2. На базе этого же счетчика более оптимально собирать и схему. Для этого, к входу компаратора (он обычно помечен «+») нужно подключить потенциометр, который дает возможность задавать температуру. К знаку «-», обозначающему инверсный вход, нужно присоединить термодатчик LM335. В этом случае, когда напряжение на «плюсе» будет больше, чем на «минусе», на выход компаратора будет отправлено значение 1 (то есть высокое). После этого регулятор отправит питание на реле, которое в свою очередь включит уже, например, котел отопления. Когда напряжение, поступающее на «минус» будет больше, чем на «плюсе», на выходе компаратора снова будет 0, после чего отключится и реле;
3. Для обеспечения перепада температур, иными словами для работы терморегулятора, допустим при 22 включение, а при 25 отключение, нужно, используя терморезистор, создать между «плюсом» компаратора и его выходом, обратную связь;
4. Чтобы обеспечить питание, рекомендуется делать трансформатор из катушки. Её можно взять, к примеру, из старого электросчетчика (он должен быть индуктивного типа). Дело в том, что на катушке можно сделать вторичную обмотку. Для получения желанного напряжения в 12 В, будет достаточно намотать 540 витков. При этом, чтобы они уместились, диаметр провода должен составлять не более 0.4 мм.

[advice]Совет мастера: чтобы включить нагреватель, лучше всего применять клеммник счетчика.[/advice]

Мощность нагревателя и установка терморегулятора

В зависимости от уровня выдерживаемой мощности контактами используемого реле, будет зависеть и мощность самого нагревателя.

В случаях, когда значение составляет приблизительно 30 А (это тот уровень, на который рассчитаны автомобильные реле), возможно применение обогревателя мощностью 6.6 кВт (исходя из расчета 30х220).

Но прежде, желательно убедится в том, что вся проводка, а также автомат смогут выдержать нужную нагрузку.

[warning]Стоит отметить: любители самоделок могут смастерить электронный терморегулятор своими руками на основе электромагнитного реле с мощными контактами, выдерживающими ток до 30 ампер. Такое самодельное устройство может использоваться для различных бытовых нужд.[/warning]

Установку терморегулятора необходимо осуществлять практически в самой нижней части стены комнаты, так как именно там скапливается холодный воздух. Также важным моментом является отсутствие тепловых помех, которые могут воздействовать на прибор и тем самым сбивать его с толку.

К примеру, он не будет функционировать должным образом, если будет установлен на сквозняке или рядом с каким-то электроприбором, интенсивно излучающим тепло.

Настройка

Для измерения температуры лучше использовать терморезистор, у которого при изменении температуры меняется электрическое сопротивление

Нужно отметить, что указанный в нашей статье вариант терморегулятора, созданного из датчика LM335, нет необходимости настраивать.

Достаточно лишь знать точное напряжение, которое будет подаваться на «плюс» компаратора. Узнать его можно с помощью вольтметра.

Нужные в конкретных случаях значения можно высчитать используя для этого формулу, такую как: V = (273 + T) x 0.01. В этом случае Т будет обозначать нужную температуру, указываемую в Цельсии. Поэтому для температуры в 20 градусов, значение будет равняться 2,93 В.

Во всех остальных случаях напряжение будет необходимо проверять уже непосредственно опытным путем. Чтобы это сделать, используется цифровой термометр такой, как ТМ-902С. Чтобы обеспечить максимальную точность настройки, датчики обоих устройств (имеется ввиду термометра и терморегулятора) желательно закрепить друг к другу, после чего можно проводить замеры.

Смотрите видео, в котором популярно разъясняется, как сделать терморегулятор своими руками:

teplo.guru

СХЕМА ТЕРМОРЕГУЛЯТОРА

   Поводом для сборки этой схемы послужила поломка терморегулятора в электрическом духовом шкафу на кухне. Поискав в интернете, особого изобилия вариантов на микроконтроллерах не нашел, конечно есть кое-что, но все в основном рассчитаны на работу с термодатчиком типа DS18B20, а он очень ограничен в температурном диапазоне верхних значений и для духовки не подходит. Задача ставилась измерять температуры до 300°C, поэтому выбор пал на термопары К-типа. Анализ схемных решений привел к паре вариантов. 

Схема терморегулятора — первый вариант

   Термостат собраный по этой схеме имеет заявленный предел верхней границы 999°C. Вот что получилось после его сборки:

   Испытания показали, что сам по себе термостат работает достаточно надежно, но не понравилось в данном варианте отсутствие гибкой памяти. Пошивка микроконтроллера для обеих вариантов — в архиве.

Схема терморегулятора — второй вариант

   Немного поразмыслив пришел к выводу, что возможно сюда присоединить тот же контроллер, что и на паяльной станции, но с небольшой доработкой. В процессе эксплуатации паяльной станции были выявлены незначительные неудобства: необходимость перевода таймеров в 0, и иногда проскакивает помеха которая переводит станцию в режим SLEEP. Учитывая то, что женщинам ни к чему запоминать алгоритм перевода таймера в режим 0 или 1 была повторена схема той же станции, но только канал фен. А небольшие доработки привели к устойчивой и «помехонекапризной» работе терморегулятора в части управления. При прошивке AtMega8 следует обратить внимание на новые фьюзы. На следующем фото показана термопара К-типа, которую удобно монтировать в духовке.

   Работа регулятора температуры на макетной плате понравилась — приступил к окончательной сборке на печатной плате.

   Закончил сборку, работа тоже стабильная, показания в сравнении с лабораторным градусником отличаются порядка на 1,5°C, что в принципе отлично. На печатной плате при настройке стоит выводной резистор, пока что не нашел в наличии SMD такого номинала.

   Светодиод моделирует ТЭНы духовки. Единственное замечание: необходимость создания надежной общей земли, что в свою очередь сказывается на конечный результат измерений. В схеме необходим именно многооборотный подстроечный резистор, а во-вторых обратите внимание на R16, его возможно тоже необходимо будет подобрать, в моём случае стоит номинал 18 кОм. Итак, вот что имеем:

   В процессе экспериментов с последним терморегулятором появились ещё незначительные доработки, качественно влияющие на конечный результат, смотрим на фото с надписью 543 — это означает датчик отключен или обрыв.

   И наконец переходим от экспериментов до готовой конструкции терморегулятора. Внедрил схему в электроплиту и пригласил авторитетную комиссию принимать работу 🙂 Единственное что жена забраковала — маленькие кнопки на управлении конвекцией, общее питание и обдув, но это решаемо со временем, а пока выглядит вот так.

   Регулятор заданную температуру держит с точностью до 2-х градусов. Происходит это в момент нагрева, из-за инертности всей конструкции (ТЭНы остывают, внутренний каркас выравнивается температурно), в общем в работе схема мне очень понравилась, а потому рекомендуется для самостоятельного повторения. Автор — ГУБЕРНАТОР.

   Форум по регуляторам температуры на МК

   Обсудить статью СХЕМА ТЕРМОРЕГУЛЯТОРА

radioskot.ru