Простые схемы электронных терморегуляторов своими руками

Продолжаем нашу рубрику электронные самоделки, в этой статье мы будем рассматривать устройства, поддерживающие определенный тепловой режим, или же сигнализирующие о достижении нужного значения температуры. Такие устройства имеют очень широкую сферу применения: они могут поддерживать заданную температуру в инкубаторах и аквариумах, теплых полах и даже являться частью умного дома. Для вас мы предоставили инструкцию о том, как сделать терморегулятор своими руками и с минимумом затрат.

Зачем нужен терморегулятор для инкубатора?

Чтобы в инкубаторе можно было качественно выводить молодняк птиц, требуется регулярно поддерживать на оптимальном уровне влажность и температуру. Показатели температуры отличаются в зависимости от породы пернатых и этапа их инкубации, соответственно, их надо регулировать. Они варьируются в пределах от 35 до 39 градусов. А чтобы можно было осуществлять температурный контроль, требуется микроконтроллер (терморегулятор).

Немало современных заводских инкубаторов оснащены аналоговыми терморегуляторами, которые нужно часто подстраивать в зависимости от показаний температуры. Чаще всего для поддержания температуры применяют термометры на спирте или ртути.

Однако цифровые микроконтроллеры температуры имеют больше преимуществ по сравнению с аналоговыми аппаратами:

• внутри прибора обеспечивается требуемая температура;
• появляется возможность управлять работой нагревательных элементов;
• на основании текущих показателей можно контролировать температуру;
• процесс автоматизирован и не нуждается в регулярной подстройке;
• экономится электроэнергия, поскольку при получении требуемой температуры нагревательные элементы отключаются.

Редакторы сайта советуют ознакомиться с маркировкой импортных и советских керамических конденсаторов.

Последовательность работ

Смонтировав схему выбранным способом, следует установить датчик таким образом, чтобы он, при работе, контролировал температуру необходимого объекта.

• Переменный резистор, следует установить таким образом, чтобы к нему был обеспечен удобный доступ.
• После чего, нужно нанести шкалу задаваемых температур, которые будут поддерживаться термостатом.

После того как все эти работы будут выполнены, к устройству подключают шнур питания (если сделать это раньше, то он будет сильно мешать при работе).

После сборки и настройки устройства, его помещают в корпус.

Обогреватель для аквариума

Реже, такой терморегулятор применялся для поддержания заданной температуры в аквариумах с тропическими рыбками. Такая необходимость возникала из-за того, что большинство, выпускаемых для этих целей термообогревателей, имеет механический терморегулятор объединенный с тэном в одном корпусе. А следовательно, они поддерживают в заданных пределах свою, а не окружающую температуру. Это хорошо работает только в помещениях со стабильной, в пределах одного-двух градусов, своей температурой воздуха.

Особенности монтажа

• из-за инертности воды, датчик и обогреватель должны быть разнесены, но в пределах прямой видимости (без перекрытия растениями и элементами декора) друг от друга;
• из-за электропроводимости воды, датчик должен быть изолирован, либо средствами с хорошей теплопроводностью, либо тонким слоем обычного герметика;
• допускается использование как обычных аквариумных обогревателей, так и регулируемых, с выставленной на максимум температурой.

Можно найти и другие сферы применения данному, несложному в изготовлении устройству. К примеру для рассадных парничков, сушильных шкафов, различных термованночек. На что вашей фантазии хватит. Только, если нагрузка допускает возможность короткого замыкания, необходимо добавить плавкий предохранитель на 1 А.

P.S. Как говорилось выше данный простой терморегулятор применялся в инкубаторах раньше, сейчас на его смену пришли терморегуляторы с микроконтроллерным управлением, способные в автоматическом режиме понижать температуру в течении цикла инкубации. Да и сами инкубаторы обзавелись функцией регулирования влажности и переворачивания яиц.

Обзор моделей

Капиллярные термостаты для бытового использования должны быть надежными, долговечными, с простой схемой подключения. Далее будет дано описание 3-х наиболее подходящих для бытового использования термостатов.

AZT-6

Термостат механический. Основное назначение: контроль температуры водяных калориферов. Прибор оснащен только ручкой подстройки рабочей температуры срабатывания. Работает в режимах — 15 + 85 градусов C.

Из преимуществ:

1. Простота подключения.
2. Быстрая отсечка.
3. Миниатюрный внешний вид.
4. Низкая цена.

AZT-6 отличный помощник для контроля температурных изменений воздуха в доме.

Ballu BMT-2

Регулятор температуры для нагревателей и вентиляционных систем. Рабочий диапазон +5–35 °C. Прибор используется для переключения между нагревательными приборами и системами вентиляции. Имеет встроенное оповещение о смене режима работы. Может быть использован для подключения сразу 4 приборов в общую систему, с их последующим разделением по температурным режимам.

Из плюсов:

1. Высокая надежность.
2. Простота управления.
3. Несколько пар подключения.
4. Не высокая цена.

Регулятору Ballu BMT-2 можно доверить контроль температуры в доме, при электрической нагрузке более 10 ампер.

Terneo EG

Прибор разработан для контроля температуры в инкубаторе. Модель полностью электронная. Имеет на корпусе дополнительную розетку. Работа в инкубаторах не единственное назначение этой модели. Ее можно использовать для работы в складских и подвальных помещениях.

Из плюсов:

1. Простая настройка параметров.
2. Хорошо читаемый дисплей.
3. Наличие звукового оповещения о срабатывании.
4. Дополнительная розетка.

Terneo EG очень надежен. Через данное устройство можно подключить несколько приборов и задать температуру срабатывания для каждого устройства.

Какие детали понадобятся: терморегулятор своими руками

Для датчика температуры чаще всего используют терморезистор, это элемент который регулирует электрическое сопротивление в зависимости от температурного показателя.

Так же часто применяют полупроводниковые детали:

• Диоды;
• Транзисторы.

На их характеристики температура должна оказывать такое же влияние. То есть при нагреве должен увеличиваться ток транзистора и при этом он должен престать работать, не смотря на входящий сигнал. Нужно учесть, что такие детали обладаю большим недостатком. Слишком сложно провести калибровку, говоря точнее, будет трудно привязать эти детали к некоторым датчикам температуры.

Однако на данный момент промышленность не стоит на месте, и вы можете увидеть приборы из серии 300, это LM335, которым все чаще рекомендуют воспользоваться специалисты и LM358n. Не смотря на очень низкую стоимость, данная деталь занимает первую позицию в маркировках и ориентируется на сочетание с бытовой техникой. Стоит упомянуть, что модификации этой детали LM 235и 135 успешно применяются в военных сферах и промышленности. Включая в свою конструкцию около 16 транзисторов, датчик способен работать в качестве стабилизатора, а его напряжение будет полностью зависеть от температурного показателя.

Зависимость заключается в следующем:

1. На каждый градус будет приходиться около 0, 01 В, если ориентироваться на Цельсий, то на показатель 273 результат на выходе составит 2, 73В.
2. Диапазон работы ограничивается в показателе от -40 до +100 градусов. Благодаря таким показателям, пользователь полностью избавляется от регулирований методом проб и ошибок, а требуемая температура будет в любом случае обеспечена.

Так же кроме датчика температур вам потребуется компаратор, лучше всего приобрести LM 311, который выпускает тот же производитель, потенциометр для того чтобы сформировать эталонное напряжение и выходную установку чтобы включать реле. Не забудьте приобрести блок питания и специальные индикаторы.

Существует большое количество электрических принципиальных схем, которые могут поддерживать желаемую заданную температуру с точностью до 0,0000033 °С. Эти схемы включают коррекцию при отклонении от установленного значения температуры, пропорциональное, интегральное и дифференциальное регулирование.

В регуляторе для электроплиток (рис. 1.1) используется позистор (терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления или ТКС) типа К600А фирмы Allied Electronics, встроенный в кухонную плиту, чтобы поддерживать идеальную температуру варки. Потенциометром можно регулировать запуск семисторного регулятора и, соответственно, включение или выключение нагревательного элемента. Устройство предназначено для работы в электрической сети с напряжением 115 В. При включении устройства в сеть напряжением 220 В необходимо использовать другой питающий трансформатор и семистор.

Рисунок 1.1 Регулятор температуры электроплиты

Таймер LM122 производства компании National используется как дозирующий терморегулятор с оптической развязкой и синхронизацией при прохождении питающего напряжения через нуль. Установкой резистора R2 (рис. 1.2) задается регулируемая позистором R1 температура. Тиристор Q2 подбирается из расчета подключаемой нагрузки по мощности и напряжению. Диод D3 определен для напряжения 200 В. Резисторы R12, R13 и диод D2 реализуют управление тиристором при прохождении питающего напряжения через нуль.

Рисунок 1.2 Дозирующий регулятор мощности нагревателя

Простая схема (рис. 1.3) с переключателем при переходе питающего напряжения через нуль на микросхеме СА3059 позволяет регулировать включение и выключение тиристора, который управляет катушкой нагревательного элемента или реле для управления электро- или газовой печью. Переключение тиристора происходит при малых токах. Измерительное сопротивление NTC SENSOR обладает отрицательным температурным коэффициентом. Резистором Rp устанавливается желаемая температура.

Рисунок 1.3 Схема терморегулятора с комутацией нагрузки при переходе питания через ноль.

Устройство (рис. 1.4) обеспечивает пропорциональное регулирование температуры небольшой маломощной печи с точностью до 1 °С относительно температуры, заданной с помощью потенциометра. В схеме используется стабилизатор напряжения 823В, который питается, как и печь, от того же источника напряжением 28 В. Для задания величины температуры должен использоваться 10-оборотный проволочный потенциометр. Мощный транзистор Qi работает в режиме насыщения или близко к этому режиму, однако радиатор для охлаждения транзистора не требуется.

Рисунок 1.4 Схема терморегулятора для низковольтного нагревателя

Для управления семистором при переходе питающего напряжения через нуль используется переключатель на микросхеме SN72440 от фирмы Texas Instruments. Эта микросхема переключает симистор TRIAC (рис. 1.5), включающий или выключающий нагревательный элемент, обеспечивая необходимый нагрев. Управляющий импульс в момент перехода напряжения сети через нуль подавляется или пропускается под действием дифференциального усилителя и моста сопротивления в интегральной схеме (ИС). Ширина последовательных выходных импульсов на выводе 10 ИС регулируется потенциометром в цепи запуска R(trigger)? как это показано в таблице на рис. 1.5, и должна изменяться в зависимости от параметров используемого симистора.

Рисунок 1.5 Терморегулятор на микросхеме SN72440

Обычный кремниевый диод с температурным коэффициентом 2 мВ/°С служит для поддержания разницы температур до ±10 °F] с точностью примерно 0,3 °F в широком диапазоне температур. Два диода, включенные в мост сопротивлений (рис. 1.6)^ дают напряжение на выводах А и В, которое пропорционально разнице температуры. Потенциометром регулируется ток смещения, который соответствует предварительно устанавливаемой области смещения температуры. Низкое выходное напряжение моста усиливается операционным усилителем MCI741 производства фирмы Motorola до 30 В при изменении напряжения на входе на 0,3 мВ. Буферный транзистор добавлен для подключения нагрузки с помощью реле.

Рисунок 1.6 Регулятор температуры с датчиком на диоде

Температура по шкале Фаренгейта. Для перевода температуры из шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия нужно от исходного числа отнять 32 и умножить результат на 5/9/

Позистор RV1 (рис. 1.7) и комбинация из переменного и постоянного резисторов образуют делитель напряжения, поступающего с 10-вольтового диода Зенера (стабилитрона). Напряжение с делителя подается на однопереходный транзистор. Во время положительной полуволны напряжения сети на конденсаторе возникает напряжение пилообразной формы, амплитуда которого зависит от температуры и установки сопротивления на потенциометре номиналом 5 кОм. Когда амплитуда этого напряжения достигает отпирающего напряжения однопереходного транзистора, он включает тиристор, который и подает напряжение на нагрузку. Во время отрицательной полуволны переменного напряжения тиристор выключается. Если температура печи низка, то тиристор открывается в полуволне раньше и производит больший нагрев. Если предварительно установленная температура достигнута, то тиристор открывается позже и производит меньший нагрев. Схема разработана для использования в устройствах с температурой окружающей среды 100 °F.

Рисунок 1.7 Терморегулятор для хлебопечки

Простой регулятор (рис. 1.8), содержащий измерительный мост с термистором и два операционных усилителя, регулирует температуру с очень высокой точностью (до 0,001 °С) и большим динамическим диапазоном, что необходимо при быстрых изменениях условий окружающей среды.

Рисунок 1.8 Схема терморегулятора повышенной точности

Устройство (рис. 1.9) состоит из симистора и микросхемы, которая включает в себя источник питания постоянного тока, детектор перехода питающего напряжения через нуль, дифференциальный усилитель, генератор пилообразного напряжения и выходной усилитель. Устройство обеспечивает синхронное включение и выключение омической нагрузки. Управляющий сигнал получается при сравнении напряжения, получаемого от чувствительного к температуре измерительного моста из резисторов R4 и R5 и резистора с отрицательным температурным коэффициентом R6, а также резисторов R9 и R10 в другой цепи. Все необходимые функции реализованы в микросхеме ТСА280А фирмы Milliard. Показанные значения действительны для симистора с током управляющего электрода 100 мА, для другого симистора значения номиналов резисторов Rd, Rg и конденсатора С1 должны изменяться. Пределы пропорционального регулирования могут устанавливаться с помощью изменения значения резистора R12. При проходе через нуль напряжения сети симистор будет переключаться. Период колебаний пилообразной формы составляет примерно 30 сек и может устанавливаться изменением емкости конденсатора С2.

Представленная простая схема (рис. 1.10) регистрирует разницу температур двух объектов, нуждающихся в использовании регулятора. Например, для включения вентиляторов, выключения нагревателя или для управления клапанами смесителей воды. Два недорогих кремниевых диода 1N4001, установленные в мост сопротивлений, используются как датчики. Температура пропорциональна напряжению между измерительным и опорным диодом, которое подается на выводы 2 и 3 операционного усилителя МС1791. Так как при разнице температур с выхода моста поступает только примерно 2 мВ/°С, то необходим операционный усилитель с высоким усилением. Если для нагрузки требуется более 10 мА, то необходим буферный транзистор.

Рисунок 1.10 Схема терморегулятора с измерительным диодом

При падении температуры ниже установленного значения разность напряжений, на измерительном мосте с терморезистором, регистрируется дифференциальным операционным усилителем, который открывает буферный усилитель на транзисторе Q1 (рис. 1.11) и усилитель мощности на транзисторе Q2. Рассеиваемая мощность транзистора Q2 и его нагрузки резистора R11 обогревают термостат. Терморезистор R4 (1D53 или 1D053 от фирмы National Lead) имеет номинальное сопротивление 3600 Ом при 50 °С. Делитель напряжения Rl—R2 уменьшает входной уровень напряжения до необходимого значения и способствует тому, что терморезистор работает при малых токах, обеспечивающих малый разогрев. Все цепи моста, за исключением резистора R7, предназначенного для точной регулировки температуры, находятся в конструкции термостата.

Рисунок 1.11 Схема терморегулятора с измерительным мостом

Схема (рис. 1.12) осуществляет линейное регулирование температуры с точностью до 0,001 °С, с высокой мощностью и высокой эффективностью. Источник опорного напряжения на микросхеме AD580 питает мостовую схему преобразователя температуры, в которой платиновый измерительный резистор (PLATINUM SENSOR) работает в качестве датчика. Операционный усилитель AD504 усиливает выходной сигнал моста и управляет транзистором 2N2907, который, в свою очередь, управляет синхронизируемым с частотой 60 Гц генератором на однопереходном транзисторе. Этот генератор питает управляющий электрод тиристора через развязывающий трансформатор. Предварительная установка способствует тому, что тиристор включается в различных точках переменного напряжения, что необходимо для точной регулировки нагревателя. Возможный недостаток — возникновение помех высокой частоты, т. к. тиристор переключается посреди синусоиды.

Рисунок 1.12 Тиристорный терморегулятор

Узел управления мощного транзисторного ключа (рис. 1.13) для нагрева инструментов мощностью 150 Вт использует отвод на нагревательном элементе, чтобы принудить переключатель на транзисторе Q3 и усилитель на транзисторе Q2 достичь насыщения и установить малую рассеиваемую мощность. Когда на вход транзистора Qi поступает положительное напряжение, транзистор Qi открывается и приводит транзисторы Q2 и Q3 в открытое состояние. Ток коллектора транзистора Q2 и базовый ток транзистора Q3 определяются резистором R2. Падение напряжения на резисторе R2 пропорционально напряжению питания, так что управляющий ток обладает оптимальным уровнем для транзистора Q3 при большом диапазоне напряжения.

Рисунок 1.13 Ключ для низковольтного терморегулятора

Операционный усилитель СА3080А производства фирмы RCA (рис. 1.14) включает вместе термопару с переключателем, срабатывающем при проходе питающего напряжения через нуль и выполненным на микросхеме СА3079, который служит как триггер для симистора с нагрузкой переменного напряжения. Симистор нужно подбирать Под регулируемую нагрузку. Напряжение питания для операционного усилителя некритично.

Рисунок 1.14 Терморегулятор на термопаре

При использовании фазового управления симистором ток нагрева сокращается постепенно, если происходит приближение к установленной температуре, что предотвращает большое отклонение от установленного значения. Сопротивление резистора R2 (рис. 1.15) регулируется так, чтобы транзистор Q1 при желаемой температуре был закрыт, тогда генератор коротких импульсов на транзисторе Q2 не функционирует и таким образом симистор больше не открывается. Если температура понижается, то сопротивление датчика RT увеличивается и транзистор Q1 открывается. Конденсатор С1 начинает заряжаться до напряжения открывания транзистора Q2, который лавинообразно открывается, формируя мощный короткий импульс, выполняющий включение симистора. Чем больше открывается транзистор Q1, тем быстрее заряжается емкость С1 и симистор в каждой полуволне переключается раньше и, вместе с тем, в нагрузке возникает большая мощность. Пунктирной линией представлена альтернативная схема для регулирования двигателя с постоянной нагрузкой, например с вентилятором. Для работы схемы в режиме охлаждения резисторы R2 и RT нужно поменять местами.

Рисунок 1.15 Терморегулятор для отопления

Пропорциональный терморегулятор (рис. 1.16) использующий микросхему LM3911 от фирмы National, устанавливает постоянную температуру кварцевого термостата на уровне 75 °С с точностью ±0,1 °С и улучшает стабильность кварцевого генератора, который часто используется в синтезаторах и цифровых счетчиках. Отношение импульс/пауза прямоугольного импульса на выходе (отношение времени включения/выключения) изменяется в зависимости от температурного датчика в ИС и напряжения на инверсном входе микросхемы. Изменения продолжительности включения микросхемы изменяют усредненный ток включения нагревательного элемента термостата таким образом, что температура приводится к заданной величине. Частота прямоугольного импульса на выходе ИС определяется резистором R4 и конденсатором С1. Оптрон 4N30 открывает мощный составной транзистор, у которого в цепи коллектора имеется нагревательный элемент. Во время подачи положительного прямоугольного импульса на базу транзисторного ключа последний переходит в режим насыщения и подключает нагрузку, а при окончании импульса отключает ее.

Рисунок 1.16 Пропорциональный терморегулятор

Регулятор (рис. 1.17) поддерживает температуру печи или ванны с высокой стабильностью на уровне 37,5 °С. Рассогласование измерительного моста регистрируется измерительным операционным усилителем AD605 с высоким коэффициентом подавления синфазной составляющей, низким дрейфом и симметричными входами. Составной транзистор с объединенными коллекторами (пара Дарлингтона) осуществляет усиление тока нагревательного элемента. Транзисторный ключ (PASS TRANSISTOR) должен принимать всю мощность, которая не подводится к нагревательному элементу. Чтобы справляться с этим, большая схема следящей системы подключается между точками «А” и «В», чтобы установить постоянно 3 В на транзисторе без учета напряжения, требуемого для нагревательного элемента. Выходной сигнал операционного усилителя 741 сравнивается в микросхеме AD301A с напряжением пилообразной формы, синхронным с напряжением сети частотой 400 Гц. Микросхема AD301A работает как широтно-импульсный модулятор, включающий транзисторный ключ 2N2219—2N6246. Ключ предоставляет управляемую мощность конденсатору емкостью 1000 мкФ и транзисторному ключу (PASS TRANSISTOR) терморегулятора.

Рисунок 1.17 Высоточный терморегулятор

Принципиальная схема терморегулятора, срабатывающего при проходе напряжения сети через нуль (ZERO-POINT SWITCH) (рис. 1.18), устраняет электромагнитные помехи, которые возникают при фазовом управлении нагрузкой. Для точного регулирования температуры электронагревательного прибора используется пропорциональное включение/выключение семистора. Схема, справа от штриховой линии, представляет собой переключатель, срабатывающий при проходе через нуль питающего напряжения, который включает симистор почти непосредственно после прохода через нуль каждой полуволны напряжения сети. Сопротивление резистора R7 устанавливается таким, чтобы измерительный мост в регуляторе был уравновешен для желаемой температуры. Если температура превышена, то сопротивление позистора RT уменьшается и открывается транзистор Q2, который включает управляющий электрод тиристора Q3. Тиристор Q3 включается и замыкает накоротко сигнал управляющего электрода’ симистора Q4 и нагрузка отключается. Если температура понижается, то транзистор Q2 закрывается, тиристор Q3 отключается, а к нагрузке поступает полная мощность. Пропорционального управления достигают подачей пилообразного напряжения, формируемого транзистором Q1, через резистор R3 на цепь измерительного моста, причем период пилообразного сигнала — это сразу 12 циклов частоты сети. От 1 до 12 этих циклов могут вставляться в нагрузку и, таким образом, мощность может модулироваться от 0—100% с шагом 8 %.

Рисунок 1.18 Терморегулятор на симисторе

Схема устройства (рис. 1.19) позволяет оператору устанавливать верхние и нижние границы температуры для регулятора, что бывает необходимо при продолжительных тепловых испытаниях свойств материала. Конструкция переключателя дает возможность для выбора способов управления: от ручного до полностью автоматизированных циклов. С помощью контактов реле К3 управляют двигателем. Когда реле включено, двигатель вращается в прямом направлении с целью повышения температуры. Для понижения температуры направление вращения двигателя меняется на противоположное. Условие переключения реле К3 зависит от того, какое из ограничительных реле было включено последним, К\ или К2. Схема управления проверяет выход программатора температуры. Этот входной сигнал постоянного тока будет уменьшен резисторами и R2 максимально на 5 В и усилен повторителем напряжения А3. Сигнал сравнивается в компараторах напряжения Aj и А2 с непрерывно изменяющимся эталонным напряжением от 0 до 5 В. Пороги компараторов предварительно устанавливаются 10-оборотными потенциометрами R3 и R4. Транзистор Qi закрыт, если сигнал на входе ниже опорного сигнала. Если входной сигнал превосходит опорный сигнал, то транзистор Qi отрывается и возбуждает катушку реле К, верхнего предельного значения.

Рисунок 1.19

Пара преобразователей температуры LX5700 от фирмы National (рис. 1.20) выдает выходное напряжение, которое пропорционально разнице температуры между обоими преобразователями и используется для измерения градиента температуры в таких процессах, как, например, распознавание отказа вентилятора охлаждения, распознавание движения охлаждающего масла, а также для наблюдения за другими явлениями в охлаждающих системах. С измерительным преобразователем, находящимся в горячей среде (вне охлаждающей жидкости или в покоящемся воздухе более 2 мин), 50-омный потенциометр должен устанавливаться таким образом, чтобы выход выключался. Тогда как с преобразователем в прохладной среде (в жидкости или в подвижном воздухе продолжительностью 30 сек) должно находиться положение, при котором выход включается. Эти установки перекрываются между собой, но окончательная установка между тем дает в итоге достаточно стабильный режим.

Рисунок 1.20 Схема детектора температур

В схеме (рис. 1.21) используется высокоскоростной изолированный усилитель AD261K для высокоточного регулирования температуры лабораторной печи. Многодиапазонный мост содержит датчики с сопротивлением от 10 Ом до 1 мОм с делителями Кельвина—Варлея (Kelvin-Varley), которые используются для предварительного выбора точки управления. Выбор точки правления осуществляется с помощью переключателя на 4 положения. Для питания моста допускается применение неинвертирующего стабилизируемого усилителя AD741J, не допускающего синфазной погрешности напряжения. Пассивный фильтр на 60 Гц подавляет помехи на входе усилителя AD261K, который питает транзистор 2N2222A. Далее питание поступает на пару Дарлингтона и подводится 30 В к нагревательному элементу.

Измерительный мост (рис. 1.22) образуется позистором (резистором с положительным температурным коэффициентом) и резисторами Rx R4, R5, Re. Сигнал, снимаемый с моста, усиливается микросхемой СА3046, которая в одном корпусе содержит 2 спаренных транзистора и один отдельный выходной транзистор. Положительная обратная связь через резистор R7 предотвращает пульсации, если достигнута точка переключения. Резистором R5 устанавливается точная температура переключения. Если температура опускается ниже установленного значения, то реле RLA включается. Для противоположной функции должны меняться местами только позистор и Rj. Значение резистора Rj выбирается так, чтобы приблизительно достичь желаемой точки регулировки.

Рисунок 1.22 Регулятор температуры с позистором

Схема регулятора (рис. 1.23) добавляет множество стадий опережающего сигнала к нормально усиленному выходу температурного датчика LX5700 от фирмы National, чтобы, по меньшей мере, частично компенсировать измерительные задержки. Коэффициент усиления по постоянному напряжению операционного усилителя LM216 будет установлен на значение, равное 10, с помощью резисторов с сопротивлением 10 и 100 мОм, что дает в итоге 1 В/°С на выходе операционного усилителя. Выход операционного усилителя активирует оптрон, который управляет обычным терморегулятором.

Рисунок 1.23 Терморегулятор с оптроном

Схема (рис. 1.24) используется для регулирования температуры в установке промышленного отопления, работающей на газе и обладающей высокой тепловой мощностью. Когда операционный усилитель-компаратор AD3H переключается при требуемой температуре, то запускается одновйбратор 555, выходной сигнал которого открывает транзисторный ключ, а следовательно, включает газовый вентиль и зажигает горелку отопительной системы. По истечении одиночного импульса горелка выключается, несмотря на состояние выхода операционного усилителя. Постоянная времени таймера 555 компенсирует задержки в системе, при которой нагрев выключается, прежде чем датчик AD590 достигает точки переключения. Позистор, включенный во времязадающую цепь одновибратора’555, компенсирует изменения постоянной времени таймера из-за изменений температуры окружающей среды. При включении питания во время процесса запуска системы сигнал, формируемый операционным усилителем AD741, минует таймер и включает нагрев отопительной системы, при этом схема имеет одно устойчивое состояние.

Рисунок 1.24 Коррекция перегрузки

Все компоненты терморегулятора находятся на корпусе кварцевого резонатора (рис. 1.25), таким образом, максимальная рассеиваемая мощность резисторов 2 Вт служит для того, чтобы поддерживать температуру в кварце. Позистор имеет при комнатной температуре сопротивление около 1 кОм. Типы транзистора некритичны, но должны иметь низкие токи утечки. Ток позистора примерно от 1 мА должен быть гораздо больше, чем ток базы 0,1 мА транзистора Q1. Если в качестве Q2 выбрать кремниевый транзистор, то нужно повысить 150-омное сопротивление до 680 Ом.

Рисунок 1.25

В мостовой схеме регулятора (рис. 1.26) используется платиновый датчик. Сигнал с моста снимается операционным усилителем AD301, который включен как дифференциальный усилитель-компаратор. В холодном состоянии сопротивление датчика менее 500 Ом, при этом выход операционного усилителя приходит в насыщение и дает положительный сигнал на выходе, который открывает мощный транзистор и нагревательный элемент начинает греться. По мере нагревания элемента растет и сопротивление датчика, которое возвращает мост в состояние уравновешивания, и нагрев выключается. Точность достигает 0,01 °С.

Рисунок 1.26 Регулятор температуры на компараторе
Адрес администрации сайта

Сообщества › Кулибин Club › Блог › Электрика: Датчики температуры, делаем сами.

Иногда возникает нужда в температурном контроле за каким нибудь процессом, будь то автомобиль или народное хозяйство. Схем термоконтроля всяких много, но датчики как правило имеют неудобный конструктив, не предусматривающий крепления в контролируемой среде. Вот о датчиках и поговорим.

Как правило, датчиками для измерительных схем служат полупроводниковые приборы — термисторы:

Корпус может быть другим, но внутри все равно будет сидеть примерно такая капелька с выводами.

Вторым распространенным датчиком температуры является DS1820:

зачастую они продаются в таком виде:

Внутри все та же микросхемка DS18B20 о трех выводах причем даже без термопасты.

Теперь давайте попробуем внедрить эти радиодетали в автомобиль, например для цифровой индикации температуры ОЖ или управления электровентиляторами.

Нам понадобится донорский датчик — любой подходящий по резьбе и стоимости. В моем случае это Волго-УАЗовский датчик ТМ 106-10

:

Берем дрель в качестве токарного станка и аккуратно зажимаем датчик в патрон. Ножовкой по металлу спиливаем завальцовку. Когда датчик развалится на составные части так же в дрели ровняем край датчика надфилем. Получаем корпус-заготовку для внедрения туда нашей радиодетали.

Далее можно пойти двумя путями:1. Залить в корпус расплавленного припоя, в этом припое просверлить канал и вставить туда термистор. Можно заполнить полость корпуса термопастой и воткнуть термистор в неё, но у олова теплопроводность на несколько порядков лучше чем у термопасты, поэтому термопасту конечно же надо применять, но мазать ее лучше тонким слоем.

Минус этого метода в большой инерционности полученного датчика.

2. Сделать так, как делаю это я Берем телескопическую антенну от какого нибудь старого ненужного девайса:

Если вы их раньше выкидывали, то делали это зря, потому что такие антеннки являются источником замечательных тонкостенных латунных трубочек разного диаметра:

Подбираем трубочку наиболее подходящую к термистору — он должен максимально плотно вставляться внутрь трубки. Отмеряем и опять воспользовавшись дрелью, отрезаем нужный нам кусочек трубки — резать лучше надфилем. Берем наш корпус-заготовку и сверлим его торец по диаметру трубки. Торец корпуса лудим оловом, трубку зачищаем до латуни и тоже облуживаем. Вставляем трубку в корпус и припаеваем их друг к другу, паяльника на 80Вт хватает за глаза. Должно получиться как то так (торец уже запаян небольшим кусочком медной фольги толщиной 1мм):

Проверяем полученный корпус датчика на герметичность. Я делаю это не очень технологично — на присос языком

Если с герметичностью все в порядке приступаем к следующей стадии: установке термистора и разъема.

Опять все примеряем и отрезаем выводы термистора с тем расчетом, чтобы при установке в корпус термистор находился в конце трубки, а лучше упирался в торец:

Теперь термистор готов к установке. Закладываем немного термопасты вовнутрь трубки, сам термистор тоже немного обмазываем термопастой и вставляем в трубку. После того как термистор вошел в трубку под разъем закладываем немного приготовленного заранее поксипола или эпоксидного пластилина. Вдавливаем разъем в поксипол, излишки убираем. Когда поксипол окончательно застынет получается вот такой симпатичный датчик готовый к установке:

А вот так датчик будет стоять на своем рабочем месте — измерительная часть будет полностью омываться рабочей средой:

Ну и картинка общей проверки работоспособности электрической части:

Самодельный терморегулятор: пошаговая инструкция

Если вы приобрели все необходимые составляющие для сборки, осталось рассмотреть подробную инструкцию. Рассматривать будем на примере датчика температуры рассчитанного на 12В.

Самодельный регулятор температуры собирается по следующему принципу:

1. Подготавливаем корпус. Можно использовать старые оболочки от счетчика, например от установки «Гранит-1».
2. Схему подбираете ту, которая вам больше понравится, но можно и сориентироваться и на плату от счетчика. Прямой ход с пометкой «+» необходим для подключения потенциометра, Инверсионный вход с о будет служить для подключения термодатчика. Если так случилось, что напряжение на прямом входе будет выше требуемого, на выходе установится высокая отметка и транзистор начнет подавать питание на реле, а оно в свою очередь на нагревательный элемент. Как только напряжение на выходе превысит допустимую отметку – реле отключится.
3. Для того чтобы терморегулятор срабатывал вовремя и перепады температур были обеспечены, потребуется сделать с помощью резистора связь отрицательного типа, которая образуется между прямым входом и выходом на компараторе.
4. Что касается трансформатора и его питания, то здесь может понадобиться индукционная катушка от старого электрического счетчика. Для того чтобы напряжение соответствовало показателю в 12 вольт, вам нужно будет сделать 540 витков. Уместить их получится только в том случае, если диаметр провода будет не более 0,4 мм.

Вот и все. В этих небольших действиях и заключается вся работа по созданию терморегулятора своими руками. Возможно, самому без определенных навыков сделать его сразу и не получится, однако с опорой на фото и видео инструкции вы сможете испытать все свои умения.

Благодаря простой конструкции, самостоятельно созданный термоконтроллер может быть использован где угодно.

Например:

• Для теплого пола;
• Для погреба;
• Котла отопления;
• Может заняться регулировкой температуры воздуха;
• Для духовки;
• Для аквариума, где будет контролировать температурный показатель воды;
• Для того чтобы контролировать температурное значение насоса электрокотла (его включения и отключение);
• И даже для автомобиля.

Не обязательно использовать цифровой, электронный или механический покупной термовыключатель. Купив недорогое термореле, сделать регулировку мощности на симисторе и термопаре и ваш самодельный аппарат будет работать не хуже покупного.

Самодельный регулятор температуры

Схем для того, чтобы сделать терморегулятор самому, в действительности очень много. Всё зависит от сферы, в которой будет применяться такое изделие. Конечно, создать нечто слишком сложное и многофункциональное крайне трудно. А вот термостат, который сможет использоваться для обогревания аквариума или сушки овощей на зиму, вполне можно создать, имея минимум знаний.

Это полезно: распределительный коллектор в системе отопления.

Простейшая схема

Самая простая схема термореле своими руками имеет безтрансформаторный блок питания, который состоит из диодного моста с параллельно подключённым стабилитроном, стабилизирующим напряжение в пределах 14 вольт, и гасящего конденсатора. Сюда же можно при желании добавить и стабилизатор на 12 вольт.

Создание терморегулятора не требует особых усилий и денежных вложений

В основе всей схемы будет использован стабилитрон TL431, который управляется делителем, состоящим из резистора на 47 кОм, сопротивления на 10 кОм и терморезистора, выполняющего роль датчика температуры, на 10 кОм. Его сопротивление понижается с повышением температуры. Резистор и сопротивление лучше подбирать, чтобы добиться наилучшей точности срабатывания.

Сам же процесс выглядит следующим образом: когда на контакте управления микросхемой образуется напряжение больше 2,5 вольт, то она произведёт открытие, что включит реле, подавая нагрузку на исполнительный механизм.

Как изготовить терморегулятор для инкубатора своими руками, вы можете увидеть на представленном видео:

И напротив, когда напряжение станет ниже, то микросхема закроется и реле отключится.

Чтобы избежать дребезжания контактов реле, необходимо его выбирать с минимальным током удержания. И параллельно вводам нужно припаять конденсатор 470×25 В.

При использовании терморезистора NTC и микросхемы, уже бывавших в деле, предварительно стоит проверить их работоспособность и точность.

Таким образом, получается простейший прибор, регулирующий температуру. Но при правильно подобранных составляющих он превосходно работает в широком спектре применения.

Прибор для помещения

Такие терморегуляторы с датчиком температуры воздуха своими руками оптимально подходят для поддержания заданных параметров микроклимата в помещениях и ёмкостях. Он полностью способен автоматизировать процесс и управлять любым излучателем тепла начиная с горячей воды и заканчивая тэнами. При этом термовыключатель имеет отличные эксплуатационные данные. А датчик может быть как встроенным, так и выносным.

Здесь в качестве термодатчика выступает терморезистор, обозначенный на схеме R1. В делитель напряжения входят R1, R2, R3 и R6, сигнал с которого поступает на четвёртый контакт микросхемы операционного усилителя. На пятый контакт DA1 подаётся сигнал с делителя R3, R4, R7 и R8.

Сопротивления резисторов необходимо подбирать таким образом, чтобы при минимально низкой температуре замеряемой среды, когда сопротивление терморезистора максимальное, компаратор положительно насыщался.

Напряжение на выходе компаратора составляет 11,5 вольт. В это время транзистор VT1 находится в открытом положении, а реле K1 включает исполнительный или промежуточный механизм, в результате чего начинается нагрев. Температура окружающей среды в результате этого повышается, что понижает сопротивление датчика. На входе 4 микросхемы начинает повышаться напряжение и в результате превосходит напряжение на контакте 5. Вследствие этого компаратор входит в фазу отрицательного насыщения. На десятом выходе микросхемы напряжение становится приблизительно 0,7 Вольт, что является логическим нулём. В результате транзистор VT1 закрывается, а реле отключается и выключает исполнительный механизм.

На микросхеме LM 311

Такой термоконтроллер своими руками предназначен для работы с тэнами и способен поддерживать заданные параметры температуры в пределах 20-100 градусов. Это наиболее безопасный и надёжный вариант, так как в его работе применяется гальваническая развязка термодатчика и регулирующих цепей, а это полностью исключает возможность поражения электротоком.

Как и большинство подобных схем, в её основу берется мост постоянного тока, в одно плечо которого подключают компаратор, а в другое – термодатчик. Компаратор следит за рассогласованием цепи и реагирует на состояние моста, когда тот переходит точку баланса. Одновременно он же старается уравновесить мост с помощью терморезистора, изменяя его температуру. А термостабилизация может возникнуть лишь при определённом значении.

Резистором R6 задают точку, при которой должен образоваться баланс. И в зависимости от температуры среды терморезистор R8 может в этот баланс входить, что и позволяет регулировать температуру.

На видео вы можете увидеть разбор простой схемы терморегулятора:

Если заданная R6 температура ниже необходимой, то на R8 сопротивление слишком большое, что понижает ток на компараторе. Это вызовет протекание тока и открывание семистора VS1, который включит нагревательный элемент. Об этом будет сигнализировать светодиод.

По мере того как температура будет повышаться, сопротивление R8 станет снижаться. Мост будет стремиться к точке баланса. На компараторе потенциал инверсного входа плавно снижается, а на прямом – повышается. В какой-то момент ситуация меняется, и процесс происходит в обратную сторону. Таким образом, термоконтроллер своими руками будет включать или выключать исполнительный механизм в зависимости от сопротивления R8.

Если в наличии нет LM311, то её можно заменить отечественной микросхемой КР554СА301. Получается простой терморегулятор своими руками с минимальными затратами, высокой точностью и надёжностью работы.

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

.

Обсудить статью СХЕМА ТЕРМОРЕГУЛЯТОРА

Автономный обогрев частного дома позволяет выбирать индивидуальные температурные режимы, что очень комфортно и экономно для жильцов. Чтобы каждый раз не при смене погоды на улице не задавать другой режим в помещении, можно использовать терморегулятор или термореле для отопления, который можно установить и на радиаторы и на котёл.

Терморегулятор – что это

Прежде чем понять, что такое терморегулятор, нелишним будет узнать, из чего собственно состоит водонагревательный бак.

Элементы аппарата для нагрева воды:

• Корпус бака, независимо от объема, может быть металлическим, пластиковым. Один из вариантов – совокупное сочетание обоих материалов
• Внутренний бак представляет собой емкость, изготовленную из нержавеющей стали. Изнутри она покрыта слоем эмали, стеклофарфора
• Магниевый анод для водонагревателя служит надежной защитой внутренней поверхности бака от коррозии
• ТЭН, или нагревательный элемент, отвечающий за подогрев воды
• Для сброса избыточного давления внутри бака предназначен предохранительный клапан.

Разновидности термостатов:

• Биметаллический или стержневой термостат представляет собой стержень из металла. Он вставляется в трубку ТЭНа, длина которой около 25-45 см, расположенную на корпусе бойлера.
  Чаще всего можно встретить биметаллический терморегулятор для водонагревателя Термекс.
• Капиллярный терморегулятор представляет из себя полиэстеровую трубку, заполненную водой, внутри которой есть встроенное переключающее устройство (регулятор), датчик температуры, капиллярная трубка.
  Принцип работы механизма в следующем. При нагревании в датчике и капиллярной трубке происходит процесс объемного расширения жидкости. Она начинает действовать на мембрану терморегулятора, переключая электрический контакт
• Терморегулятор для бойлера электронного типа бывает 2 видов. Их обычно устанавливают в паре, 1 из них – регулировочный, 2 – термостат безопасности, который отключает аппарат в случае аварии.

Как подобрать терморегулятор:

• За основу берутся геометрические размеры ТЭНа
• Определяется объем бака, мощность, технические характеристики
• Совет опытного мастера консультационного характера тоже не помешает. Он может подсказать альтернативный вариант сломавшейся детали.

Распространенные причины поломки:

• Часто выходит из строя капиллярная медная трубка, весьма чувствительная к механическим повреждениям. Она не подлежит ремонту, требует обязательной замены
• Электрические разъемы ТЭНа и термостата имеют плохое сцепление
• Постоянные перепады напряжения в сети электроснабжения могут стать причиной поломки. Чтобы избежать проблем при покупке бойлера дополнительно устанавливают стабилизатор напряжения
• При возникновении большого количества накипи термостат может постоянно включаться и выключаться
• Анод для водонагревателя – важный элемент водонагревателя, однако его периодически необходимо менять на новый. При снижении его механической прочности вследствие коррозии из строя выходят и все остальные составляющие.

Принцип работы терморегулятора:

• С помощью рычага, кнопки, переключателя выставляется оптимальный уровень температуры
• Термостат автоматически измеряет температуру воды, при необходимости включает ТЭН. Вода начинает нагреваться
• Когда необходимый уровень подогрева достигнут, термостат для бойлера автоматически разрывает цепь, ТЭН выключается
• С течением времени вода остывает, реле терморегулятора снова срабатывает, цепь замыкается, вода снова начинает нагреваться

Разновидности терморегуляторов:

1. В некоторых дорогих моделях бойлеров с более сложным устройством устанавливают целых 3 электронных термостата, контролирующих нагревательный элемент.
2. Термостат для водонагревателя Аристон бывает 2 видов, электронный и электромеханический. Первый работает при помощи высокоточного датчика, принцип работы второго основывается на свойстве биметаллов.
3. По способу установки терморегуляторы бывают накладные и врезные. По спектру возможностей они бывают простыми, двухзонными, программируемыми.
4. Модели итальянских термостатов отличаются первоклассным качеством, высокой точностью измерений, малой инерционностью, надежностью.
5. Шведские компании производят приборы преимущественно электронного типа. Один из примеров – терморегулятор для водонагревателей Электролюкс, оснащенный сенсорным экраном, программируемым устройством. Он позволяет устанавливать необходимый режим температур, на сутки, всю неделю.

Метки: датчик температуры, изготовление датчика

Комментарии 153

Я точно такой же на двухконтурный котёл поставил.Тертий сезон уже пашет.Блок питания от усилителя антенны. А у вас контролёр с датчиком шла?

нет, датчик насколько я помню, покупал отдельно в Чип и Дипе

Но вообще потом все задуманное собрал на DS18B20

А такой вариант: термопара закрепленная на патрубке и простенький мультиметр в режиме измерения температуры

Подскажите, а плата для индикации- это что за она? Самодельная?

нет, не самодельная — друг на алиэкспрессе купил «пучёк за пяточёк» и одну мне подарил:

Сами такую приблуду не думали замутить?

Думал. На датчике ДС1820. Но так вышло что зашел в гости к другу, за рюмочкой чая разговорились, я ему рассказал что хочу сделать, а он достал с полки это устройство, да мне и отдал. Теперь надобность в самостоятельном изготовлении как бы и отпала.А так я вот по этой схеме уже делал раньше и у меня под нее все есть:

Даллас лучше работает по сравнению с термисторами, и в цифре.Правда диапазон маловат.

почему маловат? для применения в авто более чем достаточен.

У далласа в принципе диапазон измерений лучьше.Но верхняя планка критична.Термистор на сколько я помню не надежен.Хотя если потенциал сидит 12 вольт, то работает.А Далласу надо стабильное питание.

Можно подробнее что значит критичней верхняя планка? Больше 120 градусов я нагревал феном датчик, вроде работает после этого.

Верхний диапазон температуры вроде равен 125 градусов у далласа.То бишь -50 и +125.А температура если нужна будет контролирумая выше 125 то Даллас не справится.Вообще точность у него нормальная, но задержка есть 0,5-1 сек.Есть 3 проводное подключение, есть возможность подключать по 2 проводам.Будет задержка и диапазон меньше.

Знаю про эти подключения, сейчас ради прикола попровал нагреть датчик феном, 127.9 удалось максимально на нем увидеть, дальше ноли, когда остывает то приходит в норму)

да не, это уже отработанная технология. заморочился только с тем что все отфоткал, сформулировал и выложил сюда )

Я понимаю, что отработанная, просто стоит ли это таких трудов при сравнительно невысокой стоимости датчика? Хотя конечно бывают редкие и дорогие датчики…

да не, дело не в стоимости, а в том чтобы запихнуть китайский датчик в нужный конструктив.вот надо тебе температуру воды например регулировать кипятильником — просто так же датчик в воду не засунешь его надо как то вкрутить, соответственно нужен корпус.

кстааати, а клевая идея…слушай во сколько мжет обойтись такой самый дешевый датчик? еще бы он вот цепь бы размыкал как терморегулятор и тогда цены бы не было…

Я понимаю, что отработанная, просто стоит ли это таких трудов при сравнительно невысокой стоимости датчика? Хотя конечно бывают редкие и дорогие датчики…

Ну, смотри — у меня, к примеру, Бош Моно-Джетроник, по всем таблицам ДТВВ и ДТОЖ должны (при одинаковой температуре воздуха и ОЖ) давать «мозгам» одинаковое сопротивление. При этом ДТВВ вполне адекватен, но замене не подлежит (из-за особенностей конструкции). А ДТОЖ — «глючный», при разности показаний ЭБУ начинает «подгонять», т.к. не может сообразить кому верить (ДТОЖ или ДТВВ)!Покупал 4 (ЧЕТЫРЕ) разных датчика — все разное сопротивление при одинаковой температуре дают!А при вышеописанной технологии есть возможность подобрать копеечный термистор практически под любое значение сопротивление при заданной температуре! Да, что там, можно заменить ОБА термистора (подобрав нужное сопротивление) и на ДТОЖ и на ДТВВ ! А это поможет решить сразу несколько проблем с «глюками» электронной системы питания! Тем более цена китайских термисторов, расходников и проч. не идёт ни в какое сравнение с «фирменными» датчиками (которые невозможно иногда заменить, или они стоят как крыло от самолёта) !Я понятно объясняю? )))

Стоимость термостата, как выбрать

Периодически любое устройство нуждается в замене, термостаты не исключение. При этом важно купить такую модель, которая отвечала бы всем требованиям функциональности, безопасной эксплуатации.

На что обращают внимание при покупке:

• Желательно устанавливают термостат, аналогичный тому, который вышел из строя
• Если альтернативы нет, то выбирают модель, которая имеет тот же тип, способ крепления, установочные размеры
• Альтернативный аппарат должен выполнять те же функции, будь то регулирование, защита, автоматический режим отключения, тому подобное
• Обязательно обращать внимание, на какой ток рассчитан аналог предыдущего прибора

Стоимость терморегуляторов во многом зависит от модели бойлера. Если это образец эконом-класса, то процедура замены будет стоить недорого. Сэкономить удастся на стоимости деталей, ремонтных работах. Для более дорогих моделей водонагревателей примерный разброс цен выглядит так:

• Для владельцев бренда Электролюкс запчасть обойдется в 560 – 3 000 руб
• Стоимость детали для Термекс стоит от 360 руб. до 1 400 руб
• На Аристон средняя стоимость варьируется от 550 руб. до 9 500 руб

Описание работы терморегулятора аквариума

Принципиальная электрическая схема регулятора изображена на рисунке 5.1.1.Схема реализована на интегральном компараторе DA1 марки 554СА3. Роль силового радиоэлемента играет тиристор VS1 марки КУ202М. Микросхема DA1 запитана от стабилизатора на радиоэлементах VD1, R11.

На прямой ввод компаратора подходит опорное напряжение с делителя R1, R2. Благодаря потенциометру R2 возможно менять размер опорного напряжения, а следовательно и температуру, при которой переключается компаратор.

На противоположный ввод компаратора (вывод 4 DA1) идет замеряемое напряжение, размер которого задается сопротивлением терморезистора R4 (датчика температуры воды в аквариуме). В случае если напряжение на выводе 4 DA1 больше напряжения на ее выводе 3, на выходе микросхемы возникает лог. 0. По электроцепи +12 В — R8 — вывод 9, 2 IC1 — R9 протекает ток, который отпирает тиристор VS1 и вкл светодиод HL1.

Когда тиристор VS1 отпирается, электроцепь питания нагревателя воды в аквариуме замыкается и он подогревает воду. Если температура воды увеличивается, сопротивление терморезистора R4 становится меньше. Когда напряжение на вывод 4 DA1 оказывается ниже напряжения вывод 3, компаратор меняет свое состояние на выходе и тиристор отключается. В итоге нагреватель выключается от сети.

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.

Как грамотно установить

Чтобы продлить срок службы терморегулятора, пользуются следующими рекомендациями:

• не устанавливают электронику без дополнительной защиты на открытом воздухе, в помещениях с повышенным уровнем влажности;
• при необходимости в неблагоприятную среду выносят контрольный датчик;
• исключают расположение регулятора напротив тепловых пушек, других «генераторов» холода или тепла;
• для повышения точности выбирают место без активных конвекционных потоков.

Описание работы схемы

Датчиком температуры является терморезистор R1 номиналом 150к типа ММТ-1. Датчик R1 вместе с резисторами R2,R3,R4 и R5 образуют измерительный мост. Конденсаторы С1-С3 установлены для подавления помех. Переменный резистор R3 осуществляет балансировку моста, то есть задает температуру.

Схема самодельной части терморегулятора

Если температура термодатчика R1 снизится ниже заданной, то его сопротивление повысится. Напряжение на входе 2 микросхемы LM311 станет больше чем на входе 3. Компаратор сработает и на его выходе 4 установится высокий уровень, поданное напряжение на электронную схему таймера через светодиод HL1 приведет к срабатываю реле и включению устройства обогрева. Одновременно загорится светодиод HL1, показывая включение нагрева. Сопротивление R6 создает отрицательную обратную связь между выходом 7 и входом 2 . Это позволяет установить гистерезис, то есть нагрев включается при температуре меньшей, чем выключается.Питание на плату подается от электронной схемы таймера. Резистор R1 помещаемый снанужи требует тщательной изоляции, так как питание терморегулятора безтрансформаторное и не имеет гальванической развязки от сети, то есть опасное сетевое напряжение присутствует на элементах устройства. Порядок изготовления терморегулятора и как осуществлена изоляция терморезистора показано ниже.

Микросхема терморегулятора

Современный уровень интеграции электронных устройств позволяет оформить это устройство в одной микросхеме, такие микросхемы можно часто встретить в самых разных бытовых и промышленных приборах.

Однако при выходе такой микросхемы из строя, зачастую, заменить её просто не на что. Потому, для того чтобы отремонтировать терморегулятор, зачастую, вместо такой микросхемы применяется самодельный терморегулятор, собранный на отдельных элементах.

Конечно, такое устройство намного больше чем микросхема, однако, если позволяют габариты устройства, то применение такого устройства может быть вполне оправдано.

Общее понятие о температурных регуляторах

Приборы, фиксирующие и одновременно регулирующие заданное температурное значение, в большей степени встречаются на производстве. Но и в быту они также нашли своё место. Для поддержания необходимого микроклимата в доме часто используются терморегуляторы для воды. Своими руками делают такие аппараты для сушки овощей или отопления инкубатора. Где угодно может найти своё место подобная система.

В данном видео узнаем что из себя представляет регулятор температуры:

https://youtube.com/watch?v=bXNiBuC6LSM

В действительности большинство терморегуляторов являются лишь частью общей схемы, которая состоит из таких составляющих:

1. Датчик температуры, выполняющий замер и фиксацию, а также передачу к регулятору полученной информации. Происходит это за счёт преобразования тепловой энергии в электрические сигналы, распознаваемые прибором. В роли датчика может выступать термометр сопротивления или термопара, которые в своей конструкции имеют металл, реагирующий на изменение температуры и под её воздействием меняющий своё сопротивление.
2. Аналитический блок – это и есть сам регулятор. Он принимает электронные сигналы и реагирует в зависимости от своих функций, после чего передаёт сигнал на исполнительное устройство.
3. Исполнительный механизм – некое механическое или электронное устройство, которое при получении сигнала с блока ведёт себя определённым образом. К примеру, при достижении заданной температуры клапан перекроет подачу теплоносителя. И напротив, как только показания станут ниже заданных, аналитический блок даст команду на открытие клапана.

Достоинства и недостатки

Даже простой терморегулятор своими руками имеет массу достоинств и положительных моментов. Говорить же о заводских многофункциональных устройствах и вовсе не приходится.

Регуляторы температуры позволяют:

1. Поддерживать комфортную температуру.
2. Экономить энергоресурсы.
3. Не привлекать к процессу человека.
4. Соблюдать технологический процесс, повышая качество.

Из недостатков можно назвать высокую стоимость заводских моделей. Конечно, самодельных приборов это не касается. А вот производственные, которые требуются при работе с жидкими, газообразными, щелочными и другими подобными средами, имеют высокую стоимость. Особенно если прибор должен иметь множество функций и возможностей.

Как работает цифровой терморегулятор?

Точность регулирования температуры лучше всего обеспечивается благодаря применению цифровых терморегуляторов. От простых конструкций они отличаются методом обработки сигнала. Напряжение снимается с датчика, проходит аналогово-цифровой преобразователь и попадает в сравнительный бок. Полученное в цифровом виде первоначальное значение температуры далее сравнивается с полученным из датчика, после чего управляющий прибор получает соответствующую команду.

Благодаря такому методу точность измерения повышается и почти не зависит от температуры окружающей среды или помех. Чувствительность и стабильность чаще всего ограничиваются разрядностью системы и возможностями датчика. Цифровой сигнал без труда позволяет выводить температуру на специальное табло.

Обзор моделей терморегуляторов цифрового типа

Терморегулятор Ringder THC-220 – недорогая модель, которая отлично подойдет для небольшого домашнего инкубатора, собранного своими руками. Благодаря внешнему блоку розеток и регулировке температуры от 16 до 42 градусов его можно применять и в межсезонье, а не только летом.
Технические характеристики прибора:

• влажность и температура в области датчика высвечиваются на специальном дисплее;
• индицируемая температура варьируется от -40 и до 100 градусов, а влажность – до 99 процентов;
• тот или иной режим отображается в виде определенного символа;
• шаг температурной установки составляет 0,7 градуса;
• таймер имеет формат на 24 часа и делится на ночной и дневной;
• один канал имеет нагрузочную способность 1200 Вт;
• температура в большом помещении может отклоняться в пределах одного градуса.

Другая заводская модель цифрового контроллера – ХМ–18. В России его можно купить с английским или китайским интерфейсом. Он более сложный и стоит дороже предыдущего прибора.

Разобраться с ним несложно. В зависимости от требуемой температуры внутри инкубатора, специальными клавишами можно контролировать заводскую программу. На лицевой панели есть экраны, где отображается температура, влажность и дополнительные параметры. Активные режимы индицируются посредством светодиодов, при опасных отклонениях срабатывает световая и звуковая сигнализация.

Характеристики ХМ–18:

• температурный рабочий диапазон – от 0 до 40,5 градусов, вероятность отклонения – 0,1 градуса;
• допустимая нагрузка по каналу нагревателя составляет 1760 Вт;
• допустимая нагрузка по каналам влажности, сигнализации и моторов – 220 Вт;
• между переворачиваем яиц предусмотрен интервал до 999 минут;
• вентилятор охлаждения работает 999 секунд между допустимыми периодами между переворачиваниями;
• в помещении допускается температура от -10 до 60 градусов, а относительная влажность – до 85 процентов.

При выборе заводского терморегулятора с температурным датчиком для инкубатора очень важно учитывать его возможности. Если он небольшой и сделан своими руками, то вам хватит прибора, контролирующего лишь влажность и температуру, а дополнительные возможности нужны для более сложных моделей для промышленных нужд

Виды бытовых водонагревателей

Особенности подключения бытовых нагревателей напрямую связаны с видами устройств, их техническими параметрами, габаритными размерами.

Традиционно в бытовой практике применяются два вида нагревателей:

Оба вида бойлерных систем отличается один от другого технологией нагрева.

Накопительными нагревателями холодная вода собирается в ёмкость, нагревается и затем выводится на водоразбор.

Проточными агрегатами подогрев осуществляется непосредственно в процессе протока холодной воды в контакте с нагревателем, без сбора жидкости в накопительной ёмкости.

Потребителями бытовой сферы в основном применяются накопительные бойлерные системы. Сравнительный обзор обеих видов водонагревателей приведен в этой статье.

Техническое устройство бойлера-накопителя

Водонагревающая система накопительного типа, бойлеры, в упрощённом схемном виде представляет собой ёмкость, оснащённую электрическими ТЭН или жидкостными теплообменниками. Накопительный сосуд имеет трубные линии для подвода ХВС и выхода ГВС.

Конструкции бойлеров косвенного нагрева оснащаются дополнительно рабочей зоной теплоносителя и линиями подключения к отоплению.

Любая современная система, независимо от конструктивных особенностей, оснащается автоматикой, благодаря которой осуществляется регулировка температуры прогрева воды и работа системы в целом.

Конструкционное исполнение аппаратов нагрева

Существуют конструкции бойлеров-накопителей предназначенные под монтаж вертикально (настенные) и горизонтально (напольные). Конечно же, в каждом отдельном случае применения тех или иных бойлеров имеются свои монтажные особенности.

Так, если предполагается настенный монтаж устройства нагрева воды, необходим предварительный расчёт нагрузки и сопоставление полученных результатов с конструктивными параметрами стены помещения, на которую должен монтироваться прибор.

Установка оборудования без нагрузочных расчётов грозит обернуться роковой ошибкой монтажа, когда заполненный бойлер попросту может рухнуть вместе с хлипкой перегородкой, на которой он был смонтирован.

Согласно инструкциям на оборудование, рассчитывать нагрузку необходимо с учётом четырехкратного веса бойлерной системы.

Поэтому, если структура опорной стены откровенно слаба, схему водонагревателя необходимо дополнить не только линиями подключения к водопроводу и теплоносителю, но также усиленными стойками – сквозными крепежами.

На классических схемах подключения бойлеров настенного монтажа патрубки подвода/отвода воды нагревательных аппаратов маркируются соответствующим цветом – синим/красным.

Немного теории

Любой терморегулятор конструктивно включает в себя три основных блока:

Теоретически температурный датчик можно представить набором из четырех сопротивлений, среди которых три резистора будут представлены элементами с постоянными электрическими параметрами, а четвертый переменным. Они собираются в схему измерительного полуплеча, приведенную на рисунке 1 ниже:

На схеме показан принцип соединения резисторов для получения температурного датчика. Как видите, сопротивление R2 является переменным и меняет физическую величину в соответствии с изменениями температуры окружающей среды. При подаче одного и того напряжения питания в терморегуляторе, при изменении сопротивления в плече будет возрастать ток в цепи.

На основании изменений происходит анализ температурных колебаний в результате которого рабочий орган вызывает срабатывание терморегулятора и последующее отключение или включение оборудования.

Для измерения сопротивления резисторов в качестве логического элемента устанавливается микросхема, работающая в режиме компаратора. Ее задача сравнить электрические сигналы в двух плечах. Пример схемы регулятора температуры приведен на рисунке:

Здесь блок микросхемы U1A принимает сигналы от измерителя температуры на входы 2 и 3. При достижении температуры срабатывания, в плечах начнет протекать разный ток, и компаратор выдаст на управляющий элемент электронного терморегулятора сигнал о включении.

При остывании датчика термометра ток в плечах терморегулятора уравняется, и электронный блок выдаст управляющий сигнал на отключение. Приведенная электронная схема работает в двух устойчивых состояниях – отключенном и включенном, чередование рабочих режимов происходит в соответствии с заданной логикой.

Эта схема терморегулятора используется в работе куллера персонального компьютера, получая электроснабжение от блока питания, происходит сравнение тока в плечах. Когда блок питания перегреется, терморегулятор переведет транзистор в противоположное состояние и вентилятор запустится.

Такой принцип может применяться не только в вентиляторах, но и в ряде других устройств:

• для контроля работы электрического отопления по температурным показаниям в помещении;
• для установки уровня температуры в самодельном инкубаторе;
• при подключении теплого пола для контроля его работы;
• для установки температурного диапазона работы двигателя, с принудительным охлаждением или отключением системы при достижении граничного значения температуры;
• для паяльных станций или ручных паяльников;
• в системах охлаждения и холодильном оборудовании с логикой снижения температуры в определенных пределах;
• в духовках, печах как бытового, так и промышленного назначения.

Сфера применения терморегулятора ничем не ограничена, везде, где вы хотите получить контроль уровня температуры в автоматическом режиме с управлением питания, такое устройство станет отличным помощником.

Обзор схем

В зависимости от типа элементов, входящих в состав терморегулятора, различают механические и цифровые терморегуляторы. Работа первых основана на срабатывании реле, вторые имеют электронный блок, управляющий процессами. Примеры работы нескольких схем рассмотрим далее.

Рис. 3. Схема терморегулятора №1

На приведенной схеме измерение происходит за счет резисторов R1 и R2, при температурных колебаниях переменный резистор R2 изменит величину падения напряжения. После чего через усилитель терморегулятора, представленный парой транзисторов, начнется протекание электротока через катушку реле K1.

Когда величина тока в соленоиде создаст магнитный поток достаточной силы, сердечник притянется и переключит контакты в другое положение. Недостатком такого терморегулятора является наличие магнитопроводящих частей, которые из-за гистерезиса вносят дополнительную поправку на температуру помимо измерительного органа.

Рис. 4. Схема терморегулятора №2

Данный терморегулятор, в отличии от механического термостата, не использует подключение реле, поэтому является более точным. Его применение оправдано в тех ситуациях, когда несколько градусов могут сыграть весомую роль, к примеру, при контроле температуры нагрева двигателя или в инкубаторе.

Здесь изменение температурного режима фиксируется резистором R5, благодаря которому терморегулятор изменяет электрические параметры работы. Для сравнения и усиления разницы поступающего с полуплеч электрического параметра применяется микросхема К140УД7.

Для контроля нагрузки в схеме устанавливается тиристор VS1, в данном примере терморегулятора ограничение составляет 150Вт, но при желании может подбираться и другой параметр. Но следует учитывать, что эксплуатация тиристора в качестве ключа приводит к его нагреванию, поэтому с увеличением мощности необходимо установить радиатор для лучшей теплоотдачи.

Сборка и налаживание

При сборке терморегулятора необходимо обеспечить качественное соединение всех электроконтактов, особенно в силовой части.

При использовании термодатчика LM-335 или аналогичного ему (калиброванного) в настройке прибора, как уже отмечалось, нет необходимости.

Если же в качестве температурного сенсора применен термистор или какой-либо полупроводниковый элемент, то без наладки не обойтись. Удобнее всего осуществлять ее при помощи цифрового термометра, например, марки ТМ-902С.

Сенсоры термометра и терморегулятора нужно соединить при помощи скотча или изоленты и помещать в среды с различной температурой. При этом каждый раз нужно постепенно менять сопротивление переменного резистора, пока устройство не сработает. В этот миг нужно зафиксировать показания цифрового термометра и сделать напротив текущего положения ручки переменного резистора соответствующую пометку.

Сборка

Подготовив вышеперечисленные материалы и инструмент, переходят к пайке простенькой схемы.

1. Плюсовую клемму блока питания соединяют проводом с входным контактом (+) кулера;
2. Три вывода полевого транзистора спаивают проводами так: «исток» с кулером, «затвор» с терморезистором, «сток» с переменным резистором.
3. Проводами соединяют свободные контакты терморезистора с «+» блока питания, переменного резистора с «−» того же блока.

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.

Механический терморегулятор

Для того, чтобы понять, как работает регулятор температуры, рассмотрим простое устройство, которое используется для открывания и закрывания заслонки шахтового котла и срабатывает при нагреве воздуха.

Для работы устройства были использованы 2 алюминиевые трубы, 2 рычага, пружина для возврата, цепочка, которая идет к котлу, и регулировочный узел в виде кран-буксы. Все комплектующие были смонтированы на котел.

Как известно, коэффициент линейного теплового расширения алюминия составляет 22х10-6 0С. При нагревании алюминиевой трубы длиной полтора метра, шириной 0,02 м и толщиной 0,01 м до 130 градусов Цельсия происходит удлинение на 4,29 мм. При нагреве трубы расширяются, за счет этого происходит смещение рычагов, и заслонка закрывается. При остывании трубы уменьшаются в длине, а рычаги открывают заслонку. Основной проблемой при использовании данной схемы является то, что точно определить порог срабатывания терморегулятора очень сложно. Сегодня предпочтение отдается устройствам на основе электронных элементов.

Механический терморегулятор

Регулятор температуры своими руками: питание и нагрузка

Что касается подключения LM 335 то оно должно быть последовательным. Все сопротивления необходимо подобрать так, чтобы общая величина тока, который проходит через термодатчик соответствовала показателям от 0,45 мА до 5 мА. Превышения отметки допускать нельзя, так как датчик будет перегреваться, и показывать искаженные данные.

Запитка терморегулятора может происходить несколькими способами:

• С помощью блока питания с ориентировкой на 12 В;
• С помощью любого другого устройства, питание которого не превышает вышеуказанный показатель, но при этом ток, протекающий через катушку не должен превышать 100 мА.

Еще раз напомним о том, что показатель тока в цепи датчика не должен превышать 5 мА, по этой причине придется использовать транзистор с большой мощностью. Лучше всего подойдет КТ 814. Конечно, если вы хотите избежать применения транзистора, можно использовать реле с меньшим уровнем тока. Он сможет работать от напряжения в 220 В.

Типовая схема термореле

Основой конструкции является термодатчик LM335 или его аналоги, а также компраматор LM311. Схему термореле дополняет выходное устройство, к которому подключается нагреватель с установленной мощностью. Обязательно присутствует блок питания, при необходимости могут использоваться индикаторы.

В более сложную схему включаются транзисторы, реле, стабилитрон и конденсатор С1, сглаживающий пульсации напряжения. Выравнивание тока производится с помощью параметрического стабилизатора. В этом случае устройство может питаться от любого источника, параметры которого совпадают с напряжением катушки реле в диапазоне от 12 до 24 вольт. Источник питания может стабилизироваться с помощью обычного диодного моста с конденсатором.