Содержание
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:
В действительности большинство терморегуляторов являются лишь частью общей схемы, которая состоит из таких составляющих:
- 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.
- 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.
- 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.
Это три основные части системы поддержания заданных температурных параметров. Хотя, помимо них, в схеме могут участвовать и другие части наподобие промежуточного реле. Но они исполняют лишь дополнительную функцию.
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.
Терморегулятор своими руками для погреба
Рассмотрена простая конструкция терморегулятора изготовленого своими руками для поддержания требуемой температуры внутри погреба при хранении овощей в зимнее время года. Питание схемы осуществляется от стандартного сетевого напряжения 220 вольт.
 |
Простой терморегулятор на Arduino |
Эту конструкцию проще всего собрать своими руками, в роли температурного датчика используется цифровой модуль DS18B20 с диапазоном измерения от -55 до 125 °С. Самодельное устройство имеет всего две кнопки управления «+» и «-» для настройки требуемых градусов, шаг настройки 0,5 °С. Arduino управляет работой модуля DS18B20 c гистерезисом в 0,5 °С. Если в течении трех секунд не будет регулирования градусов, дисплей покажет текущую температуру. Значение которой сохраняется в энергонезависимой памяти.
Скетч для программирования платы Arduino можно взять , схема соединения показана на рисунке ниже. Печатка не изготавливалась, т.к использовал для сборки макетную плату.
Терморегулятор на MAX6675 и контроллере Arduino
С помощью микросхемы MAX6675 можно измерить ТЭДС (термоэлектродвижущую силу) термопары типа К, результат измерения выводится в градусах Фаренгейта и Цельсия
 |
Терморегулятор своими руками |
Рассмотрим две самодельных конструкции, одна прототип (верхняя на рисунке), подсмотрена в журнале моделист конструктор и ее модернизированный вариант, чуть ниже
Терморегулятор своими руками схема
В модернизированном варианте, на сопротивлениях R1- RЗ выполнен делитель напряжения, Вольты идущие через него стабилизируется с помощью стабилитрона Д814Б. Сопротивление R3 это 10-килоомный терморезистор КМТ-12, его можно заменить на ММТ-1, ММТ-9, ММТ-12 или аналогичные. В верхнем плече делителя — два сопротивления: переменный номиналом 1,5-2,2 кОм с линейной характеристикой, его ручка настройки выносится на лицевую панель с градуировкой коррекция и подстроечный R2 сопротивлением 1,5-47 кОм, для грубой настройки.
Четкая зависимость сопротивления терморезистора от температуры позволяет применить его в качестве датчика, изменяющего уровень напряжение на входах 1 и 2 DD1.1 К561ЛА7. Ручками настройки сопротивлений R1 и R2 выставляется уровень срабатывания цифровой логики. Емкость С1 ликвидирует дребезг DD1 в момент переключения. Благодаря сопротивлениям R5 и R6 выход К561ЛА7 гальванически увязывается с транзисторным ключом на КТ972, в коллекторную цепь которого включено реле К1. Оно, через свои фронтовые контакты, запускает магнитный пускатель К2, включающий нагрузку обычный бытовой нагреватель с встроенным вентилятором мощностью от 1,5 кВт и более.
Самодельный блок питания можно использовать любой. Главное, подать на диодный мост необходимые 12 В.
Терморегулятор своими руками конструкция печатной платы
Печатная плата изготавливается из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 70x70x2 мм и вместе с магнитным пускателем размещается в корпусе подходящих размеров. Терморезистор сделан выносным.
Печатную плату проще всего сделать по радиолюбительской технологии методом ЛУТ.
Настройка, осуществляется с помощью сопротивлений R1 и R2 которыми задают температуру, требуемую для поддержания в погребе или овоще-хранилище. Первоначально, установив их ручки в среднее положение и поместив датчик в среду с необходимой температурой, при медленном вращении ручки определяют такой угол поворота R2, при котором срабатывает реле.
|
Терморегулятор на основе стабилитрона TL431 |
Принцип работы схемы предельно прост: если на управляющем электроде TL431 напряжение вые 2,5 В (задается внутренним опорным напряжением) микросборка, открыта и через нагрузку течет ток. Если же уровень опорного напряжения чуть снижается TL431 закрывается и отсоединяет нагрузку.
При этом микросхема-стабилитрон применяется в роли компаратора, но с одним входом. Такое применение микросборки позволяет максимально упростить конструкцию и уменьшить количество радиокомпонентов.
Напряжение на управляющем электроде формируется с помощью делителя на резисторах R1, R2 и R4. В качестве сопротивления R4 взят терморезистор с отрицательным ТКС, т.е с повышением температуры его сопротивление снижается. Если напряжение на первом пине стабилитрона более 2,5В он открыт, реле включено, симистор D2 включает нагрузку. С повышением температуры номинал сопротивления терморезистора снижается, напряжение падает ниже 2,5В – реле отключается вместе с нагрузкой. С помощью сопротивления R1 осуществляется настройка температуры срабатывания терморегулятора. Реле можно взять любое на 12 вольт, например РЭС-55А.
Конструкция небольшая и состоит всего из двух блоков- измерительного на базе компаратора на ОУ 554СА3 и коммутатора нагрузки до 1000 Вт построенного на регуляторе мощности КР1182ПМ1.
На третий прямой вход ОУ поступает постоянное напряжение с делителя напряжения состоящего из сопротивлений R3 и R4. На четвертый инверсный вход подается напряжение с другого делителя на сопротивлении R1 и терморезистор ММТ-4 R2.
Терморегулятор своими руками схема на КР1182ПМ1
Устройство должно быть настроена так, что при понижение температуры в погребе до трех градусов Цельсия то из-за уменьшения сопротивления терморезистора ММТ-4 произойдет разбалансировка напряжения на выходе компаратора и установится логический ноль и сработает реле, которое своими контактами коммутирует фазовый регулятор на микросхеме КР1182ПМ1.
Подстроечное сопротивление R4 используется для точной настройки требуемых значений температурного режима. Откалибровать терморегулятор для погреба можно используя обычный ртутный термометр.
Реле обязательно должно быть герконовым с небольшим током потребления. Более мощное реле применять нельзя, т.к реле подключено напрямую к выходу ОУ ток нагрузки должен быть не более 50 мА.
Главное достоинство данной схемы это приемлемая точность, без какой либо калибровки, при максимальной упращенной конструкции.
Главным компонентом схемы терморегулятора является микроконтроллер PIC12F629 фирмы Microchip и датчика температуры DS18B20 фирмы Dallas. Эти вполне себе современные компоненты способны принимать и передавать информацию в цифровом коде по одной шине, используя 1-Wire интерфейс.
Температурный диапазон хранится в EEPROM микроконтроллера PIC12F629. Его можно задавать с разрешением в 1 градус, от — 55 до +125.
После включения устройства, микроконтроллер включает реле, и начинает светиться светодиод HL1, говоря о работоспособности устройства. Затем сравнивается значение текущей температуры с датчика DS18B20 и установленной, и если текущая температура будетниже нижнего порога, то реле остается включенным, как и нагреватель подсоединенный через фронтовые контакты.
Далее микроконтроллер сравнивает температуру в погребе с заданным верхним значением. Как только этот предел достигнут, микроконтроллер формирует код и отключает реле, до тех пор, пока микроконтроллер не обнаружит понижение температуры ниже нижнего установленного предела.
При программировании микроконтроллера PIC потребуется установить значение верхнего (адрес 0×01) и нижнего (0×00) порога температуры. Саму прошивку можно скачать по зеленой ссылочке, чуть выше.