Схема термостата

Простой терморегулятор своими руками

Огромное количество электрических приборов, используемых в быту и промышленности, основывают свою работу на определении уровня температуры окружающей среды. Измерительный элемент в них представляет собой датчик температуры, срабатывающий при нагревании или охлаждении до установленного уровня. Их можно приобрести в большинстве магазинов, ими комплектуются духовки, контроллеры и прочие устройства, но гораздо интереснее изготовить терморегулятор своими руками.

Пример простого терморегулятора

Далее мы рассмотрим принцип действия и варианты изготовления такой самоделки.

Немного теории

Любой терморегулятор конструктивно включает в себя три основных блока:

  • измерительный;
  • логический;
  • исполнительный.

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:

Рис. 1. Датчик из полуплеча резисторов

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:

Рис. 2. Принципиальная схема терморегулятора

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.

Читайте также:
Генератор импульсов на TL494

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.

Создаем простой терморегулятор

При ремонте бытовой электротехники вы могли сталкиваться с ситуацией, когда со строя выходил терморегулятор. Хоть это и небольшая микросхема, устанавливаемая для контроля величины нагрева или охлаждения чего-либо.

Увы, стоимость такого элемента заводского изготовления довольно высока, поэтому куда выгоднее собрать терморегулятор самому. Схема достаточно простого самодельного терморегулятора приведена на рисунке ниже.

Рис. 5. Схема простейшего терморегулятора

Для его изготовления вам понадобится:

  • понижающий трансформатор с 220 на 12 В;
  • шесть диодов (в рассматриваемом примере используются IN4007);
  • конденсаторы на 47 мкФ, 1 мФ и 2 мФ;
  • микросхема для стабилизатора на 5В;
  • транзистор (в рассматриваемом примере это КТ814А);
  • стабилитрон с регулируемым параметром (TL431);
  • резистивные элементы на 4,7; 160, 150 и 910 кОм;
  • резистор с изменяемым сопротивлением на 150 кОм;
  • термозависимый резистор 50 кОм;
  • светодиод;
  • электромагнитное реле 100 мА с питающим напряжением 12В (в рассматриваемом примере используется автомобильный вариант);
  • кнопка и корпус.

Процесс изготовления состоит из таких этапов:

  • При помощи паяльника соберите вышеперечисленные детали на печатную плату, как показано на схеме выше.
  • После этого выведите измерительный орган для терморегулятора на открытое пространство, чтобы установить в нужную локацию.

Рис. 6. Выведите измерительный элемент

  • Установите переменный резистор на жесткий каркас и нанесите градуировку температурных режимов для настройки прибора.

Рис. 7. Установите регулятор на каркас и нанесите градуировку

  • На клеммник подключите шнур питания.

Подключите питающий шнур к клеммнику

В данном случае клеммник взят со старого прибора, располагавшегося в корпусе.

  • Подключите все отдельно размещенные элементы к плате и закройте корпусом.

После сборки терморегулятора его можно установить в любое место, к примеру, для обогрева и подключить в цепь питания электрического котла. В случае, когда радиаторы отопления нагреют помещение до установленной температуры, контакты реле разорвут цепь и прекратят электроснабжение. При остывании цифрового термометра, снова произойдет включение отопления и снова пойдет нагрев. Если вас не устраивает температурный режим, его можно изменить настройкой датчика.

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.

Читайте также:
Сенсорный выключатель RGB-LIGHT SLAYDER своими руками

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.

Простые терморегуляторы

Многим радиолюбителям известен так называемый “триггерный эффект” на пороге срабатывания термо-, фотореле, автоматического зарядного устройства и т.п. Устройство может сработать нормально десятки раз, но иногда бывает такой неприятный момент, когда исполнительное реле включится, сразу же выключится, опять включится и т.д. Такое явление может проявляться довольно длительное время – “подгорают” контакты реле, да и ресурс времени работы реле не безграничен. Если в схеме применены тиристоры, то при частом включении-выключении они могут греться и выходить из строя, а также давать помехи в питающую сеть. На рис.1 показана схема терморегулятора на реле, в котором такое вредное явление, как “триггерный эффект”, отсутствует.

Предположим, что данный терморегулятор используют для регулировки температуры воздуха в инкубаторе. Если температура в инкубаторе ниже +38°С (выставляют переменным резистором R4), сопротивление терморезистора R3 сравнительно большое и компаратор на DA1 находится в режиме положительного насыщения, транзисторы VT1 и VT2 открыты, реле К1 притянуто, и происходит нагревание воздуха в инкубаторе. При достижении в инкубаторе температуры +38°С сопротивление терморезистора R3 становится меньше и компаратор перебрасывается в состояние отрицательного насыщения (на выходе потенциал общего провода), закрываются транзисторы VT1 и VT2, реле К1 отпускает. В связи с тем, что последовательно с резистором R1 включен резистор R2, который шунтируется нормально замкнутыми контактами реле К1, реле включается при одной температуре, а выключается при другой, т.е. поддерживается температура в инкубаторе в пределах, например, +37,5. 38°С. Необходимая разность температур обеспечивается подбором резистора R2. Таким образом, такое вредное явление, как “триггерный эффект”, в данной схеме терморегулятора отсутствует. Напряжение срабатывания реле К1 должно быть не ниже 10 В, контакты реле должны выдерживать коммутируемый переменный ток и быть рассчитаны на напряжение не менее 250 В. Печатная плата терморегулятора показана на рис.2.

На рис.3 показана схема терморегулятора с тиристором в силовой части, которая также свободна от явления “триггерного эффекта”.

Предположим, что данный терморегулятор также используют для инкубатора, необходимая температура воздуха в нем должна быть в пределах +38. 39°С (данный диапазон температур выставляют переменным резистором R4). На ОУ микросхемы DA1 выполнен двухпороговый компаратор. Если температура в инкубаторе ниже +38°С, сопротивление терморезистора R3 сравнительно большое, и оба компаратора находятся в состоянии положительного насыщения (уровень лог.”1″ на их выходах). На логических элементах DD1.2, DD1.3 построен RS-триггер. Если температура воздуха в инкубаторе ниже +38°С, на входе S RS-триггера присутствует лог.”0″ (после инвертора DD1.1), на входе R – лог.”1″, триггер находится в “единичном” состоянии (лог.”0″ на его инверсном выходе 4 DD1.3). При этом транзистор VT1 закрыт, на управляющий электрод тиристора VS1 подается положительный потенциал относительно его катода, тиристор открыт, нагревательный элемент Rн включен. При достижении температуры воздуха в инкубаторе +38°С сопротивление терморезистора R3 уменьшается, компаратор на DA1.1 перебрасывается из состояния положительного насыщения в состояние отрицательного насыщения, на его выходе устанавливается лог.”0″, на входе S триггера – лог.”1″, но триггер остается в “единичном” состоянии, нагревательный элемент RH включен. Когда температура воздуха в инкубаторе достигнет значения +39°С, лог.”0″ появится и на выходе компаратора DA1.2, который по входу R RS-триггера установит его в “нулевое” состояние. При этом на выводе 4 DD1.3 появится лог.”1″, которая откроет транзистор VT1, на управляющем электроде тиристора VS1 установится низкий потенциал относительно его катода, тиристор закроется, и нагреватель отключится от питающей сети. Когда температура воздуха в инкубаторе станет ниже +39°С, но выше +38°С, в состояние положительного насыщения установится компаратор DA1.2, но лог.”1″ на входе R триггера не изменит его нулевого состояния, и нагреватель по-прежнему будет отключен. И только при понижении температуры воздуха в инкубаторе ниже +38°С, в состояние положительного насыщения установится компаратор DА 1.1, на вход S триггера поступит лог.”0″, который включит в работу нагреватель Rн. Таким образом, температура в инкубаторе поддерживается в пределах +38. +39°С (необходимую разность температур достигают подбором сопротивления резистора R2), и явление “триггерного эффекта” в данной схеме терморегулятора отсутствует. Печатная плата терморегулятора показана на рис.4.

Читайте также:
Плата для аниматроники

При налаживании и эксплуатации устройства необходимо соблюдать осторожность и не касаться деталей, так как в схеме присутствует потенциал сети. Целесообразно для более точной и плавной регулировки температуры подобрать переменный резистор R4 (также и в схеме рис.1). Диоды VD1-VD4 можно исключить. В этом случае на нагревателе Rн будет только одна полуволна сетевого напряжения, т.е. при мощности 500 Вт на нагревателе будет выделяться 250 Вт, и значительно возрастет надежность и долговечность самого нагревателя. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора Т1 должно быть в пределах 13. 16 В.

Терморегулятор для электрического обогревателя

Предлагается рассмотреть вариант изготовления регулятора температуры для инфракрасного комнатного обогревателя. Прибор имеет простую и надежную конструкцию, электробезопасное исполнение, собран из доступных деталей.

Для создания комфортных условий при ночевке в летнем домике, при нашей переменчивой и часто прохладной погоде, был приобретен инфракрасный обогреватель BALLU. Этот бытовой электронагревательный прибор имеет суммарную мощность 1,5 кВт и рассчитан на площадь обогрева в 25 кв.м.

В конструкции расположены три одинаковых нагревательных элемента мощностью 0,5 кВт, заключённые в стеклянных трубках из кварцевого стекла. Прибор компактный и безопасный, имеет возможность ступенчатого регулирования отдаваемой мощности, за счет выбора количества включенных нагревательных элементов.

Преимущество этого обогревателя в том, что в отличие от нагревателей конвективного отопления, инфракрасное излучение в первую очередь нагревает тела, предметы и стены помещения, от которых затем нагревается окружающий воздух. Это позволяет при включении, быстро почувствовать тепло и комфорт, а за счет прохладного воздуха создается эффект свежести в комнате.

Но обнаружился и недостаток в конструкции приобретенного прибора. Это отсутствие возможности поддержания установленной температуры в помещении. А появилась проблема, будем ее решать.

Постановка задачи
Необходим терморегулятор, способный поддерживать заданную комфортную температуру в комнате, а также экономить электроэнергию.
Обеспечить электробезопасность изготовленного устройства и обогревателя в целом.
Использовать простую и надежную схему устройства, ее настройку и работу.

Схема устройства
Изготовим терморегулятор для инфракрасного обогревателя, по приведенной ниже схеме.

Описание схемы
В основу схемы предлагаемого терморегулятора положен классический принцип работы моста постоянного тока, состоящего из резисторов R1 – R4. Терморезистор R2 (датчик температуры) с постоянным резистором R1 образуют делитель напряжения, зависящий от фактической окружающей температуры. Переменное сопротивление R4 вместе с постоянным резистором R3 составляют второй делитель напряжения, в котором резистором R4 возможно установить баланс моста в зависимости от задаваемой температуры.

Читайте также:
Схема твердотельного реле, монтаж своими руками

Для сравнения напряжений, в диагональ моста включен компаратор на операционном усилителе DА1. На прямой вход компаратора (выв.3) поступает напряжение с первого зависимого от температуры делителя, а на его инверсный вход (выв.2) напряжение со второго делителя.
Заданную температуру установим переменным сопротивлением R4. Он изменяет опорное напряжение на инверсном входе ОУ, таким образом, устанавливая точку равновесия (баланса) измерительного моста. Точка баланса наступает при той температуре, которую необходимо поддерживать.

Датчиком температуры R2 служит полупроводниковый терморезистор ММТ-4 с номинальным сопротивлением 68 кОм. Возможно использование аналогичных терморезисторов другого номинала сопротивления, в пределах 10 … 100 кОм. Но при этом сопротивление резистора R1 должно быть равно номинальному сопротивлению R2. Терморезистор оптимально расположить на высоте около метра от пола в помещении, в котором установлен нагреватель.

Операционный усилитель DА1 КР140УД608 возможно заменить другим операционным усилителем общего назначения. Например, КР140УД708, К140УД6, К140УД7 или аналогичным импортным.

Транзистор КТ315 заменим п-р-п транзистором малой или средней мощности.

Питается микросхема DA1 от выпрямителя на диодах VD2, VD3 сборки КД205Д, стабилизатора напряжения на стабилитроне VD1 Д814Д (12v) и конденсаторе С3. Потребление схемы управления на микросхеме DA1 составляет 8…10 mA, а потребление прибора от сети в дежурном режиме – не более 20 mA. Прибор позволяет управлять нагрузкой мощностью до 2 кВт.

В связи с тем, что прибор работает от сети 230 вольт, в целях электробезопасности, требуется полностью исключить гальваническую связь схемы управления прибора от сети. Для этого, нагреватели терморегулятора включаются с помощью оптронных тиристоров U1, U2, а цепь питания схемы управления отделена от силовой сети разделительным трансформатором Tr1.

Изготовление терморегулятора

1. Комплектация устройства.
Комплектуем устройство радиокомпонентами согласно схеме.


2. Изготовление блока питания для схемы управления терморегулятора

Так как для питания схемы управления требуется небольшой ток (до 20 mA), то этот блок питания можно построить по комбинированной схеме. Погасим излишнее напряжение с помощью конденсатора К73-17 0,33мкф х 500в (как вариант – см. схему, два последовательно соединенных конденсатора С5 и С6 по 0,68мкф х 250в). Затем включим небольшой разделительный понижающий трансформатор на входное напряжение 30…40 / 15В (например, от старого радиоприемника или абонентского динамика). Достаточно трансформатора мощностью 100 мвт.

Устанавливаем трансформатор на вырезанную из фольгированного текстолита плату. Рядом припаиваем гасящие конденсаторы, резистор для их разряда после отключения, диоды, подключаем выводы обмоток трансформатора. При наличии трансформатора со средней точкой во вторичной обмотке, диодный мост выпрямителя можно заменить на два диода в соответствии с приведенной выше схемой.


3. Изготовление блока включения нагревателей

Для включения нагревателей в изготовляемом терморегуляторе используем оптронный тиристор ТО125-12.5-4 фланцевого исполнения. Он предназначен для работы в цепях постоянного или переменного тока частотой до 500 Гц в различном электротехническом оборудовании. Охлаждение воздушное естественное или принудительное.

Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии – 12,5 А.
Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии 400В.

В данной конструкции терморегулятора, для работы на переменном токе, используются два тиристора соединенные по приведенной схеме.
На фланцы каждого тиристора закрепляем теплоотводящие радиаторы. Устанавливаем и закрепляем винтами тиристоры на общей пластмассовой плате, в заранее вырезанных окнах. Соединяем пайкой выводы согласно схеме. Следует помнить, что фланец тиристора является его анодом, следовательно радиатор будет под опасным напряжением.

5. Сборка и отладка схемы управления нагревателем
Собираем детали схемы управления на универсальной монтажной плате. Для контроля работы схемы, вместо (или дополнительно) светодиода оптотиристора включаем контрольный светодиод. Запитаем схему от стабилизированного источника питания напряжением 12В.

После установки (балансировки) моста переменным сопротивлением R4 на выбранную температуру, можно проследить за работой терморегулятора.

При нарушении баланса моста после уменьшении окружающей температуры срабатывает компаратор. Он переключится в состояние повышенного напряжения (около 10В) на выходе (выв.6 DA1), так как напряжение на прямом входе (выв.3), будет больше напряжения на инверсном входе (выв.2). Повышенное напряжение с выхода компаратора поступает на базу транзистора VT1. Транзистор открывается и контрольный светодиод зажигается. При добавлении в схему оптронных тиристоров U1 и U2, ток пойдет через их управляющие светодиоды. При этом оптотиристоры откроются и нагреватель включится.

Читайте также:
Звуковой светодиодный выключатель света с таймером

6. Монтаж схемы управления нагревателем
Вырезаем плату для размещения деталей и монтажа схемы управления нагревателем.

7. Изготовление и сборка терморегулятора
Подбираем корпус для размещения деталей прибора. Как вариант, можно использовать для этого пластмассовую коробку размером 150 х 150 х 40 мм, ранее используемую под дискеты.

Собираем и проверяем работу схемы прибора в целом. Нагрузкой служит лампа мощностью 60 вт.
Регулятором температуры (переменным сопротивлением) установим заданную температуру. При температуре в помещении выше установленной, лампа не горит.

Схема термостата

Вашему вниманию предлагаются схемы двух термостатов: первый – для жидкостных сред на диапазон температур от 00 С до +125 0С (хотя не возбраняется и для воздушной среды),

второй – для мощных электронагревателей, например – муфельной печи на диапазон температур +200С. +10000С.

На схемах сделана разбивка на функциональные узлы (или блоки). У обоих термостатов есть одинаковые узлы:
Цифровой индикатор температуры, по которому производится отсчёт показаний и установка заданной температуры (схема находится на нашем сайте);
Узел сравнения измеренной температуры с заданной;
Узел пропорционального управления нагревателем;
Исполнительный узел включения нагревателя;
Источники питания и задания образцовых напряжений.
Схема цифрового индикатора подробно описана в статье “Цифровой индикатор”, а узел измерения температуры для жидкостного термостата рассмотрен в статье “Превращение цифрового индикатора в цифровой термометр”. Обе статьи расположены на нашем сайте.

Рассмотрим теперь работу узла пропорционального управления нагревателем.
Большинство простых схем регулировки температуры реализуют так называемый “релейный” способ управления нагревателем – пока температура ниже заданной, нагреватель включён, когда выше заданной – выключен. Этому способу присущ недостаток – нагреватель шурует на всю катушку, даже когда температура близка к заданной. В результате, после отключения нагревателя, температура по инерции выскакивает за заданный предел, потом опускается до температуры включения, потом снова выскакивает за пределы – то есть не поддерживается на заданном уровне, а колеблется около него вверх вниз. Хорошо, если этот процесс – затухающий. Но всё равно выход температуры свыше заданного предела не желателен. Вот для борьбы с этим явлением и применён узел пропорционального управления. Пока температура ниже порога срабатывания узла, нагреватель включён постоянно. По мере приближения к заданной температуре узел начинает выключать нагреватель на некоторые периоды времени, которые тем больше, чем ближе измеренная температура к заданной. Таким образом, при подстройке порога включения узла, на жидкостном термостате достигалась точность поддержания температуры 0,1 0С. На термостате для муфеля дело обстоит хуже, там из-за очень большой температурной инерции камеры наблюдается “выбег” температуры до 10 0С, но при температурах несколько сот градусов это не существенно. Соглашусь с возражениями, что подобный узел можно реализовать на генераторе линейно меняющегося напряжения и компараторе, но предложенная схема проста, и вполне повторяема. Выход узла нагружен на оптронный тиристор типа МОС3061, который, в свою очередь, включает мощный тиристор, управляющий нагревателем. Тиристорный оптрон МОС3061 примечателен тем, что включается при переходе коммутируемого напряжения через ноль, и потому практически исключены коммутационные помехи. ( Ранее Сэр Мурр городил целую схему для реализации этого принципа работы – на трёх транзисторах и маломощном тиристоре – примечание кота Сэра Мурра). И ещё одна особенность предложенного узла – управление мощностью осуществляется целым числом периодов сетевого напряжения, а не углом отсечки, что тоже способствует уменьшению помех. Ну, узел питания в описании не нуждается. Образцовое напряжение 1,000 вольт- эквивалент температуры +10000С для муфеля или +100,00С для жидкости. Можно выбрать и другие значения.

Теперь об узле измерения температуры для муфеля. Измерение температуры – термопарой. Для компенсации температуры холодного спая (специалисты знают, что это такое) используются две одинаковые термопары- одна, верхняя по схеме, – измерительная и находится внутри печи; вторая, -нижняя по схеме, находится на входных клеммах . Термопары изготовлены самостоятельно , путём сварки в пламени газовой горелки двух кусков термопарных проводов типа ТХА длиной 2 метра- сварены оба конца. Потом отрезается одна термопара длиной несколько сантиметров – это будет компенсационная термопара. А всё остальное – измерительная термопара. АХТУНГ! Не забывайте про полярность включения термопар на схеме – они включены встречно!
На выходе усилителя сигнала термопары установлен резистор, которым производится калибровка измеряемой температуры. С одной стороны, если известна температурная характеристика термопары, то можно сразу пересчитать термо-ЭДС в температуру. Но если характеристика неизвестна? Или термопара изготовлена неизвестно из чего? ( Можно в качестве одного из проводов взять провод из лампочки накаливания, на котором держится нить, а в качестве другого провода – стальной, или нихромовый – пробуйте! – примечание кота Сэра Мурра). Вот здесь подстроечный резистор и пригодится.

Читайте также:
Схема твердотельного реле на 12В

Сразу же расскажу о процессе калибровки.
Подстроечник Р1 устанавливаем в верхнее положение, опускаем измерительную термопару в смесь воды со льдом, и подстроечником Р5 устанавливаем на индикаторе 0 градусов. Затем на газовой горелке расплавляем много – много свинца ( чем больше, тем лучше) и помещаем туда измерительную термопару, предварительно извлекя. извлеча! (Грамотей! Загляни на сайт “GRAMOTA.RU” – примечание кота Сэра Мурра) термопару из холодной ванны и просушив её. Начинаем наблюдать по цифровому индикатору за процессом остывания предварительно расплавленного свинца. В процессе остывания будет проходиться точка кристаллизации расплава. В этой точке температура будет оставаться постоянной, и мы успеем её зафиксировать. Теперь понятно, зачем свинца чем больше, тем лучше? Правильно, чтобы чётче зафиксировать нашу контрольную точку- +327,50С. Но! Это – температура плавления и кристаллизации чистого свинца, без примесей! Температура кристаллизации свинцового сплава будет другой! (Температура плавления или кристаллизации олова +2320 С, цинка+ 419,60С- примечание кота Сэра Мурра) Процесс кристаллизации мы фиксируем по неизменности показаний измерителя, и визуально – по прекращению блеска жидкого металла. И вот теперь мы подстроечником Р5 устанавливаем заветную точку 327 на термометре.

А теперь немного о “подводных камнях” этого метода калибровки и измерения.
Наш измеритель – с линейной шкалой во всём диапазоне измерений. На самом деле характеристика любой термопары отличается от линейной, хотя и достаточно близка к ней. Притом, чем чувствительнее термопара, тем нелинейнее. Промышленные микроконтроллерные измерители учитывают эту нелинейность, и вносят соответствующие поправки. А мы с вами игнорируем эту неизвестную нелинейность. Шут с ней – нам и так хватает точности!
А теперь наш термометр можно проверить по температуре кипения воды +100 С, если вы живёте на высоте не более 500 метров над уровнем моря. Иначе придётся вносить поправку на понижение температуры кипения при уменьшении атмосферного давления. Или наоборот – на повышение, если вы – гном на собственной подземной фабрике.

Теперь немного рекомендаций о конструктивном исполнении. Вводы- выводы силовых цепей лучше делать на винтовых клеммных соединителях- разъёмы от компьютерных сетевых кабелей не выдерживают ток более 10 ампер. Например, на муфельной печи они расплавились. Правда, и муфель- 3-х киловаттный.

Для жидкостного термостата надо обязательно организовать циркуляцию воды – любым способом – насосом, аэрационным компрессором от аквариума, или перемешиванием ложкой. Иначе температура на дне и на поверхности может отличаться на несколько градусов. А мы претендуем на точность 0,1 градуса.. Для принудительного включения охлаждения жидкостного термостата используется компаратор на МС А4. Конечно, этот узел не обязателен, но может быть полезен, если вам понадобится регистрировать процесс охлаждения от заданной температуры.
Установка требуемой температуры осуществляется нажатием кнопочки, которая исходно зафиксирована на измерение температуры. А как нажал на кнопочку – пожалуйста, задавай температуру, накручивая установочный резистор (желательно многооборотный).
Ну, вроде всё.
Автор благодарен своему коту за высказанные ценные замечания во время написания статьи.

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.

Читайте также:
Схема блока управления электромагнитным клапаном

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 обсуждению материала СХЕМА ТЕРМОРЕГУЛЯТОРА

Современная беспроводная связь – эволюция приёмо-передающей аппаратуры и внедрение цифровой обработки данных.

Как правильно выбрать резистор для LED, а также способы питания светодиодов.

Высококачественный усилитель для электрогитары – полное руководство по сборке и настройке схемы на JFET и LM386.

Лазерные светодиоды, люминисцентные и диоды для накачки твердотельных лазеров DPSSL.

Терморегулятор своими руками — схема, видео, фото

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.

Немного теории

Любой терморегулятор конструктивно включает в себя три основных блока:

  • измерительный;
  • логический;
  • исполнительный.

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:

Читайте также:
Самодельные автоматические ворота

Рис. 1. Датчик из полуплеча резисторов

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:

Рис. 2. Принципиальная схема терморегулятора

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.

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.

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.

Читайте также:
Схема сетевого фильтра

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

Создаем простой терморегулятор

При ремонте бытовой электротехники вы могли сталкиваться с ситуацией, когда со строя выходил терморегулятор. Хоть это и небольшая микросхема, устанавливаемая для контроля величины нагрева или охлаждения чего-либо.

Увы, стоимость такого элемента заводского изготовления довольно высока, поэтому куда выгоднее собрать терморегулятор самому. Схема достаточно простого самодельного терморегулятора приведена на рисунке ниже.

Рис. 5. Схема простейшего терморегулятора

Для его изготовления вам понадобится:

  • понижающий трансформатор с 220 на 12 В;
  • шесть диодов (в рассматриваемом примере используются IN4007);
  • конденсаторы на 47 мкФ, 1 мФ и 2 мФ;
  • микросхема для стабилизатора на 5В;
  • транзистор (в рассматриваемом примере это КТ814А);
  • стабилитрон с регулируемым параметром (TL431);
  • резистивные элементы на 4,7; 160, 150 и 910 кОм;
  • резистор с изменяемым сопротивлением на 150 кОм;
  • термозависимый резистор 50 кОм;
  • светодиод;
  • электромагнитное реле 100 мА с питающим напряжением 12В (в рассматриваемом примере используется автомобильный вариант);
  • кнопка и корпус.

Процесс изготовления состоит из таких этапов:

  • При помощи паяльника соберите вышеперечисленные детали на печатную плату, как показано на схеме выше.
  • После этого выведите измерительный орган для терморегулятора на открытое пространство, чтобы установить в нужную локацию.

Рис. 6. Выведите измерительный элемент

  • Установите переменный резистор на жесткий каркас и нанесите градуировку температурных режимов для настройки прибора.

Рис. 7. Установите регулятор на каркас и нанесите градуировку

  • На клеммник подключите шнур питания.

Подключите питающий шнур к клеммнику

В данном случае клеммник взят со старого прибора, располагавшегося в корпусе.

  • Подключите все отдельно размещенные элементы к плате и закройте корпусом.

После сборки терморегулятора его можно установить в любое место, к примеру, для обогрева и подключить в цепь питания электрического котла. В случае, когда радиаторы отопления нагреют помещение до установленной температуры, контакты реле разорвут цепь и прекратят электроснабжение. При остывании цифрового термометра, снова произойдет включение отопления и снова пойдет нагрев. Если вас не устраивает температурный режим, его можно изменить настройкой датчика.

Читайте также:
Однополюсный драйвер шагового двигателя на 3,5 А

Виды

В простейшем варианте (реле холодильника) применяют механический переключатель. Для более точной регулировки (обороты двигателя) используют не только микроэлектронику, но и специализированное программное обеспечение.

Терморегулятор на трех элементах

Чтобы сделать простой терморегулятор своими руками схема для блока питания персонального компьютера подходит лучше других вариантов.

Регулятор вентилятора для компьютерного БП

Термистором измеряют температуру в контрольной точке. Потенциометром устанавливают оптимальное значение для включения вентилятора. Изменять обороты данная схема не способна. Подключает индуктивную нагрузку MOSFET транзистор. Допустимо применение аналога с подходящими силовыми характеристиками.

Терморегуляторы для котлов отопления

Регулятор температуры своими руками можно сделать в рамках проекта модернизации старого котла. Не имеет значения вид топлива, хотя проще обеспечить хороший результат с применением газового оборудования.

Схема термостата с индикацией показаний на LCD экране

Цифровой терморегулятор

В этом примере разработчики создавали устройство поддержания температурного режима в хранилище фруктов (овощей). Для анализа поступающих данных выбрана микросхема со следующими блоками:

  • таймеры;
  • генератор;
  • два компаратора;
  • модули обмена, сравнения и передачи данных.

При соответствующем положении переключателей светодиодная матрица показывает актуальное значение температуры или контрольный уровень. Кнопками в пошаговом режиме устанавливают нужный порог срабатывания.

Схема с регулировкой гистерезиса

Самодельный регулятор температуры

Создать функциональный термостат своими руками не слишком сложно. Тем не менее, надо реалистично оценивать собственные возможности. Следующие инструкции помогут принять правильное решение.

Простейшая схема

Чтобы исключить лишние трудности, применяют схему с блоком питания без трансформатора. Для выпрямления питающего напряжения используют обычный диодный мост. Необходимый уровень постоянной составляющей поддерживают стабилитроном. Конденсатором устраняют броски.

Типовой делитель подойдет для контроля напряжения. В одном плече устанавливают резистор, который реагирует на изменение температуры. Для управления исполнительным устройством подойдет реле.

Прибор для помещения

Это устройство можно использовать для поддержания температурного режима в мини-теплице, другом ограниченном объеме. Основной элемент – микросхема операционного усилителя, которая включена в режиме сравнения напряжений. Точную и грубую настройку порога срабатывания выполняют с помощью резисторов R5 и R4, соответственно.

Терморегулятор для инкубатора

На микросхеме LM 311

Этот вариант предназначен для подключения электрических теплых полов, других мощных нагрузок. Следует обратить внимание на повышенную надежность изделия, которая обеспечена гальванической развязкой цепей со слабыми и сильными токами.

Схема для подключения мощной нагрузки

Необходимые материалы и инструменты

В некоторых ситуациях понадобятся навыки изготовления сложной печатной платы. Простейшие схемы собирают за несколько минут с применением паяльника и технологии навесного монтажа. До выполнения рабочих операций необходимо приобрести:

  • комплектующие детали;
  • расходные материалы;
  • измерительную аппаратуру.

Список покупок составляют на основе выбранной электрической схемы. Для защиты устройства от неблагоприятных внешних воздействий и улучшения внешнего вида создают соответствующий корпус.

Достоинства и недостатки

Плюсы и минусы отдельных схем оценивают с учетом реальных условий эксплуатации. Иногда выгодно затратить время и деньги на стадии реализации идеи с целью продления срока службы готового изделия. Нет смысла создавать самоделку, если фабричный аналог с официальными гарантиями стоит дешевле.

Видео

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.

Как отремонтировать

Самодельный термодатчик своими руками восстановить нетрудно, так как известна технология проверки (настройки). Инструкции по ремонту фабричных изделий можно найти на официальном сайте производителя.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: