Схема простого терморегулятора для сборки в домашних условиях

Соблюдение температурного режима является очень важным технологическим условием не только на производстве, но и в повседневной жизни. Имея столь большое

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.

Терморегулятор своими руками

Для автоматического поддержания температурного режима можно создать терморегулятор своими руками. Качественная самоделка будет выполнять свои функции не хуже, чем фабричный аналог. После тщательного изучения процесса сборки модернизация и ремонт не вызовут затруднений.

Для чего применимо?

Терморегулятор или термостат является прибором, способным возобновлять и останавливать работу нагревательных или охлаждающих агрегатов. Например, он позволяет поддерживать оптимальный режим в инкубаторе, а также способен включать подогрев в подвале, зафиксировав низкую температуру.

Виды термореле

Обычный терморегулятор представляют собой небольшой электронный блок, устанавливаемый на стене в подходящем месте и присоединенный к источнику тепла проводами. На передней панели есть только регулятор температуры, это самая дешевая разновидность прибора.

Кроме нее, существуют и другие виды термореле:

• программируемые: ммеют жидкокристаллический дисплей, подключаются с помощью проводов либо используют беспроводную связь с котлом. Программа позволяет задать изменение температуры в определенные часы суток и по дням в течение недели;
• такой же прибор, только снабженный модулем GSM;
• автономный регулятор с питанием от собственной батареи;
• беспроводное термореле с выносным датчиком для управления процессом нагрева в зависимости от температуры окружающей среды.

Примечание. Модель, где датчик расположен снаружи здания, обеспечивает погодозависимое регулирование работой котельной установки. Способ считается наиболее эффективным, так как источник тепла реагирует на изменение погодных условий еще до того, как они повлияют на температуру внутри здания.

Многофункциональные термореле, которые можно программировать, существенно экономят энергоносители. В те часы суток, когда дома никого нет, поддерживать высокую температуру в комнатах нет смысла. Зная рабочее расписание своей семьи, домовладелец всегда может запрограммировать реле температуры так, чтобы в определенные часы температура воздуха снижалась, а за час до прихода людей включался нагрев.

Бытовые терморегуляторы, укомплектованные GSM – модулем, способны обеспечить дистанционное управление котельной установкой посредством сотовой связи. Бюджетный вариант – отправка уведомлений и команд в виде SMS – сообщений с мобильного телефона. Продвинутые версии приборов имеют собственные приложения, устанавливаемые на смартфон.

Принцип работы

Любая схема термостата действует на одинаковых принципах. Информация о температуре сравнивается с установленным значением. Пересечение определенного уровня активизирует исполнительное устройство для коррекции контролируемого параметра нужным образом.

Наружный терморегулятор

Как сделать датчик наружной температуры своими руками? Данное устройство позволяет без ошибочно определить температуру воздуха в открытом пространстве. Такие изделия часто используются в устройстве автотранспорта.

• Для работы понадобится следующий комплект деталей и инструментов:
• Терморезистор марки 2,56 Ком;
• Микросхема для сборки оборудования;
• Паяльник;
• Пинцет;
• Термистор 5,6 Ком;
• Защита очки;
• Калибровщик. Он поможет измерять погрешность и в измерении и регулировать правильную работу конструкции.

На микросхеме припаеваем  терморезистор. Далее фиксируется калибровщик и термистор. Когда все элементы зафиксированы переходим к испытанию нашего изделия.

Для этого подключаем провода в область верхнего разъема бортового компьютера. Соединять оборудование рекомендуется в области контактов номер 6 и 7. В данном случае полярность не имеет никакого значения.

Если деталь не показывает температуру, то на экране компьютера будут появляться длинные прочерки. В этом случае рекомендуется поменять полярность проводов. После этого на дисплее появится точные измерения температурного режима за пределами закрытого пространства.

Необходимые материалы и инструменты

Сама по себе сборка любой схемы электрорегулятора температуры не занимает много времени и сил. Но чтобы сделать термостат, необходимы минимальные знания в электронике, набор деталей согласно схеме и инструмент:

1. Импульсный паяльник. Можно использовать и обычный, но с тонким жалом.
2. Припой и флюс.
3. Печатная плата.
4. Кислота, чтобы вытравить дорожки.



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.

Погрешность определения температуры

Обратите внимание, что температура непосредственно на выносном датчике всегда будет выше, чем температура в комнате, которую на своем табло показывает регулятор

Это связано с глубиной залегания датчика в стяжку.

Обычно эта дельта, между t на поверхности пола и t внутри стяжки, не превышает 5-7 градусов.

На дисплеях электронных приборов можно увидеть оба параметра, а вот в механических устройствах с колесиком, зачастую по окружности даже не прописывают градусы, а указывают только цифры 1-2-3 и т.д.

При пяти цифрах одно деление соответствует примерно 8 градусам.

Градусы не указываются с определенной целью, дабы не запутать пользователя. Выставишь на корпусе термостата +25С, а комнатный градусник в квартире будет показывать всего +20С.

У большинства сразу же возникнет вопрос, почему регулятор работает с такой погрешностью? Не поломался ли он?

Нет, с ним все в порядке. В данном случае до +25С прогревается датчик в полу, а не воздух в помещении. Именно поэтому производители в механике и указывают просто цифры, дабы вы, ориентируясь только на свои ощущения, могли подобрать наиболее комфортный для себя режим.

Если же на вашем механическом термостате указаны именно градусы, это означает, что он главным образом работает и ориентируется на собственный датчик температуры воздуха, встроенный в корпус.

Тот, что подключается к нему извне и прячется в стяжку, играет только роль защиты кабеля от перегрева.

Питание 220В заводите на клеммы L и N через УЗО с током утечки не более 30мА.

Схема подключения теплого пола напрямую через терморегулятор разных производителей однотипна и выглядит следующим образом.

Область применения самодельных терморегуляторов

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

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.

Каким должен быть нагреватель?

Мощность нагревателя зависит от того, какой ток могут выдержать контакты используемого реле. Если это значение составляет, к примеру, 30 А (на такой ток рассчитано автомобильное реле), то обогреватель может иметь мощность до 30 х 220 = 6,6 кВт. Только необходимо сначала убедиться, что проводка и автомат в щитке способны выдержать такую нагрузку.

↑ 5. Некоторые особенности

При эксплуатации нагреватель-регулятор работает, «как утюг». Если светодиод горит – идет нагрев, если светодиод погас – нужная температура достигнута.Но здесь есть свои особенности. Раз нет принудительного перемешивания воды, температура в баке распределяется неравномерно.

Возьмём первый цикл. Идёт нагрев. Когда вода около терморезистора и он сам прогреются до нужной температуры, вода около ТЭНа уже нагреется намного сильнее. Средняя температура будет повышена, нагрев будет неравномерным. Но через несколько циклов нагрев-остывание средняя температура будет близка к заданной. Минимизировать отклонение средней температуры в баке от заданной следует поиском оптимального взаимного положения нагревателя и датчика в баке.

Наилучшим решением для дачного душа я считаю систему из двух баков с горячей и холодной водой и стандартного смесителя. Горячая вода нагревается до 60…70 градусов. Смеситель позволит получить любую температуру, но мне была поставлена другая задача.

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 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 сделать терморегулятор своими руками: пошаговая инструкция

Рассмотрим, как изготавливаются терморегуляторы (термореле) с датчиком температуры воздуха своими руками на 12 В. Сборка прибора осуществляется в такой последовательности:

• Прежде всего, нужно подготовить корпус. Подойдет отслуживший свое счетчик, например, «Гранит-1».
• Схему можно собрать на плате от того же счетчика. К прямому входу компаратора (помечен знаком «+») подключается потенциометр, позволяющий задавать температуру. К инверсному входу (знак «-») – термодатчик LM335. Если напряжение на прямом входе окажется более высоким, чем на инверсном, на выходе компаратора установится высокий уровень (единица) и транзистор подаст питание на реле, а оно – на нагреватель. Как только напряжение на инверсном входе окажется большим, чем на прямом, уровень на выходе компаратора станет низким (ноль) и реле отключится.
• Чтобы обеспечить перепад температур, то есть срабатывание терморегулятора, к примеру, при 23-х градусах, а отключение – при 25-ти, необходимо при помощи резистора создать отрицательную обратную связь между выходом и прямым входом компаратора.
• Трансформатор для питания терморегулятора можно изготовить из катушки от старого электросчетчика индукционного типа. На ней имеется место для вторичной обмотки. Чтобы получить напряжение в 12 В, необходимо намотать 540 витков. Их удастся уместить, если использовать провод диаметром 0,4 мм.

Простой самодельный термостат

Для включения нагревателя удобно использовать клеммник счетчика.

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.

Простой терморегулятор своими руками

Необычное применение регулируемого стабилитрона TL431. Простой терморегулятор. Описание и схема

Всем, кто когда ни будь занимался ремонтов современных блоков питания компьютеров или различных зарядных устройств – для сотовых телефонов, для зарядки «пальчиковых» аккумуляторов типоразмера ААА и АА хорошо известна маленькая деталька TL431. Это так называемый регулируемый стабилитрон (отечественный аналог КР142ЕН19А). Вот уж тут воистину можно сказать: «Мал золотник, да дорог».

Логика работы стабилитрона такова: когда на управляющем электроде напряжение превышает 2,5 В (задается внутренним опорным напряжением) стабилитрон, по сути дела являющийся микросхемой, открыт.

В этом состоянии через него и нагрузку протекает ток. Если же это напряжение становится чуть меньше указанного порога, стабилитрон закрывается и отключает нагрузку.

При работе такого стабилитрона в источниках питания в качестве нагрузки чаще всего используется излучающий светодиод оптрона, управляющего силовым транзистором.

Это в тех случаях, когда необходима гальваническая развязка первичной и вторичной цепей. Если такой развязки не требуется, то стабилитрон может управлять непосредственно силовым транзистором.

Выходная мощность стабилитрона-микросхемы такова, что с его помощью, возможно управлять маломощным реле. Именно это позволило применить его в конструкции терморегулятора.

В предлагаемой конструкции стабилитрон используется в качестве компаратора. При этом у него только один вход: второго входа для подачи опорного напряжения не требуется, так как оно вырабатывается внутри данной микросхемы.

Такое решение позволяет предельно упростить конструкцию и уменьшить количество деталей. Теперь, как в описании любой конструкции следует сказать несколько слов о деталях и собственно о принципе работы данного терморегулятора.

Схема простого треморегулятора

Напряжение на управляющем электроде 1 задается с помощью делителя R1, R2 и R4. В качестве R4 используется терморезистор с отрицательным ТКС, поэтому при нагревании его сопротивление уменьшается. Когда на выводе 1 напряжение выше 2,5В микросхема открыта, реле включено.

Контакты реле включают симистор D2, который включает нагрузку. С повышением температуры сопротивление терморезистора падает, за счет чего напряжение на выводе 1 становится ниже 2,5В – реле отключается, отключается нагрузка.

С помощью переменного резистора R1 производится настройка температуры срабатывания терморегулятора.

Датчик температуры должен быть расположен в зоне измерения температуры: если это, например, электрокотел, то датчик должен быть закреплен на трубе, выходящей из котла.

Включение симистора с помощью реле обеспечивает гальваническую развязку терморезистора от сети.

Терморезистор типа КМТ, ММТ, СТ1. В качестве реле возможно применение РЭС-55А с обмоткой на 10…12В. Симистор КУ208Г позволяет включить нагрузку до 1,5КВт. Если нагрузка не более 200Вт симистор может работать без применения радиатора.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Источник

Инструкция по сборке

Необходимые материалы, детали и инструменты:

• лупа;
• плоскогубцы;
• паяльник;
• изолирующая лента;
• несколько отвёрток;
• провода медные;
• полупроводники;
• стандартные красные светодиоды;
• плата;
• текстолит форгированный;
• лампы;
• стабилитрон;
• терморезистор;
• тиристор.
• дисплей и генератор внутреннего типа мощностью в 4Мгу (для создания цифровых устройств на микроконстроллере);

Пошаговая инструкция:

1. Прежде всего, необходима соответствующая микросхема, к примеру, К561ЛА7, CD4011
2. Плату необходимо подготовить к прокладыванию путей.
3. К подобным схемам неплохо подходят терморезисторы с мощностью 1 kOm до 15 kOm, и он обязан находиться внутри самого объекта.
4. Нагревающий прибор обязан быть включен в цепь резистора, из-за того, что перемена мощности, напрямую зависящая от снижения градусов, оказывает влияние на транзисторы.
5. Впоследствии, такой механизм будет согревать систему до того момента, пока мощность внутри термодатчика не возвратится к первоначальному значению.
6. Датчики регулятора подобного плана нуждаются в настройке. Во время значительных перепадов в окружающей атмосфере, необходимо контролировать нагрев внутри объекта.

Сборка цифрового прибора:

1. Микроконтроллер следует соединить вместе с датчиком температуры. Он должен иметь выходы портов, которые необходимы для установки стандартных светодиодов, работающих совместно с генератором.
2. После подключения устройства в сеть с напряжением в 220V, светодиоды будут автоматически включаться. Это будет свидетельством о том, что прибор находится в рабочем состоянии.
3. В конструкции микроконтроллера находиться память. Если настройки прибора сбиваются, память автоматически их возвращает в изначально оговоренные параметры.

Собирая конструкцию, нельзя забывать о техники безопасности. Во время применения термодатчика в водянистой или влажной атмосфере, его выводы обязаны герметично изолироваться. Значение терморезистора R5 может обозначаться от 10 до 51 кОм. При этом, сопротивление резистора R5 обязано иметь аналогичное значение.

Взамен обозначенных микросхемы К140УД6 можно использовать К140УД7, К140УД8, К140УД12, К153УД2. В роли стабилитрона VD1 можно внедрять любой инструмент с мощностью стабилизации 11…13 V.

В случае, когда нагреватель превышает напряжение в 100 ВТ, тогда диоды VD3-VD6 обязаны превосходить по мощности (к примеру, КД246 или их аналоги, с обратной мощностью минимум в 400В), при этом тринистор необходимо монтировать на маленькие радиаторы.

Значение FU1 также следует сделать более большим. Управление аппаратом сводится к подбору резистора R2, R6 с целью безопасного закрывания и открывания тринистора.

Настройка терморегулятора

Как уже говорилось, терморегулятор на базе датчика LM335 в настройке не нуждается. Достаточно знать напряжение, подаваемое потенциометром на прямой вход компаратора.

Измерить его можно при помощи вольтметра. Необходимое значение напряжения определяется по приведенной выше формуле.

Если нужно, к примеру, чтобы прибор срабатывал при температуре в 20 градусов, оно должно составлять 2,93 В.

Если в качестве термодатчика применяется какой-либо иной элемент, эталонное напряжение придется проверять опытным путем. Для этого необходимо воспользоваться цифровым термометром, например, ТМ-902С. Для точности настройки датчики термометра и терморегулятора можно соединить посредством изоленты, после чего их помещают в среду с различной температурой.

Терморегулятор из подручных материалов

Ручку потенциометра нужно плавно вращать, пока терморегулятор не сработает. В этот момент следует посмотреть на шкалу цифрового термометра и отображаемую на ней температуру нанести на шкалу терморегулятора. Можно определить крайние точки, например, для температуры в 8 и 40 градусов, а промежуточные значения отметить, разделив диапазон на равные части.

Если цифрового термометра под рукой не оказалось, крайние точки можно определять по воде с плавающим в ней льдом (0 градусов) или по кипящей воде (100 градусов).

Сталкиваясь с выбором обогревателя, люди обнаруживают, что типов приборов существует немало, но выбрать нужно один. Керамический обогреватель для дома – тонкости правильного выбора, обзор моделей и цен.

Нормы влажности воздуха и способы ее измерения представлены в этой теме.