Регулятор температуры своими руками: принцип работы, схема включения и выключения

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:

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.

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.

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.

Понятие о температурных регуляторах

Изделия этой категории применяют для решения разных задач. По соответствующей настройке температурного порога подают питание (отключают):

  • отопление в погребе;
  • нагрев паяльной станции;
  • циркуляционный насос котла.

Из приведенных примеров понятны базовые требования к точности, которую должна обеспечить подходящая схема терморегулятора. В некоторых ситуациях необходимо поддержание заданного уровня не ниже, чем ±1C°. Для контроля рабочих параметров нужна оперативная индикация. Существенное значение имеют нагрузочные способности.

Перечисленные особенности поясняют назначение типовых функциональных узлов:

  • значение температуры фиксируют специализированным датчиком (резистором, термопарой);
  • показания анализирует микроконтроллер или другое устройство;
  • исполнительный сигнал поступает на электронный (механический) переключатель.

К сведению. Кроме рассмотренных частей, схема термореле может содержать дополнительные компоненты для подачи питания на электронагреватель, другую мощную нагрузку.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.
Читайте также:  Счетчик 2-х тарифный: принцип работы, преимущества прибора, монтаж и экономия электроэнергии

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.

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.

Видео

Как самостоятельно сделать терморегулятор?

Перед монтажом аппарата, лучше поближе ознакомиться с принципом его работы. Российский рынок предлагает внушительное количество моделей от разных компаний практически все они функционируют по одной и той же схеме, независимо от своего назначения.

По этому плану, изготавливаются устройства для поддержания атмосферы в аквариуме, инкубаторе, пола и т. д. Он позволяет поддерживать тепловой режим с точностью до ±0,5 0 С.

Аппарат включает в себя сильфон для жидкого состава, золотник, шток и регулируемый клапан.

схема простого терморегулятора

схема терморегулятора для инкубатора

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.

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.

Устройство

схема механического терморегулятора

Температура всегда остаётся на одном уровне благодаря включению и выключению нагревательного прибора (ТЭН). Подобный принцип управления используется на всех незамысловатых конструкциях.

Может показаться, что схема терморегулятора очень проста, но как только дело доходит для сбора прибора, появляется масса вопросов, связанных с технической частью.

Устройство терморегулятора включает в себя:

  1. Температурный датчик – создаётся на основе компаратора DD1.
  2. Ключевой схемой терморегулятора является компаратор DA1, изготовленный на операционном усилителе.
  3. Нужный температурный показатель выставляется резистором R2, который присоединяется к инвертирующему входу 2 платы DA1.
  4. В роли термодатчика выступает терморезистор R5 (вида ММТ-4), присоединённый ко входу 3- го устройства.
  5. Схема конструкции не имеет гальванической развязки с сетью, и берёт энергию от параметрического стабилизатора на деталях R10, VD1.
  6. В роли блока питания для аппарата можно взять дешёвый сетевой адаптер. Во время его подключения нужно руководствоваться правилами и требованиями к новой проводке, так как условия помещения могут быть электроопасны.

Незначительный запас конденсатора C1 способствует постепенному нарастанию мощности, что приводит к плавному (не более 2 секунд) включению электрических ламп.

Затраты при самостоятельной сборке

Сегодня любой подобный гаджет можно приобрести в магазине. Диапазон цен довольно велик, а стоимость многих моделей свыше 1000 рублей. В плане финансовых вложений, это является довольно не выгодным, поэтому намного дешевле сделать его своими руками.

Затраты при самостоятельной сборке ниже в несколько раз, а именно:

  • плата К561ЛА7 обойдутся не более 50 рублей;
  • терморезистор мощностью в 1 kOm до 15 kOm – около 5 рублей;
  • светодиод (2 шт) – 10 руб.;
  • стабилитрон – 50 руб;
  • тиристор – 20 руб;
  • дисплей – 200 руб (для создания цифровых устройств на микроконстроллере);

Принцип действия

Схема терморегулятора многофункциональна. Отталкиваясь от её основания, можно создать любой адаптированный аппарат, который будет максимально удобным и простым. Мощность питания выбирается в соответствии с имеющимся напряжением катушки реле.

В принципе работы регулировочного прибора лежит особенность газов и жидкостей сжиматься или расширяться во время остывания или нагревания. Поэтому в основе действия водяных и газовых комплектаций положена одна и та же суть.

Между собой они отличаются только в быстроте реакции на перемену температуры в доме.

Принцип действия аппарата основан на следующих этапах:

  1. В результате изменения температуры обогреваемого объекта, происходит перемена работы теплоносителя в отопительном механизме.
  2. Вместе с этим, это заставляет сифон увеличивать или уменьшать свои габариты.
  3. После этого, происходит смещение золотника, который балансирует впуск теплоносителя.
  4. Внутренняя часть сифона заполнена газом, способствуя равномерной регулировке температуры. Встроенный термодатчик следит за внешней температурой.
  5. Каждому значению уровня тепла приравнивается конкретное значение силы давления рабочей атмосферы внутри сифона. Недостающее давление возмещает при помощи пружины, которая контролирует работу штока.
  6. В результате повышения градусов конус клапана начинает передвигаться в сторону закрытия до того момента, пока уровень рабочего давления в сифоне не станет уравновешенным благодаря усилиям пружины.
  7. В случае понижения градусов, работа пружины носит обратный характер.

Результат работы зависит от вида и функциональности регулирующего клапана, находящегося в прямом подчинении от контура обогрева и диаметра подводящей трубы.

Виды

Компании-изготовители предлагают клиентам 3 вида терморегуляторов, каждый из которых имеет различные внутренние сигналы. Они контролируют процесс нагревания теплоносителя и выравнивают температурный порядок.

Способы расширения сигналов:

  1. Непосредственно от теплоносителя. Считается недостаточно эффективным, поэтому используется нечасто. Его работа основана на погружном датчике или подобным ему механизмам. В сравнении с другими видами, он относится к числу самых дорогостоящих.
  2. Внутренних воздушных волн. Является наиболее надёжным и экономичным вариантом. Он балансирует воздух во время его перепадов, а не уровень нагрева воды. Легко монтируется в квартире. Связывается с отопительными коммуникациями при помощи кабеля, по которому передаётся сигнал. Терморегуляторы этого вида непрерывно дополняются новыми функциями и достаточно удобны в использовании.
  3. Внешних воздушных волн. Высокая эффективность достигается за счёт уличного датчика, давая незамедлительный ответ на любые погодные изменения. Знаки в виде сигнала, посылающие диафрагмой, дают системе команду на открытие или закрывание трубы с отеплительным прибором.

Помимо этого, аппараты могут быть электрическими и электронными.

По схеме и варианту получения сигнала, устройства разделяются на полуавтоматические и автоматические, которые, в свою очередь могут:

  1. Контролировать уровень нагрева радиатора и ветки магистрали.
  2. Следить за мощностью котла.

Обзор терморегуляторов на рынке

Терморегулятор IWarm 710

К числу наиболее популярных моделей на сегодняшний день относятся E 51.716 и IWarm 710. Их негорючий, выполненный из пластполимера корпус имеет небольшие размеры, но большое число полезных задач и встроенный аккумулятор. Имеет довольно большой встроенный дисплей, который отображает соответствующие температурные характеристики.

Стоимость этих моделей представлена в пределах 2700 тыс. рублей.

К особенностям E 51.716 можно отнести то, что он имеет кабель длиной в 3 м, способен балансировать температуру одновременно от самого пола, и то, что прибор может встраиваться в стену в любом положении.

Единственное о чём следует подумать перед его монтажом, как именно он будет располагаться, чтобы кнопки переключения не закрывались посторонними предметами, и были легко доступны.

К недостаткам терморегулятора относится незначительных набор функций, однако аналогичные приборы выполняют их довольно легко. В эксплуатации это может вызвать дискомфорт. Также, в памяти E 51.716 и IWarm 710 нет функции автоматического нагревания, поэтому это придётся делать самостоятельно.

Электронные регуляторы с механическим принципом работы:

  1. Регулирование работы основано на автоматике, и осуществляются при помощи кнопок, расположенных на панели.
  2. Включают в себя дисплей, на котором обозначается прежние и заданные градусы.
  3. Есть возможность настраивать прибор самостоятельно: число, время работы, цикличность подогрева с сохранением конкретного режима, также можно указывать степень нагрева.
  4. В сравнении с механическими аналогами, температура электрических моделей легко регулируется приблизительно на 0,5 значений.

На покупку такой модели уйдёт не более 4 тысяч.

Электронные комплектации:

  1. Самостоятельно управляют температурой.
  2. Всего один прибор может контролировать атмосферу на несколько дней вперёд и отдельно для каждой комнаты.
  3. Позволяют устанавливать режим «отсутствие», и не затрачивать на это лишние средства, если никого нет дома.
  4. Система автоматически анализирует качество работы устройства в каждой комнате. Владельцу не придётся догадываться о возможных неисправностях в работе, так как все недочёты система выдаст самостоятельно.
  5. Производители дорогих моделей предусмотрели возможность управления режимами, находясь далеко от дома. Регулировка осуществляется при помощи встроенного Wi-Fi роутера.
Читайте также:  Кнопочный пост ПКЕ: характеристика устройства, принцип действия, разновидности пультов

Стоимость подобных аппаратов зависит от набора встроенных функций, поэтому варьируется от 6000 до 10000 тыс. рублей и выше.

Как собрать терморегулятор в домашних условиях

Немного теории

Простейшие измерительные датчики, в том числе и реагирующие на температуру, состоят из измерительного полуплеча из двух сопротивлений, опорного и элемента, меняющего свое сопротивление в зависимости от прилаживаемой к нему температуры. Более наглядно это представлено на картинке ниже.

Как видно из схемы, резистор R2 является измерительным элементом самодельного терморегулятора, а R1, R3 и R4 опорным плечом устройства. Это терморезистор. Он представляет собой проводниковый прибор, который изменяет своё сопротивление при изменении температуры.

Элементом терморегулятора, реагирующим на изменение состояния измерительного плеча, является интегральный усилитель в режиме компаратора. Данный режим переключает скачком выход микросхемы из состояния выключено в рабочее положение. Таким образом, на выходе компаратора мы имеем всего два значения «включено» и «выключено». Нагрузкой микросхемы является вентилятор для ПК. При достижении температуры определенного значения в плече R1 и R2 происходит смещение напряжения, вход микросхемы сравнивает значение на контакте 2 и 3 и происходит переключение компаратора. Вентилятор охлаждает необходимый предмет, его температура падает, сопротивление резистора меняется и компаратор отключает вентилятор. Таким образом поддерживается температура на заданном уровне, и производится управление работой вентилятора.

Обзор схем

Напряжение разности с измерительного плеча поступает на спаренный транзистор с большим коэффициентом усиления, а в качестве компаратора выступает электромагнитное реле. При достижении на катушке напряжения, достаточного для втягивания сердечника, происходит ее срабатывание и подключение через ее контакты исполнительных устройств. При достижении заданной температуры, сигнал на транзисторах уменьшается, синхронно падает напряжение на катушке реле, и в какой-то момент происходит расцепление контактов и отключение полезной нагрузки.

Особенностью такого типа реле является наличие гистерезиса — это разница в несколько градусов между включением и отключением самодельного терморегулятора, из-за присутствия в схеме электромеханического реле. Таким образом, температура всегда будет колебаться на несколько градусов возле нужного значения. Вариант сборки, предоставленный ниже, практически лишен гистерезиса.

Принципиальная электронная схема аналогового терморегулятора для инкубатора:

Данная схема была очень популярна для повторения в 2000 годах, но и сейчас она не потеряла актуальность и с возложенной на нее функцией справляется. При наличии доступа к старым деталям, можно собрать терморегулятор своими руками практически бесплатно.

Сердцем самоделки является интегральный усилитель К140УД7 или К140УД8. В данном случае он подключен с положительной обратной связью и является компаратором. Термочувствительным элементом R5 служит резистор типа ММТ-4 с отрицательным ТКЕ, это значит, что при нагревании его сопротивление уменьшается.

Выносной датчик подключается через экранированный провод. Для уменьшения наводок и ложного срабатывания устройства, длина провода не должна превышать 1 метр. Нагрузка управляется через тиристор VS1 и максимально допустимая мощность подключаемого нагревателя зависит от его номинала. В данном случае 150 Ватт, электронный ключ — тиристор необходимо установить на небольшой радиатор, для отвода тепла. В таблице ниже представлены номиналы радиоэлементов, для сборки терморегулятора в домашних условиях.

Устройство не имеет гальванической развязки от сети 220 Вольт, при настройке будьте внимательны, на элементах регулятора присутствует сетевое напряжение, которое опасно для жизни. После сборки обязательно изолируйте все контакты и поместите устройство в токонепроводящий корпус. На видео ниже рассматривается, как собрать терморегулятор на транзисторах:

Теперь расскажем как сделать регулятор температуры для теплого пола. Рабочая схема срисована с серийного образца. Пригодится тем, кто хочет ознакомиться и повторить, или как образец для поиска неисправности прибора.

Центром схемы является микросхема стабилизатора, подключенная необычным способом, LM431 начинает пропускать ток при напряжении выше 2,5 Вольт. Именно такой величины у данной микросхемы внутренний источник опорного напряжения. При меньшем значении тока она ни чего не пропускает. Эту ее особенность стали использовать во всевозможных схемах терморегуляторов.

Как видим, классическая схема с измерительным плечом осталась: R5, R4 – дополнительные резисторы делителя напряжения, а R9 — терморезистор. При изменении температуры происходит сдвиг напряжения на входе 1 микросхемы, и в случае, если оно достигло порога срабатывания, то напряжение идет дальше по схеме. В данной конструкции нагрузкой для микросхемы TL431 являются светодиод индикации работы HL2 и оптрон U1, для оптической развязки силовой схемы от управляющих цепей.

Как и в предыдущем варианте, устройство не имеет трансформатора, а получает питание на гасящей конденсаторной схеме C1, R1 и R2, поэтому оно так же находится под опасным для жизни напряжением, и при работе со схемой нужно быть предельно осторожным. Для стабилизации напряжения и сглаживания пульсаций сетевых всплесков, в схему установлен стабилитрон VD2 и конденсатор C3. Для визуальной индикации наличия напряжения на устройстве установлен светодиод HL1. Силовым управляющим элементом является симистор ВТ136 с небольшой обвязкой для управления через оптрон U1.

При данных номиналах диапазон регулирования находится в пределах 30-50°С. При кажущейся на первый взгляд сложности конструкция проста в настройке и легка в повторении. Наглядная схема терморегулятора на микросхеме TL431, с внешним питанием 12 вольт для использования в системах домашней автоматики представлена ниже:

Данный терморегулятор способен управлять компьютерным вентилятором, силовым реле, световыми индикаторами, звуковыми сигнализаторами. Для управления температурой паяльника существует интересная схема с использованием все той же интегральной микросхемы TL431.

Для измерения температуры нагревательного элемента используют биметаллическую термопару, которую можно позаимствовать с выносного измерителя в мультиметре или купить в специализированном магазине радиодеталей. Для увеличения напряжения с термопары до уровня срабатывания TL431, установлен дополнительный усилитель на LM351. Управление осуществляется через оптрон MOC3021 и симистор T1.

При включении терморегулятора в сеть необходимо соблюдать полярность, минус регулятора должен быть на нулевом проводе, иначе фазное напряжение появится на корпусе паяльника, через провода термопары. В этом и является главный недостаток этой схемы, ведь не каждому хочется постоянно проверять правильность подключения вилки в розетку, а если пренебречь этим, то можно получить удар током или повредить электронные компоненты во время пайки. Регулировка диапазона производится резистором R3. Данная схема обеспечит долгую работу паяльника, исключит его перегрев и увеличит качество пайки за счет стабильности температурного режима.

Еще одна идея сборки простого терморегулятора рассмотрена на видео:

Также дополнительно рекомендуем просмотреть еще одну идею сборки термостата для паяльника:

Разобранных примеров регуляторов температуры вполне достаточно для удовлетворения нужд домашнего мастера. Схемы не содержат дефицитных и дорогих запчастей, легко повторяются и практически не нуждаются в настройке. Данные самоделки запросто можно приспособить для регулирования температуры воды в баке водонагревателя, следить за теплом в инкубаторе или теплице, модернизировать утюг или паяльник. Помимо этого можно восстановить старенький холодильник, переделав регулятор для работы с отрицательными значениями температуры, путем замены местами сопротивлений в измерительном плече. Надеемся наша статья была интересна, вы нашли ее для себя полезной и поняли, как сделать терморегулятор своими руками в домашних условиях! Если же у вас все еще остались вопросы, смело задавайте их в комментариях.

Будет интересно прочитать:

Схема терморегулятора своими руками

Полезная статья объяснит и наглядно покажет пример программирования DS1821.

Порог температуры включения и отключения термостата задается значениями TH и TL в памяти датчика, которые требуется запрограммировать в DS1821. В случае превышения температуры выше значения записанного в ячейку TH на выходе датчика появится уровень логической единицы. Для защиты от возможных помех, схема управления нагрузкой реализована так, что первый транзистор запирается в ту полуволну сетевого напряжения, когда оно равно нулю, подавая тем самым напряжение смещения на затвор второго полевого транзистора, который включает оптосимистор, а тот уже открывает смистор VS1 управляющий нагрузкой. В качестве нагрузки может быть любое устройство , например электродвигатель или обогреватель. Надежность запирания первого транзистора нужно настроить путем подбора нужного номинала резистора R5.

Датчик температуры DS1820 способен фиксировать температуру от -55 до 125 градусов и работать в режиме термостата.

Если температуры превысит верхний порог TH, то на выходе DS1820 будет логическая единица, нагрузка отключится сети. Если температура опустится ниже нижнего запрограммированного уровня TL то на выходе температурного датчика появится логический ноль и нагрузка будет включена. Если остались непонятные моменты, самодельная конструкция была позаимствована из журнала Схемотехника №2 за 2006 год.

Сигнал с датчика проходит на прямой вывод компаратора на операционном усилителе CA3130. На инвертирующий вход этого же ОУ, поступает опорное напряжение с делителя. Переменным сопротивлением R4 задают требуемый температурный режим.

Если на прямом входе потенциал ниже установленного на выводе 2, то на выходе компаратора будем иметь уровень, около 0,65 вольта, а если наоборот, то на выходе компаратора получим высокий уровень около 2,2 вольта. Сигнал с выхода ОУ через транзисторы управляет работой электромагнитного реле. При высоком уровне оно включается, а при низком выключается, коммутируя своими контактами нагрузку.

TL431 – это программируемый стабилитрон. Используется в роли источника опорного напряжения и источника питания для схем с малым потреблением. Требуемый уровень напряжения, на управляющем выводе микросборки TL431, задается с помощью делителя на резисторах Rl, R2 и терморезисторе с отрицательным ТКС R3.

Если на управляющем выводе TL431 напряжение выше 2,5В, микросхема пропускает ток и включает электромагнитное реле. Реле коммутирует управляющий вывод симистора и подключает нагрузку. С увеличением температуры, сопротивление термистора и потенциал на управляющем контакте TL431 снижается ниже 2,5В, реле отпускает свои фронтовые контакты и отключает обогреватель.

С помощью сопротивления R1 регулируем уровень нужной температуры, для включения обогревателя. Данная схема способна управлять нагревательным элементом до 1500 Вт. Реле подойдет РЭС55А с рабочим напряжением 10…12 В или его аналог.

Конструкция аналогового терморегулятора используется для поддержания заданной температуры внутри инкубатора, или в ящике на балконе для хранения овощей зимой. Питание организовано от автомобильного аккумулятора на 12 вольт.

Конструкция состоит из реле в случае падения температуры и отключает при повышении заложенного порога.

Температура, срабатывания реле термостата задается уровнем напряжения на контактах 5 и 6 микросхемы К561ЛЕ5, а температура отключения реле – потенциалом на выводах 1 и 21. Разницу температур контролируется падением напряжения на резисторе R3. В роли температурного датчика R4 используется терморезистор с отрицательным ТКС, т.е термистор.

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.

Датчиком температуры является терморезистор находящейся в стеклянной колбе с песком, которую располагают в аквариуме. Главным узлом конструкции является м/с К554САЗ – компаратор напряжения.

От делителя напряжений в состав которого входит и терморезистор, управляющее напряжение идет на прямой вход компаратора. Другой вход компаратора используется для регулировки требуемой температуры. Из сопротивлений R3, R4, R5 выполнен делитель напряжения, который образуют чувствительный к изменениям температуры мост. При изменяется температуры воды в аквариуме, сопротивление терморезистора тоже меняется. Это создает дисбаланс напряжений на входах компаратора.

В зависимости от разности напряжений на входах будет изменяться выходное состояние компаратора. Нагреватель сделан так, что при снижении температуры воды терморегулятор аквариума автоматически запускался, а при повышении, наоборот выключался. Компаратор имеет два выхода, коллекторный и эмиттерный. Для управления полевым транзистором требуется положительное напряжение, поэтому, именно коллекторный выход компаратора подключен к плюсовой линии схемы. Управляющий сигнал получается с эмиттерного вывода. Сопротивления R6 и R7 являются выходной нагрузки компаратора.

Для включения и выключения нагревательного элемента в терморегуляторе использован полевой транзистор IRF840. Для разряда затвора транзистора присутствует диод VD1.

В схеме терморегулятора использован бестрансформаторный блок питания. Лишнее переменное напряжение уменьшается за счет реактивного сопротивления емкости С4.

Основа первой конструкции терморегулятора – микроконтроллер PIC16F84A с датчик температуры DS1621 обладающим интерфейс l2C. В момент включения питания, микроконтроллер сначала инициализирует внутренние регистры температурного датчика, а затем проводит его настройку. Терморегулятор на микроконтроллере во втором случае выполнен уже на PIC16F628 с датчиком DS1820 и управляет подключенной нагрузкой с помощью контактов реле.

Зависимость падения напряжения на p-n переходе полупроводников от температуры, как нельзя лучше подходит для создания нашего самодельного датчика.

Регулятор температуры своими руками: принцип работы, схема включения и выключения

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.

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.

Читайте также:  Устройство и принцип работы индукционных ламп: технические характеристики, применение светильников
Добавить комментарий