Простая и надёжная схема терморегулятора для инкубатора. Терморегулятор своими руками: схема и пошаговая инструкция по изготовлению самодельного устройства

Приведенная ниже схема является развитием темы . В данном случае добавляются термочувствительный и нагревательный элементы благодаря которым и поддерживается требуемая температура. Включая-отключая нагрузку, которой служит электронагреватель, терморегулятор регулирует температуру микросреды инкубатора, аквариума или другого замкнутого пространства.

Схема терморегулятора

• R1 – 10 кОм;
• R2 – 22 кОм;
• R3 – 100 кОм;
• R4 – 6,8 кОм;
• R5 – 1 кОм;
• R6 – 6,8 кОм;
• R7 – 470 Ом;
• R8 – 51 Ом;
• R9 – 5,1 кОм;
• R10 – 27 кОм 2Вт ;
• С1 – 0,33 мкФ;
• DA1 – КР140УД6;
• VT1 – КТ117;
• VD1 – КС212Ж;
• VD2 – КД105;
• VS1 – КУ208Г.

Принцип работы терморегулятора

Итак, рассмотрим как работает схема терморегулятора для инкубатора своими руками: основой данного устройства является операционный усилитель DA1, работающий в режиме компаратора напряжений. На один вход подается изменяющееся напряжение с терморезистора R2, а на второй, задаваемое переменным резистором R5 и подстроечным R4. Для точной и грубой регулировки. В зависимости от области применения, подстроечный резистор можно и исключить.
При равенстве входных напряжений транзистор VT1, управляемый выходом компаратор – закрыт, на управляющем электроде VS1 ноль, а значит закрыт и симистор. При изменении температуры меняется сопротивление R2, а на разницу напряжений на входах компаратор отреагирует подачей открывающего сигнала на VT1. Появившееся на R8 напряжение откроет тиристор, пустив через нагрузку ток. Когда напряжения на входах операционного усилителя выравняются, он отключит нагрузку.
Питание управляющего каскада осуществляется через выпрямительный диод VD2 и гасящее сопротивление R10. При его сверхмалом потреблении тока – это вполне допустимо, как и использование для стабилизации питающего напряжения всего одного стабилитрона VD1. К тому же, управляющие цепи запитываются через нагрузку, на которой тоже происходит падение напряжения, особенно в нагретом состоянии.

Замены деталей

Обратите внимание на мощность резистора R10 — 2Вт, так же этот резистор должен выдерживать мгновенное напряжение 400В, если такой резистор не удается найти, его можно заменить несколькими последовательно включенными резисторами на меньшую мощность и напряжение.
В качестве стабилитрона VD1 можно установить BZX30C12 или любой другой стабилитрон на 12В близкий по параметрам.
Вместо VD2 можно поставить диод с обратным напряжением не менее 400В и током не менее 0,3А: например из серии
На место DA1 можно установить практически любой операционный усилитель, главное чтобы он работал в диапазоне питающих напряжений 10..15В.

А вот однопереходный транзистор КТ117 (VT1) не такой общераспространенный компонент электронных схем (зарубежные однопереходные транзисторы: 2N6027, 2N6028), зато его можно заменить схемой из двух биполярных транзисторов разной структуры и одного резистора 47 кОм. В схеме используются распространенные КТ315 и КТ361, но вполне могут использоваться и другие маломощные комплиментарные биполярные транзисторы.

Области применения терморегулятора

В основном, данное устройство применялось для термостабилизации птичьих инкубаторов. Где в роли тэнов выступали маломощные электрические лампочки по 60 Вт, соединенные параллельно по 4, 6 и 8 штук, в зависимости от размеров инкубатора и количества инкубируемых яиц.

Как монтировать обогреватель для инкубатора

• лампы должны быть равномерно расположены над поверхностью яиц, на расстоянии 25-30 см от их поверхности;
• терморезистор должен находиться как можно ближе к поверхности яиц, но не касаться их;
• использовать вместо лампочек можно и другие нагреватели, но с малой теплоемкостью, к примеру, вольфрамовую проволоку, натянутую на керамическую рамку в форме тетраэдра.

Обогреватель для аквариума

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

Особенности монтажа

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

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

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

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;
• 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 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);

На покупку ламп, фольги и других материалов уйдёт не более 100 рублей. Выходит, затраты на самостоятельную сборку придётся потратить не более 430 рублей и немного личного времени. Владелец может полностью адаптировать прибор для своих нужд, использую для этого незамысловатую схему.

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 , 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.

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

В этой статье будем рассматривать устройства поддерживающие определенный тепловой режим, или же сигнализирующие о достижении какого то значения. Для вас мы предоставили инструкцию о том, как сделать терморегулятор своими руками.

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, R1 и R2 являются измерительным элементом самодельного терморегулятора, а R3 и R4 опорным плечом устройства.

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. Нагрузкой данной микросхемы является вентилятор 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. 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, 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.

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. 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 за даром.

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 когда 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 мощность нагревателя целиком 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. На видео ниже рассматривается, как собрать терморегулятор на транзисторах:

Самодельный термостат 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.

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 она ни чего не пропускает. Эту ее особенность стали использовать во всевозможных схемах терморегуляторов.

Как видим, классическая схема с измерительным плечом осталась R5, R4 и R9 терморезистор. При изменении температуры происходит сдвиг напряжения на входе 1 микросхемы, и в случае если оно достигло порога срабатывания происходит включение и подается напряжение дальше. В данной конструкции нагрузкой TL431 являются светодиод индикации работы HL2 и оптрон U1, оптическая развязка силовой схемы от управляющих цепей.

Как и в предыдущем варианте, устройство не имеет трансформатора, а получает питание на гасящей конденсаторной схеме C1R1 и R2. 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 установлен симистор ВТ136 с небольшой обвязкой для управления через оптрон U1.

При данных номиналах диапазон регулирования находится в пределах 30-50°С. При кажущейся 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:

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

Для измерения температуры нагревательного элемента используют биметаллическую термопару, которую можно позаимствовать с выносного измерителя в мультиметре. Для увеличения напряжения с термопары до уровня срабатывания TL431, установлен дополнительный усилитель 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. Регулировка диапазона производится резистором R3. Данная схема обеспечит долгую работу паяльника, исключит его перегрев и увеличит качество пайки.

Еще одна идея сборки простого терморегулятора рассмотрена на видео.

Простой электронный терморегулятор своими руками. Предлагаю способ изготовления самодельного терморегулятора для поддержания комфортной температуры в помещении в холодное время. Термостат позволяет коммутировать мощность до 3,6 кВт. Самая важная часть любой радиолюбительской конструкции это корпус. Красивый и надежный корпус позволит обеспечить длительную жизнь любому самодельному устройству. В показанном ниже варианте терморегулятора применен удобный малогабаритный корпус и вся силовая электроника от продаваемого в магазинах электронного таймера. Самодельная электронная часть построена на микросхеме компараторе LM311.

Описание работы схемы

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

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

Как сделать терморегулятор своими руками

1. Вскрывается донор корпуса и силовой схемы — электронный таймер CDT-1G. На сером трехжильном шлейфе установлен микроконтроллер таймера. Отпаиваем шлейф от платы. Отверстия для проводов шлейфа имеют маркировку (+) — питание +5 Вольт, (О) — подача управляющего сигнала, (-) — минус питания. Коммутировать нагрузку будет электромагнитное реле.

2. Так как питание схемы от силового блока не имеет гальванической развязки от сети, то все работы по проверки и настройке схемы проводим от безопасного источника питания 5 вольт. Сначала на стенде проверяем работоспособность элементов схемы.

3. После проверки элементов схемы конструкция собирается на плате. Плата для устройства не разрабатывалась и собрана на куске макетной платы. После сборки также проводится проверка работоспособности на стенде.

4. Термодатчик R1 установлен снаружи на боковой поверхности корпуса блок- розетки, проводники изолированы термоусадочной трубкой. Для недопущения контакта с датчиком, но и сохранения доступа наружного воздуха к датчику сверху установлена защитная трубка. Трубка изготовлена из средней части шариковой авторучки. В трубке вырезано отверстие для установки на датчик. Трубка приклеена к корпусу.

5. Переменный резистор R3 установлен на верхней крышке корпуса, там же сделано отверстие для светодиода. Корпус резистора полезно для безопасности покрыть слоем изоленты.

6. Ручка регулировки для резистора R3 самодельная и изготовлена своими руками из старой зубной щетки подходящей формы:).

СХЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛЯТОРОВ

Существует большое количество электрических принципиальных схем, которые могут поддерживать желаемую заданную температуру с точностью до 0,0000033 °С. Эти схемы включают коррекцию при отклонении от установленного значения температуры, пропорциональное, интегральное и дифференциальное регулирование.
В регуляторе для электроплиток (рис. 1.1) используется позистор (терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления или ТКС) типа К600А фирмы Allied Electronics, встроенный в кухонную плиту, чтобы поддерживать идеальную температуру варки. Потенциометром можно регулировать запуск семисторного регулятора и, соответственно, включение или выключение нагревательного элемента. Устройство предназначено для работы в электрической сети с напряжением 115 В. При включении устройства в сеть напряжением 220 В необходимо использовать другой питающий трансформатор и семистор.

Рисунок 1.1 Регулятор температуры электроплиты

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

Рисунок 1.2 Дозирующий регулятор мощности нагревателя

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

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

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

Рисунок 1.4 Схема терморегулятора для низковольтного нагревателя

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

Рисунок 1.5 Терморегулятор на микросхеме SN72440

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

Рисунок 1.6 Регулятор температуры с датчиком на диоде

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

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

Рисунок 1.7 Терморегулятор для хлебопечки

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

Рисунок 1.8 Схема терморегулятора повышенной точности

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

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

Рисунок 1.10 Схема терморегулятора с измерительным диодом

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

Рисунок 1.11 Схема терморегулятора с измерительным мостом

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

Рисунок 1.12 Тиристорный терморегулятор

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

Рисунок 1.13 Ключ для низковольтного терморегулятора

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

Рисунок 1.14 Терморегулятор на термопаре

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

Рисунок 1.15 Терморегулятор для отопления

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

Рисунок 1.16 Пропорциональный терморегулятор

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

Рисунок 1.17 Высоточный терморегулятор

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

Рисунок 1.18 Терморегулятор на симисторе

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

Рисунок 1.19

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

Рисунок 1.20 Схема детектора температур

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

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

Рисунок 1.22 Регулятор температуры с позистором

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

Рисунок 1.23 Терморегулятор с оптроном

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

Рисунок 1.24 Коррекция перегрузки

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

Рисунок 1.25

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

Рисунок 1.26 Регулятор температуры на компараторе