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.
Обязательный состав термостата
Каждый термостат, обязательно содержит такие модули:
- Измерительный блок (датчик температуры); логический блок (блок сравнения); исполнительный блок (электронный, или электромеханический выключатель);
- Работу же терморегулятора можно описать так: логический блок сравнивает температуру с заданной, и на основании результатов сравнения выдаёт исполнительному блоку команду на включение, или выключение нагревателя (охладителя).
- Многие датчики температуры представляют собой измерительный мост (как правило резистивный). Такой мост состоит из четырёх сопротивлений, из которых три резистора имеют постоянное сопротивление, а один резистор изменяет сопротивление в зависимости от температуры.
Внимательно изучив схему включения резисторов для образования блока логики (сравнения) можно обратить внимание на то, что сопротивления резисторов (всех, кроме одного) постоянны, сопротивление же одного резистора, изменяется в зависимости от температуры, этот резистор и служит датчиком, который и измеряет температуру окружающей среды, а остальные резисторы, являются элементами блока сравнения температуры с заданной.
При изменении сопротивления датчика, на одной из диагоналей схемы появится потенциал, который можно использовать для управления исполнительным механизмом термостата.
Обычно, для окончательного сравнения сопротивления датчика температуры с заданным задатчиком сопротивлением, применяют микросхему компаратора, которая и является логическим блоком термостата.
- При достижении определённой (заданной) температуры, на выводах компаратора, появляется напряжение, которое и можно использовать для дальнейшего управления исполнительным механизмом, а он, в свою очередь, включит, или отключит нагревательный элемент (или охладитель).
- Таким образом, работают различные устройства, для работы которых нужно отслеживание температуры какого-либо объекта. Это могут быть системы электрического отопления, водонагревателя, инкубатора или тёплого пола, паяльной станции, системы охлаждения двигателя. Управления печами, или холодильным оборудованием.
- Как видно из этого перечисления, применяться терморегулирующие устройства могут в самых разнообразных областях.
В зависимости от того, как именно происходит регулирование температуры, термостаты принято различать по принципу их действия, а именно, на электромеханические и электронные, из электронных можно выделить цифровые устройства.
Работа первых двух типов состоит в срабатывании исполнительного механизма при достижении объектом заданной температуры, а в цифровых устройствах, сигнал с датчика может быть предварительно обработан, именно поэтому, подобные устройства, чаще других применяются в ПИД регулирующих устройствах.
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.
Особенности схем терморегуляторов
В терморегуляторах, исполнительным устройством может являться электромеханическое реле, в тех же случаях, когда исполнительный механизм питается переменным напряжением, в качестве исполнительного устройства, легко может быть применён тиристор.
- Несомненным плюсом применения тиристора перед электромагнитным реле является то, что в нём отсутствуют механические контакты, а это очень положительно сказывается на сроке службы данного элемента (особенно, при управлении мощными нагрузками).
- Основным же преимуществом реле, является малое падение напряжения на его контактах во включенном состоянии. А это, в свою очередь, существенно уменьшает его нагрев по сравнению с тиристором.
Компаратором же, может служить как специализированная микросхема, так и микросхема обычного операционного усилителя.
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.
Микросхема терморегулятора
Современный уровень интеграции электронных устройств позволяет оформить это устройство в одной микросхеме, такие микросхемы можно часто встретить в самых разных бытовых и промышленных приборах.
Однако при выходе такой микросхемы из строя, зачастую, заменить её просто не на что. Потому, для того чтобы отремонтировать терморегулятор, зачастую, вместо такой микросхемы применяется самодельный терморегулятор, собранный на отдельных элементах.
Конечно, такое устройство намного больше чем микросхема, однако, если позволяют габариты устройства, то применение такого устройства может быть вполне оправдано.
Сообщества › Кулибин Club › Блог › Электрика: Датчики температуры, делаем сами.
Иногда возникает нужда в температурном контроле за каким нибудь процессом, будь то автомобиль или народное хозяйство. Схем термоконтроля всяких много, но датчики как правило имеют неудобный конструктив, не предусматривающий крепления в контролируемой среде. Вот о датчиках и поговорим.
Как правило, датчиками для измерительных схем служат полупроводниковые приборы — термисторы:
Корпус может быть другим, но внутри все равно будет сидеть примерно такая капелька с выводами.
Вторым распространенным датчиком температуры является DS1820:
зачастую они продаются в таком виде:
Внутри все та же микросхемка DS18B20 о трех выводах причем даже без термопасты.
Теперь давайте попробуем внедрить эти радиодетали в автомобиль, например для цифровой индикации температуры ОЖ или управления электровентиляторами.
Нам понадобится донорский датчик — любой подходящий по резьбе и стоимости. В моем случае это Волго-УАЗовский датчик ТМ 106-10
:
Берем дрель в качестве токарного станка и аккуратно зажимаем датчик в патрон. Ножовкой по металлу спиливаем завальцовку. Когда датчик развалится на составные части так же в дрели ровняем край датчика надфилем. Получаем корпус-заготовку для внедрения туда нашей радиодетали.
Далее можно пойти двумя путями:1. Залить в корпус расплавленного припоя, в этом припое просверлить канал и вставить туда термистор. Можно заполнить полость корпуса термопастой и воткнуть термистор в неё, но у олова теплопроводность на несколько порядков лучше чем у термопасты, поэтому термопасту конечно же надо применять, но мазать ее лучше тонким слоем.
Минус этого метода в большой инерционности полученного датчика.
2. Сделать так, как делаю это я Берем телескопическую антенну от какого нибудь старого ненужного девайса:
Если вы их раньше выкидывали, то делали это зря, потому что такие антеннки являются источником замечательных тонкостенных латунных трубочек разного диаметра:
Подбираем трубочку наиболее подходящую к термистору — он должен максимально плотно вставляться внутрь трубки. Отмеряем и опять воспользовавшись дрелью, отрезаем нужный нам кусочек трубки — резать лучше надфилем. Берем наш корпус-заготовку и сверлим его торец по диаметру трубки. Торец корпуса лудим оловом, трубку зачищаем до латуни и тоже облуживаем. Вставляем трубку в корпус и припаеваем их друг к другу, паяльника на 80Вт хватает за глаза. Должно получиться как то так (торец уже запаян небольшим кусочком медной фольги толщиной 1мм):
Проверяем полученный корпус датчика на герметичность. Я делаю это не очень технологично — на присос языком
Если с герметичностью все в порядке приступаем к следующей стадии: установке термистора и разъема.
Опять все примеряем и отрезаем выводы термистора с тем расчетом, чтобы при установке в корпус термистор находился в конце трубки, а лучше упирался в торец:
Теперь термистор готов к установке. Закладываем немного термопасты вовнутрь трубки, сам термистор тоже немного обмазываем термопастой и вставляем в трубку. После того как термистор вошел в трубку под разъем закладываем немного приготовленного заранее поксипола или эпоксидного пластилина. Вдавливаем разъем в поксипол, излишки убираем. Когда поксипол окончательно застынет получается вот такой симпатичный датчик готовый к установке:
А вот так датчик будет стоять на своем рабочем месте — измерительная часть будет полностью омываться рабочей средой:
Ну и картинка общей проверки работоспособности электрической части:
Пример терморегулятора
Терморегулятор можно изготовить из деталей, которые не являются дефицитными. Их легко можно приобрести в большинстве городов.
Схема терморегулятора приведена на рисунке, она представляет собой простой терморегулятор.
- Для питания устройства применяется источник на основе понижающего трансформатора, в качестве диодного моста, применяются маломощные диоды, подходящие по обратному напряжению, например, 1N4007.
- В качестве сглаживающего фильтра применён электролитический конденсатор, также, в блоке питания использован интегральный стабилизатор напряжения, с выходным напряжением в пять вольт.
- Также применяется транзистор средней мощности, с прямой проводимостью, например, это может быть транзистор КТ816А. Также, в схеме применён так называемый, управляемый стабилитрон TL431.
- Резисторы постоянного сопротивления с номиналами 4,7; 160, 150 и 910 кило Ом. И переменное сопротивление на 150 кило Ом. В качестве термодатчика использован терморезистор 50 кило ом.
Характеристика этого сопротивления (положительная, или отрицательная) зависит от того, какой нагрузкой будет управлять термостат (нагревателем или холодильником).
В качестве индикатора работы устройства используется светодиод, а как коммутирующий элемент, применено, электромагнитное реле с напряжением срабатывания двенадцать вольт (например, автомобильное).
Также используется фиксируемый выключатель на достаточный ток и корпус с объёмом достаточным для размещения устройства. Также, для удобства монтажа, рекомендуется изготовить печатную плату, согласно схеме изготавливаемого устройства.
Как собрать термореле самостоятельно?
Приборы для регулирования отопления, имеющиеся в продаже, достаточно надежны и нареканий не вызывают. Но при этом они стоят денег, а это не устраивает тех домовладельцев, кто хоть немного разбирается в электротехнике или электронике. Ведь понимая, как должно функционировать такое термореле, можно собрать и подключить его к теплогенератору своими руками.
Конечно, сделать сложный программируемый прибор под силу далеко не каждому. Кроме того, для сборки подобной модели необходимо закупить комплектующие, тот же микроконтроллер, цифровой дисплей и прочие детали. Если вы в этом деле человек новый и разбираетесь в вопросе поверхностно, то стоит начать с какой-нибудь простой схемы, собрать и запустить ее в работу. Достигнув положительного результата, можно замахнуться на что-то более серьезное.
Для начала надо иметь представление, из каких элементов должно состоять термореле с регулировкой температуры. Ответ на вопрос дает принципиальная схема, представленная выше и отражающая алгоритм действия прибора. Согласно схеме, любой терморегулятор должен иметь элемент, измеряющий температуру и отправляющий электрический импульс в блок обработки. Задача последнего – усилить либо преобразовать этот сигнал таким образом, чтобы он послужил командой исполнительному элементу – реле. Дальше мы представим 2 простые схемы и поясним их работу в соответствии с этим алгоритмом, не прибегая к специфическим терминам.
Последовательность работ
Смонтировав схему выбранным способом, следует установить датчик таким образом, чтобы он, при работе, контролировал температуру необходимого объекта.
- Переменный резистор, следует установить таким образом, чтобы к нему был обеспечен удобный доступ.
- После чего, нужно нанести шкалу задаваемых температур, которые будут поддерживаться термостатом.
После того как все эти работы будут выполнены, к устройству подключают шнур питания (если сделать это раньше, то он будет сильно мешать при работе).
После сборки и настройки устройства, его помещают в корпус.
Достоинства и недостатки
Даже простой терморегулятор своими руками имеет массу достоинств и положительных моментов. Говорить же о заводских многофункциональных устройствах и вовсе не приходится.
Регуляторы температуры позволяют:
- Поддерживать комфортную температуру.
- Экономить энергоресурсы.
- Не привлекать к процессу человека.
- Соблюдать технологический процесс, повышая качество.
Из недостатков можно назвать высокую стоимость заводских моделей. Конечно, самодельных приборов это не касается. А вот производственные, которые требуются при работе с жидкими, газообразными, щелочными и другими подобными средами, имеют высокую стоимость. Особенно если прибор должен иметь множество функций и возможностей.
Фото самодельного терморегулятора
Поделитесь с друзьями
Возможно ли сделать регулятор температуры для котла отопления своими руками
В конструкции любого газового или электрического котла присутствуют элементы контроля и управления, отслеживающие температуру теплоносителя на выходе. Но в старых или недорогих моделях такие компоненты имеют примитивное исполнение, позволяющее только включать и отключать нагрев. Домовладельцы, которые хотят оптимизировать работу отопительной системы, оснащают её выносными регуляторами температуры. Ввиду высокой цены терморегуляторов заводского изготовления их делают самостоятельно.
Варианты подключения
- К системе тёплого пола;
- К ТЭНу;
- К обогревателю.
Подключение термостата к системе тёплого пола
Стандартный терморегулятор тёплого пола идёт в комплекте поставки с подробной инструкцией подключения прибора к системе тёплых полов. Можно подключать ТР самостоятельно, пользуясь обозначениями под клеммниками.
Нагревательный мат тёплого пола
На тыльной стороне регулятора расположены три пары клеммных гнёзд для проводов. Первая пара предназначена для подсоединения двужильного сетевого кабеля. Гнездо «L» – фаза, «N» – ноль.
Вторая пара гнёзд предназначена для соединения с выводами тёплого пола – L1 и N1. Пятую и шестую клемму используют для того, чтобы подключаться к датчику температуры.
Подключение терморегулятора
Регуляторы температуры полов могут быть вставленными в подрозетник или закреплёнными на стене. Термодатчик бывает, как встроенным в корпус прибора, так и установленным на конце выносного кабеля.
В первом случае происходит замер температуры воздуха внутри помещения. Во втором варианте датчик измеряет степень нагрева финишного покрытия пола.
Подключение термостата к ТЭНу
Подключение термостата к электрическому нагревателю приходится осуществлять через магнитный пускатель. Это связано с тем, что мощность регулятора далеко несопоставима с мощностью ТЭНов.
Магнитный пускатель (МП) нужен при управлении термостатом сразу несколькими приборами обогрева. МП врезают в фазовый провод параллельно с терморегулятором. Регулировка режимами работы тенов осуществляется термостатом, ток питания проходит через МП. Это даёт возможность использовать трёхфазную электросеть, что позволяет эксплуатировать нагревательные элементы большой мощности.
Многие ТР оснащены электронными микропроцессорами, которые выдают дополнительно показатели уровня влажности, давления и времени, необходимого для достижения величин заданных параметров.
Подсоединение терморегулятора к обогревателю
Термостаты бывают механического и электронного действия. Последнее время вторые модели активно вытесняют своих механических аналогов. Применение современной электроники позволяет более эффективно управлять температурным режимом в заданной среде.
ТР для обогревателей помещений встраивают в корпуса калориферов или выносят на удаление от приборов отопления. Регулятор, прежде всего, подключается к электрической сети, затем через схему управления соединяется непосредственно с термодатчиком.
Дополнительная информация. Инфракрасные обогреватели соединяются с термостатом в большинстве вариантов через магнитный пускатель. Чтобы выполнить правильное подключение прибора, нужно строго следовать пунктам прилагаемой инструкции.
Особенности, как подсоединяют устройства регуляции температурного режима, зависят от вида отопительных приборов. Это может быть одножильное или двужильное подключение ТР тёплых полов. Подключение двухфазного термостата к нагревательным элементам трёхфазного тока осуществляется только через магнитный пускатель. Для водяного отопления терморегулятор врезают прямо в радиатор. В каждом конкретном случае существует своя схема подключения терморегулятора.
Общее описание
Комнатный терморегулятор для газового котла состоит из 2 металлических полосок, использующихся в роли электрического контакта выключателя в контуре отопительной системы.
Номинальный контакт опускается при резком увеличении температуры, за счет этого происходит выключение функции обогрева. Когда микроклимат изменяется, автоматически включаются необходимые клапаны, и котел заново начинает работать.
Корпус этого устройства, как правило, изготавливается из пластика белого цвета. Для подсветки дисплея применяются светодиоды. Диапазон определения температуры в доме у многих приборов находится в пределах 0…+45°C.
Помимо экономии финансов, имеется еще масса плюсов
Обычно термостаты для газового котла отопления приобретаются для экономии средств. Снижение температуры в помещении даже на несколько градусов уменьшает потребление газа на 5%. Благодаря тому, что устройство сокращает количество циклов включений отопительного оборудования, уменьшаются и затраты хозяев на коммунальные услуги. При этом оборудование дополнительно обеспечивает сохранность всех элементов котла, которые не так сильно изнашиваются.
Преимущества использования термостата:
- установка комфортного микроклимата — можно выбрать до 7 режимов;
- экономия при оплате за газ (около 20%);
- увеличение времени эксплуатации всех элементов отопительной системы, в том числе циркуляционного насоса;
- не допускает сильную сухость воздуха и перегрев в доме;
- снижение количества включений котельного оборудования.
Индивидуально заданные настройки температуры для термостата особенно актуальны для семей с детьми, когда все время необходимо соблюдать комфортный микроклимат, а также для тех людей, которые особо чувствительны к перепадам температур.
В этом видео вы узнаете, как работает беспроводной термостат:
