Регулятор температуры для электрообогревателя своими руками схема. Терморегулятор для отопления своими руками

Используется во многих технологических процессах, в том числе и для бытовых отопительных систем. Фактором определяющим действие терморегулятора, является наружная температура, значение которой анализируется и при достижении установленного предела, расход сокращается либо увеличивается.

Терморегуляторы бывают различного исполнения и сегодня в продаже достаточно много промышленных версий, работающих по различному принципу и предназначенных для использования в разных областях. Также доступны и простейшие электронные схемы, собрать которые может любой, при наличии соответствующих познаний в электронике.

Описание

Терморегулятор представляет собой устройство, устанавливаемое в системах энергоснабжения и позволяющее оптимизировать затраты энергии на обогрев. Основные элементы терморегулятора:

1. Температурные датчики – контролируют уровень температуры, формируя электрические импульсы соответствующей величины.
2. Аналитический блок – обрабатывает электрические сигналы поступающие от датчиков и производит конвертацию значения температуры в величину, характеризующую положение исполнительного органа.
3. Исполнительный орган – регулирует подачу, на величину указанную аналитическим блоком.

Современный терморегулятор – это микросхема на основе диодов, триодов или стабилитрона, могущих преобразовывать энергию тепла в электрическую. Как в промышленном, так и самодельном варианте, это единый блок, к которому подключается термопара, выносная или располагаемая здесь же. Терморегулятор включается последовательно в электрическую цепь питания исполняющего органа, таким образом, уменьшая или увеличивая значение питающего напряжения.

Принцип работы

Датчик температуры подает электрические импульсы, величина тока которых зависит от уровня температуры. Заложенное соотношение этих величин позволяет устройству очень точно определить температурный порог и принять решение, например, на сколько градусов должна быть открыта заслонка подачи воздуха в твердотопливный котел, либо открыта задвижка подачи горячей воды. Суть работы терморегулятора заключается в преобразовании одной величины в другую и соотнесении результата с уровнем силы тока.

Простые самодельные регуляторы, как правило, имеют механическое управление в виде резистора, передвигая который, пользователь устанавливает необходимый температурный порог срабатывания, то есть, указывая, при какой наружной температуре необходимо будет увеличить подачу. Имеющие более расширенный функционал, промышленные приборы, могут программироваться на более широкие пределы, при помощи контроллера, в зависимости от различных диапазонов температуры. У них отсутствуют механические элементы управления, что способствует долгой работе.

Как сделать своими руками

Сделанные собственноручно регуляторы получили широкое применение в бытовых условиях, тем более, что необходимые электронные детали и схемы всегда можно найти. Подогрев воды в аквариуме, включение вентилирования помещения при повышении температуры и многие другие несложные технологические операции вполне можно переложить на такую автоматику.

Схемы авторегуляторов

В настоящее время, у любителей самодельной электроники, популярностью пользуются две схемы автоматического управления:

1. На основе регулируемого стабилитрона типа TL431 – принцип работы состоит в фиксации превышения порога напряжения в 2,5 вольт. Когда на управляющем электроде он будет пробит, стабилитрон приходит в открытое положение и через него проходит нагрузочный ток. В том случае, когда напряжение не пробивает порог в 2,5 вольт, схема приходит в закрытое положение и отключает нагрузку. Достоинство схемы в предельной простоте и высокой надежности, так как стабилитрон оснащается только одним входом, для подачи регулируемого напряжения.
2. Тиристорная микросхема типа К561ЛА7, либо ее современный зарубежный аналог CD4011B – основным элементом является тиристор Т122 или КУ202, выполняющий роль мощного коммутирующего звена. Потребляемый схемой ток в нормальном режиме не превышает 5 мА, при температуре резистора от 60 до 70 градусов. Транзистор приходит в открытое положение при поступлении импульсов, что в свою очередь является сигналом для открытия тиристора. При отсутствии радиатора, последний приобретает пропускную способность до 200 Вт. Для увеличения этого порога, понадобится установка более мощного тиристора, либо оснащение уже имеющегося радиатором, что позволит довести коммутируемую способность до 1 кВт.

Необходимые материалы и инструменты

Сборка самостоятельно не займет много времени, однако обязательно потребуются некоторые знания в области электроники и электротехники, а также опыт работы с паяльником. Для работы необходимо следующее:

• Паяльник импульсный или обычный с тонким нагревательным элементом.
• Печатная плата.
• Припой и флюс.
• Кислота для вытравливания дорожек.
• Электронные детали согласно выбранной схемы.

Пошаговое руководство

1. Электронные элементы необходимо разместить на плате с таким расчетом, чтобы их легко было монтировать, не задевая паяльником соседние, возле деталей активно выделяющих тепло, расстояние делают несколько большим.
2. Дорожки между элементами протравливаются согласно рисунку, если такого нет, то предварительно выполняется эскиз на бумаге.
3. Обязательно проверяется работоспособность каждого элемента и только после этого выполняется посадка на плату с последующим припаиванием к дорожкам.
4. Необходимо проверять полярность диодов, триодов и других деталей в соответствии со схемой.
5. Для пайки радиодеталей не рекомендуется использовать кислоту, поскольку она может закоротить близкорасположенные соседние дорожки, для изоляции, в пространство между ними добавляется канифоль.
6. После сборки, выполняется регулировка устройства, путем подбора оптимального резистора для максимально точного порога открывания и закрывания тиристора.

Область применения самодельных терморегуляторов

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

Ремонт своими руками

Собранные собственноручно, эти приборы служат достаточно долго, однако существует несколько стандартных ситуаций, когда может потребоваться ремонт:

• Выход из строя регулировочного резистора – случается наиболее часто, поскольку изнашиваются медные дорожки, внутри элемента, по которым скользит электрод, решается заменой детали.
• Перегрев тиристора или триода – неправильно была подобрана мощность или прибор находится в плохо вентилируемой зоне помещения. Чтобы в дальнейшем избежать подобного, тиристоры оборудуются радиаторами, либо же следует переместить терморегулятор в зону с нейтральным микроклиматом, что особенно актуально для влажных помещений.
• Некорректная регулировка температуры – возможно повреждение терморезистора, коррозия или грязь на измерительных электродах.

Преимущества и недостатки

Несомненно, использование автоматического регулирования, уже само по себе является преимуществом, так как потребитель энергии получает такие возможности:

• Экономия энергоресурсов.
• Постоянная комфортная температура в помещении.
• Не требуется участие человека.

Автоматическое управление нашло особенно большое применение в системах отопления многоквартирных домов. Оборудуемые терморегуляторами вводные задвижки автоматически управляют подачей теплоносителя, благодаря чему жители получают значительно меньшие счета.

Недостатком такого прибора можно считать его стоимость, что впрочем, не относится к тем, что изготовлены своими руками. Дорогостоящими являются только устройства промышленного исполнения, предназначенные для регулирования подачи жидких и газообразных сред, так как исполнительный механизм включает в себя специальный двигатель и другую запорную арматуру.

Хотя сам прибор достаточно нетребователен к условиям эксплуатации, точность реагирования зависит от качества первичного сигнала и особенно это касается автоматики работающей в условиях повышенной влажности или контактирующей с агрессивными средами. Термодатчики в таких случаях, не должны контактировать с теплоносителем напрямую.

Выводы закладываются в гильзу из латуни, и герметично запаиваются эпоксидным клеем. Оставить на поверхности можно торец терморезистора, что будет способствовать большей чувствительности.

Терморегуляторы повсеместно применяются в различных целях: в автомобилях, отопительных системах различного типа, холодильных камерах и печах. Их работа заключается в отключении или включении приборов после достижения определённой температуры. Простой механический терморегулятор своими руками сделать нетрудно. Современные конструкции имеют более сложную схему, но при некотором опыте можно сделать аналоги и таких стройств.

Показать всё

Механический терморегулятор

На сегодня самые новые модели терморегуляторов управляются с помощью сенсорных кнопок, более старые модели - механическими. Большинство этих устройств имеют цифровую панель, где отображается температура теплоносителя в реальном времени, а также необходимый максимальный градус.

Производство таких устройств не обходится без их программирования, поэтому их цена очень высокая. Они позволяют настроить температурный режим по разным параметрам, к примеру, по часам или дням недели. Температура при этом будет меняться автоматически.

Если говорить о терморегуляторах для промышленных стальных печей, то сделать их самостоятельно будет сложно, так как они имеют сложную конструкцию и требуют внимания не одного специалиста. Такие в основном изготавливаются на заводах. Но сделать простой регулятор температуры своими руками для автономной отопительной системы, инкубаторов и т. п. - это несложная задача. Главное, придерживаться всех чертежей и рекомендаций по производству.

Для того чтобы понять, как , можно разобрать простую механическую конструкцию. Она работает по принципу открывания и закрывания дверки (заслонки) котла, чем уменьшает или увеличивает доступ воздуха к камере сгорания. Реагирует датчик, конечно же, на температуру.

Для производства такого устройства понадобятся следующие комплектующие :

• пружина для возврата;
• два рычага;
• две алюминиевые трубки;
• регулировочный узел (имеет вид кран-буксы);
• цепочка, которая соединяет две части (термостат и дверку).

Все комплектующие необходимо собрать и вмонтировать на котёл.

Работает устройство благодаря свойству алюминия расширяться под воздействием температуры. В связи с этим заслонка и закрывается. Если температура уменьшается, алюминиевая труба остывает и уменьшается в размерах, поэтому заслонка приоткрывается.

Но такая схема имеет и свои существенные минусы. Проблема в том, что определить таким образом, когда сработает заслонка, трудно. Чтобы приблизительно настроить механизм, нужны точные расчёты. Невозможно определить в точности насколько будет расширяться алюминиевая труба. Поэтому в большинстве случаев сейчас предпочитают устройства с электронными датчиками.

Самодельный механический терморегулятор для шахтного котла



Простой электронный прибор

Для более точной работы без электронных комплектующих не обойтись. Самые простые терморегуляторы работают по схеме на основе реле.





Основными элементами такого устройства являются :

• пороговая схема;
• индикаторное устройство;
• датчик температуры.

Схема самодельного термостата должна реагировать на повышение (понижение) температуры и включать исполнительное устройство или приостанавливать его работу. Для реализации самой простой схемы следует использовать биполярные транзисторы. Термореле сделано по типу триггера Шмидта. Терморезистор будет выполнять функцию датчика температуры. Он будет изменять сопротивление в зависимости от температуры, которая настраивается в общем блоке управления.

Но кроме терморезистора, термодатчиком могут выступать :

• термисторы;
• полупроводниковые элементы;
• термометры сопротивления;
• биметаллические реле;
• термопары.

Используя схемы и чертежи из неизвестных источников, стоит иметь в виду, что зачастую они не соответствуют приложенному описанию. В связи с этим необходимо тщательно изучить весь материал, до того как приступить к изготовлению устройства.

Перед началом работ нужно определиться с температурным диапазоном устройства, а также его мощностью. Нужно учитывать, что для холодильника будут применяться одни комплектующие, а для отопительного оборудования - другие.



Устройство из трёх комплектующих

Простой электронный термостат своими руками можно собрать для использования на вентиляторах и персональных компьютерах. Таким образом, можно понять принцип его работы. В качестве основы используется макетная плата.

Из инструментов понадобится паяльник, но если его нет или недостаточно опыта работы, то можно использовать и беспаечную плату.

Схема состоит из трёх элементов :

• силовой транзистор;
• потенциометр;
• термистор, который будет выполнять функцию датчика температуры.

Термодатчик (термистор) реагирует на повышение градусов, в связи с этим вентилятор будет включаться.

Для регулировки устройства сначала необходимо выставить данные для вентилятора в выключенном положении. После чего нужно включить компьютер и подождать когда он нагреется до определённой температуры, чтобы зафиксировать момент включения вентилятора. Настройка совершается несколько раз. Это позволит убедиться в эффективности работы.

Сегодня современные изготовители различных элементов и микросхем могут предложить большой выбор запчастей. Все они отличаются по техническим характеристикам и внешнему виду.

Терморегулятор своими руками



Регуляторы температуры для отопительных систем

При изготовлении и установке терморегулятора с датчиком температуры воздуха своими руками для отопительных систем необходимо точно откалибровать верхнюю и нижнюю черту. Это позволит избежать перегрева оборудования, что может привести к выходу из строя всей системы в лучшем случае. В худшем перегрев оборудования может привести к его взрыву и возможному летальному исходу.




Для этих целей понадобится прибор для измерения силы тока. С помощью чертежей и схем можно сделать наружное оборудование для регулировки температуры твердотопливного котла. Для работы можно использовать схему К561ЛА7. Принцип функционирования заключается в той же способности терморезистора уменьшать или увеличивать сопротивление при определённых температурных условий. Нужные показатели можно задать с помощью резистора переменного тока. Сначала напряжение подаётся на инвертор, а потом передаётся на конденсаторы, которые соединены с триггерами и контролируют их работу.

Принцип действия прост. При понижении градусов напряжение в реле возрастает. Если значение будет меньше нижних граничных показателей, вентилятор автоматически выключается.

Напаивать элементы лучше на слепыше. В качестве блока питания можно использовать устройство, которое работает в пределах 3−15 В.

Любое самодельное устройство, установленное на отопительную систему, может привести к выходу её из строя. Кроме этого, такие действия могут запрещаться службами государственного контроля. К примеру, если в доме установлен газовый котёл, то такое дополнительное оборудование может быть изъято газовой службой. В отдельных случаях даже выписываются штрафы.

Терморегулятор для ТЭН своими руками: схема и инструкция

Цифровое оборудование

Для изготовления современного прибора с точной регулировкой необходимых градусов без цифровых комплектующих не обойтись.

В качестве основной микросхемы используется PIC16F628A. С помощью такой схемы можно управлять различными устройствами электронного типа.

Принцип работы тоже не является очень сложным. К трёхзарядному индикатору с общим катодом подаются значения заданной (необходимой) температуры и существующей на данный момент.

Чтобы задать нужную температуру, в микросхеме есть два элемента sb1 и sb2, к которым в последующем припаиваются механические кнопки. Первый элемент служит для уменьшения температуры, а второй для увеличения.

Установка значения гистерезиса выполняется с одновременным нажатием при настройке кнопки sb3.

При самодельном изготовлении устройств важно не только правильно спаять и изготовить схему, но и разместить устройство на оборудовании в правильном месте. Сама плата должна быть защищена от попадания влаги и пыли, во избежание появления короткого замыкания, а соответственно выхода из строя устройства. Изоляция всех контактов также играет очень важную роль.

Существует три вида внутренних сигналов :

1. 1. Данные снимаются непосредственно с теплоносителя. В обиходе не очень популярный, так как его эффективность недостаточная. Принцип работы заключается в погружном датчике или другом подобном ему устройстве. Хотя с эффективностью есть проблемы, но на рынке относится к дорогому сегменту подобных устройств.
2. 2. Внутренние воздушные волны. Этот вариант самый популярный, поскольку считается надёжным и экономичным. Он берёт данные не температуры теплоносителя, а непосредственно воздуха. Это позволяет добиться более высокой точности. Какой градус будет выставлен в блоке управления, такова и будет температура воздуха. Соединяется с отопительной системой с помощью кабеля. Такие модели постоянно усовершенствуются производителями, что делает их более удобными и функциональными.
3. 3. Внешние воздушные волны. Функционирует на основе уличного датчика. Он срабатывает при любых изменениях погодных условий, и немедля реагирует, изменяя настройки отопительного оборудования.

Такие аппараты могут быть как электрическими, так и электронными. Сигнал терморегуляторы могут получать в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Работа и изменение температуры может происходить благодаря контролю за температурой радиаторов и веток магистрали или фиксируя изменения мощности котла.

Сегодня на рынке есть много популярных моделей от топовых производителей, которые уже закрепили своё положение. К ним в первую очередь можно отнести E 51.716 и IWarm 710. Сам корпус небольших размеров и сделанный из пластполимера, который не горит. Несмотря на это в нём есть множество полезных функций. Дисплей, как на такие маленькие разеры, довольно большой. На нём отображаются все существующие данные. Стоят такие приборы в пределах 2500−3000 рублей.

К функциональным особенностям первой модели можно отнести возможность её монтажа в стену в любом положении, температура регулируется одновременно от самого пола, а также наличия кабеля длиной в 3 м. При монтаже необходимо подумать о том, будет ли свободный доступ к устройству для беспрепятственного управления им.

К вышеперечисленным плюсам можно добавить и некоторые минусы. К ним относится небольшй набор функций, которые есть в аналогах этих устройств. При пользовании это иногда вызывает дискомфорт. К тому же в этих моделях нет функции автоматического нагревания. Но при желании её можно доделать уже самостоятельно.

Таким образом, сделать самостоятельно терморегулятор или приобрести и установить готовую модель не составит никакого труда, если в точности придерживаться всех схем, чертежей и инструкций по изготовлению и монтажу. Это оборудование позволит сэкономить время хозяев на ручной регулировке температуры определённых приборов.

Андрей , возможно, вся проблема в симисторе КУ208Г. 127В получается от того, что симистор пропускает один из полупериодов сетевого напряжения. Попробуйте заменить его на импортный BTA16-600 (16А, 600В), они работают более устойчиво. BTA16-600 купить сейчас не проблема, да и стоит он не дорого.

sta9111 , для ответа на этот вопрос придется вспомнить, как работает наш терморегулятор. Вот, абзац из статьи: «Напряжение на управляющем электроде 1 задается с помощью делителя R1, R2 и R4. В качестве R4 используется терморезистор с отрицательным ТКС, поэтому при нагревании его сопротивление уменьшается. Когда на выводе 1 напряжение выше 2,5В микросхема открыта, реле включено.»

Другими словами при желаемой температуре, в Вашем случае 220 градусов, на терморезисторе R4 д.б. падение напряжения 2,5В, обозначим его как U_2,5В. Номинал Вашего терморезистора 1КОм, - это при температуре 25 градусов. Именно эта температура указывается в справочниках.

Справочник по терморезисторам msevm.com/data/trez/index.htm

Здесь же можно посмотреть рабочий диапазон температур и ТКС: для температуры 220 градусов мало что подходит.

Характеристика полупроводниковых терморезисторов нелинейна, как показано на рисунке.

Рисунок. Вольт-амперная характеристика терморезистора - сайт/vat.jpg

К сожалению, тип Вашего терморезистора неизвестен, так что будем считать, что у Вас терморезистор ММТ-4.

По графику получается, что при 25 градусах сопротивление терморезистора как раз 1КОм. При температуре 150 градусов сопротивление падает примерно до 300 Ом, точнее по этому графику определить просто нельзя. Обозначим это сопротивление как R4_150.

Таким образом, получается, что ток через терморезистор составит (закон Ома) I= U_2,5В/ R4_150 = 2,5/300 = 0,0083А = 8,3мА. Это при температуре 150 градусов, кажется, пока все понятно, и ошибок в рассуждениях, как будто, нет. Продолжим дальше.

При напряжении питания 12В получается, что сопротивление цепи R1, R2 и R4 составит 12В/8,3мА=1,445КОм или 1445Ом. За вычетом R4_150 получается, что сумма сопротивлений резисторов R1+R2 составит 1445-300=1145Ом, или 1,145КОм. Таким образом, можно применить подстроечный резистор R1 1КОм, и ограничительный резистор R2 470Ом. Вот такой получается расчет.

Все бы это хорошо, только немногие терморезисторы предназначены для работы на температурах до 300 градусов. Более всего для этого диапазона подойдут терморезисторы СТ1-18 и СТ1-19. Смотрите справочник msevm.com/data/trez/index.htm

Таким образом, получается, что данный терморегулятор не обеспечит стабилизацию температуры 220 и выше градусов, поскольку рассчитан на применение полупроводниковых терморезисторов. Вам придется искать схему с металлическими термосопротивлениями ТСМ или ТСП.

Успешная инкубация яиц домашней птицы невозможна без стабильного выдерживания температурного режима. Терморегулятор для инкубатора должен обеспечивать точность на уровне ±0,1˚С, с возможностью ее изменения в пределах от 35 до 39˚С. Этому требованию соответствует большинство из поступающих в продажу цифровых и аналоговых приборов. Достаточно точное термореле можно изготовить и дома, при условии элементарных познаний в электронике и умения держать в руках паяльник.

В давние времена…

В первых бытовых и промышленных инкубаторах прошлого века температура регулировалась при помощи биметаллических реле. Для снятия нагрузки и исключения влияния перегрева контактов нагреватели включались не напрямую, а через мощные силовые реле. Такую комбинацию можно встретить в дешевых моделях и по сей день. Простота схемы являлась залогом надежной работы, а сделать такой терморегулятор для инкубатора своими руками мог любой старшеклассник.

Все положительные моменты сводились на нет низкой разрешающей способностью и сложностью регулировки. Температуру в процессе необходимо снижать по графику с шагом в 0,5˚С, а сделать это точно регулировочным винтом на расположенном внутри инкубатора реле весьма проблематично. Как правило, температура оставалась постоянной на всем протяжении «насиживания», что приводило к снижению выводимости. Конструкции с регулировочной ручкой и проградуированной шкалой были удобнее, но точность удержания снижалась на ±1-2˚С.

Первые электронные

Несколько сложнее устроен аналоговый регулятор температуры для инкубатора. Обычно под этим термином подразумевают тип управления, при котором уровень снимаемого с датчика напряжения непосредственно сравнивается с опорным уровнем. Нагрузка включается-выключается в импульсном режиме в зависимости от разницы в уровнях напряжений. Точность регулировки даже простых схем находится в пределах 0,3-0,5 ˚С, а при использовании операционных усилителей точность возрастает до 0,1-0,05˚С.

Для грубой установки требуемого режима на корпусе прибора имеется шакала. Стабильность показаний мало зависит от температуры в помещении и перепадов сетевого напряжения. Для исключения влияния помех подключение датчика выполняется экранированным проводом минимальной требуемой длины. К данной категории можно отнести и редко встречающиеся модели с аналоговым управлением нагрузкой. Нагревательный элемент в них включен постоянно, а температура регулируется плавным изменением мощности.

Хорошим примером может послужить модель ТРи-02 – аналоговый терморегулятор для инкубатора, цена которого не превышает 1500 руб. С 90-х годов прошлого века им оснащали серийные . Прибор прост в управлении и комплектуется выносным датчиком с кабелем 1 м, сетевым шнуром и метровым проводом нагрузки. Технические параметры:

1. Мощность нагрузки при стандартном сетевом напряжении от 5 до 500 Вт.
2. Регулировочный диапазон – 36-41˚С при точности не хуже ±0,1˚С.
3. Температура окружающей среды от 15 до 35˚С, допустимая влажность до 80%.
4. Бесконтактное симисторное включение нагрузки.
5. Габаритные размеры корпуса 120х80х50 мм.

В цифрах всегда точнее

Большую точность регулировки обеспечивают цифровые измерительные приборы. Классический цифровой терморегулятор для инкубатора отличается от аналогового способом обработки сигнала. Снимаемое с датчика напряжение проходит аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и лишь затем попадает в блок сравнения. Изначально заданное в цифровом виде значение требуемой температуры сравнивается с полученным с датчика, и на управляющее устройство подается соответствующая команда.

Такая структура значительно повышает точность измерения, минимально завися от температуры окружающей среды и помех. Стабильность и чувствительность обычно ограничиваются возможностями самого датчика и разрядностью системы. Цифровой сигнал позволяет вывести значение текущей температуры на светодиодное или жидкокристаллическое табло без усложнения схемотехники. Значительная часть промышленных моделей имеет расширенный функционал, который мы рассмотрим на примере нескольких современных устройств.

Возможностей бюджетного цифрового терморегулятора Ringder THC-220 вполне достаточно для самодельного домашнего инкубатора. Регулировка температуры в пределах 16-42˚С и внешний блок розеток для подключения нагрузки позволяет использовать устройство и в межсезонье – к примеру, для управления климатом помещения.

Для ознакомления приводим краткие характеристики устройства:

1. Текущая температура и влажность в районе датчика индицируются на ЖК-дисплее.
2. Диапазон индицируемой температуры от -40˚С до 100˚С, влажности 0-99%.
3. Выбранные режимы отображаются на экране в виде символов.
4. Шаг установки температуры 0,1˚С.
5. Возможность регулировки влажности до 99%.
6. 24 часовой формат таймера с делением на день/ночь.
7. Нагрузочная способность одного канала 1200 Вт.
8. Точность поддержания температуры в больших помещениях ±1˚С.

Более сложную и дорогостоящую конструкцию представляет собой универсальный контроллер XM-18. Выпускается прибор на территории КНР, а на российский рынок поступает в двух версиях – с английским и китайским интерфейсом. Экспортный вариант для Западной Европы при выборе, естественно, предпочтительней.

Освоение прибора не займет много времени. В зависимости от того, какая температура должна быть в инкубаторе, вы можете корректировать заводскую программу при помощи 4-х клавиш. На 4-х экранах лицевой панели отображается текущие значения температуры, влажности и дополнительные рабочие параметры. Индикация активных режимов осуществляется 7-ю светодиодами. Звуковая и световая сигнализация при опасных отклонениях значительно облегчает контроль. Возможности прибора:

1. Рабочий диапазон температур 0-40,5˚С при точности ±0,1˚С.
2. Регулировка влажности 0-99% при точности ±5%.
3. Максимальная нагрузка по каналу нагревателя 1760 Вт.
4. Максимальная нагрузка по каналам влажности, моторов и сигнализации не более 220 Вт.
5. Интервал между переворачиванием яиц 0-999 мин.
6. Время работы вентилятора охлаждения 0-999 сек. с интервалом между периодами 0-999 мин.
7. Допустимая температура помещения -10 до +60˚С, относительная влажность не более 85%.

Выбирая терморегуляторы с датчиком температуры воздуха для инкубатора, учитывайте возможности вашей конструкции. Небольшому инкубатору с головой хватит контроля температуры и влажности, а большая часть дополнительных опций дорогостоящей аппаратуры так и останется невостребованной.

Терморегулятор – своими руками

Невзирая на большой выбор готовых изделий, многие предпочитают собрать схему терморегулятора для инкубатора своими руками. Простейший вариант, представленный ниже, был одной из самых массовых радиолюбительских конструкций в 80-е годы. Несложная сборка и доступная элементная база перетягивали недостатки – зависимость от температуры в помещении и неустойчивость к сетевым помехам.

Радиолюбительские схемы на операционных усилителях часто превосходили по эксплуатационным характеристикам промышленные аналоги. Одну из таких схем, собранную на ОУ КР140УД6, под силу повторить даже новичкам. Все детали встречаются в бытовой радиоаппаратуре конца прошлого века. При исправных элементах схема начинает работать сразу и нуждается только в калибровке. При желании можно найти подобные решения на других ОУ.

Сейчас все больше схем делается на PIC-контроллерах – программируемых микросхемах, функции которых изменяются путем прошивки. Выполненные на них терморегуляторы отличаются простой схемотехникой, по функциональным возможностям не уступая лучшим промышленным образцам. Схема ниже приведена только в качестве иллюстрации, поскольку требует соответствующей прошивки. Если у вас имеется программатор, на радиолюбительских форумах несложно скачать готовые решения вместе с кодом прошивки.

От массы термодатчика напрямую зависит быстрота срабатывания регулятора, ведь излишне массивный корпус обладает большой инертностью. «Загрубить» чувствительность миниатюрного терморезистора или диода можно, надев на деталь отрезок пластикового кембрика. Иногда для герметичности его заполняют эпоксидной смолой. Для однорядных конструкций с верхним нагревом датчик лучше размещать непосредственно над поверхностью яиц на равном удалении от нагревательных элементов.

Инкубация – не только прибыльное, но и увлекательное занятие. Совмещенное с техническим творчеством, для многих оно становиться хобби на всю жизнь. Не бойтесь экспериментировать и желаем вам успешного воплощения проектов в жизнь!

Обзор терморегуляторов для инкубатора - видео

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