Терморегулятор с плавной регулировкой мощности схема

Cамодельный терморегулятор для инкубатора

Терморегулятор – одно из самых востребованных устройств в радиолюбительской практике. Создано множество схем, использующих разные датчики, элементную базу и способы регулирования.

Схема терморегуляторов для инкубаторов

Терморегулятор для инкубатора создан после долгого поиска оптимального варианта терморегулятора для использования в промышленных инкубаторах старых и новых образцов, хотя с успехом может применяться и для решения других задач. Автором было рассмотрено около 50-ти схем разных авторов, доступных в Интернете, технической и периодической литературе, однако не удовлетворяющих основным поставленным требованиям.

Большинство схемных решений используют позиционный (релейный) способ регулирования температуры, при котором нагревательные элементы (ТЭНы) либо включаются на полную мощность, либо отключаются полностью. Такой способ применим для инкубаторов небольшого объема, при использовании в больших камерах со значительной тепловой инерцией, наблюдается слишком большая разница температур 2…3 градусов в разных местах камеры, даже при сильном перемешивании воздуха вентиляторами.

При этом температура в месте установки датчика стабилизируется с достаточно высокой точностью до 0,1 градусов. Причина данного явления состоит в том, что тепловая энергия в камеру подается порциями с периодом, который соизмерим с тепловой постоянной времени инкубационной камеры.

Как результат, в камере образуются зоны с постоянной, но различной температурой, наблюдается своеобразный тепловой резонанс. Улучшить равномерность распределения температуры можно, повысив интенсивность перемешивания воздуха, но это неизбежно негативно скажется на качестве инкубации – приведет к высыханию яиц, попавших в сильные потоки теплого воздуха.

Другой способ, использованный автором в предлагаемой схеме – применение пропорционального терморегулятора, в котором мощность ТЕНов плавно регулируется, и находится в пропорциональной зависимости от разницы реальной и заданной температур. В таком случае, после выхода инкубатора на заданную температуру и окончания переходных процессов, мощность ТЭНов стабилизируется на уровне, достаточном для компенсации потерь энергии. Разницу температуры в разных местах камеры удается свести к минимуму.

Кроме того, уменьшение тока через ТЭНы позволяет увеличить срок их службы, и уменьшить сжигание кислорода на их поверхности. В качестве датчика температуры в терморегуляторе использовано медное термосопротивление с номинальной статической характеристикой преобразования (НСХП) 50М (50 Ом при 0°C), хотя возможно применение других медных или платиновых термосопротивлений – 100М, 50П, 100П, НСХП которых приведены в табл.1.

Данный выбор обусловлен тем, что данные датчики выпускаются промышленностью с достаточно высокой точностью, и позволяют производить их замену без дополнительной настройки схемы. Они достаточно чувствительны, обладают линейной характеристикой, могут применяться в широком диапазоне температур, выпускаются в корпусах, стойких к влаге и агрессивному воздействию, и, главное, их легко найти на любой барахолке. Датчик можно изготовить и самому, как это сделать достаточно подробно рассказано в [7].

Номинальные статические характеристики преобразования (НСХП) распространенных термопреобразователей (Ом)

t°C 50М 50М 100М 100М Гр.21 Гр.23
0 50.00 50.00 100.00 100.00 46.00 53.00
5 51.07 50.99 102.14 101.98 46.91 54.13
10 52.14 51.98 104.28 103.97 47.82 55.26
15 53.21 52.97 106.42 105.94 48.73 56.39
20 54.28 53.96 108.56 107.92 49.64 57.52
25 55.35 54.95 110.70 109.89 50.54 58.65
30 56.42 55.93 112.84 111.86 51.45 59.77
35 57.49 56.91 114.98 113.83 52.35 60.90
37.5 58.03 57.40 116.05 114.81 52.81 61.47
40 58.56 57.89 117.12 115.79 53.26 62.03
45 59.63 58.87 119.26 117.75 54.16 63.16
50 60.70 59.85 121.40 119.71 55.06 64.29

Принципиальная схема терморегулятора показана здесь на рисунке 1. Датчик температуры RT1 включен в измерительный мост постоянного тока, состоящий из резисторов R15-R18, R25. Питание измерительного моста осуществляется стабилизированным отрицательным напряжением -5В через цепочку R19, VD11. Переменным резистором R25 изменяется ток через плечи моста, и таким образом осуществляется настройка терморегулятора на нужную температуру.

Резистор R18, включенный параллельно R25, служит для подбора ширины диапазона регулирования. Резистор R16, включенный параллельно R16, служит для подбора середины диапазона регулирования. Автором не использованы подстроечные резисторы с целью удешевления и повышения надежности схемы. Конденсаторы С10, С11 служат для фильтрации помех, диоды VD9, VD10 – для защиты входов операционного усилителя DA1.

Разница напряжений с диагонали измерительного моста поступает на дифференциальные входы операционного усилителя DA1, который осуществляет необходимое усиление входного сигнала. На элементах R21, C14 реализована обратная связь, определяющая коэффициент усиления схемы. R14, С12, С13 – внешние элементы коррекции ОУ. С выхода операционного усилителя усиленный сигнал проходит через интегрирующую цепочку R20.C15, и через токозадающий резистор R26 поступает на светодиод оптрона V2. Также к выходу ОУ подключен миллиамперметр-индикатор Р1, по которому удобно отслеживать работу терморегулятора.

Питание устройства осуществляется от обычного трансформаторного двухполярного блока питания, содержащего параметрические стабилизаторы на -5В, -9В, +9В, +12В. Также, для питания выходного каскада используется нестабилизированное напряжение + 15В. Единственной особенностью является применение диода VD2, для возможности использования пульсирующего напряжения с выхода диодного моста VD1 (осц.1. изображение.2).

Двухполупериодное напряжение через токоограничивающий резистор R5 поступает на светодиод оптрона VI. Транзистор этого оптрона открыт почти все время, кроме короткого промежутка, когда сетевое напряжение близко к нулю. В результате, на выходе оптрона вырабатываются положительные импульсы перехода сетевого напряжения через ноль, которые подаются на вход 1 DD1.1 (ocц.2. рис.2). Проинвертированные элементом DD1.1 импульсы (осц.3. рис.2) поступают на формирователь пилообразного напряжения собранный на элементах VD7, V2, R27, С8, с которого сигнал поступает на включенные последовательно инверторы DD1.2. DD1.3.

Время заряда конденсатора С8 определяется сопротивлением транзистора оптрона V2, которое, в свою очередь, зависит от напряжения на выходе ОУ DA1. С увеличением данного напряжения возрастает крутизна «пилы», изменяется момент достижения ею порогового значения Up (осц.4. изображение.2) и изменяется фаза переднего фронта импульсов выходе элемента DD1.3 (осц.5. рисунок.2). Дальше, импульсы поступают на формирователь импульса управления тиристорами, собранный на дифференцирующей цепочке С9, R10.VD8 и включенных последовательно инверторов DD1.4.DD1.5.

В результате, на базу составного транзистора VT2.VT3 поступают для усиления по току короткие импульсы с фазой, зависящей от разбалланса измерительного моста (осц.7. изображение.2), то есть напряжение на ТЭНы будет изменяться в зависимости от разницы реальной и заданной температур. Для уменьшения влияния на работу схемы, питание выходного каскада на составном транзисторе VT2.VT3 осуществляется нестабилизированным напряжением + 15В. Светодиод HL2 служит для контроля за работой регулятора, яркость его свечения свидетельствует о размере напряжения, поданного на ТЭН.

Схема имеет гальваническую развязку с сетью 220 В, реализованную с помощью трансформатора Тр1 и оптотиристоров VS1.VS2. Несколько слов о деталях, использованных в схеме. Трансформатор Тр1, мощностью 6-10Вт, с двумя вторичными обмотками на напряжение под нагрузкой 12-13 В. Стабилитроны – любые на соответствующие напряжения. В случае использования 100М или 10ОП следует изменить номинал резистора R12 на 100 Ом.

Для силовой части схемы автором использованы два оптотиристора Т0112-25, включенные встречно, которые, при установке на теплоотводы, позволяют управлять ТЭНами, мощностью до 2 кВт. Возможно использование других вариантов силовой части схемы, использованных в [5], [6], [8]. Настройка схемы производится в такой последовательности.

Подключить к терморегулятору в качестве нагрузки лампу накаливания мощностью 40…60 Вт.

  1. Поместить датчик температуры в термостат с температурой 37,5°С, или подключить вместо датчика магазин сопротивлений, на котором установить сопротивление, соответствующее сопротивлению датчика при температуре 37,5°С, или подключить вместо датчика резистор с сопротивлением, соответствующим сопротивлению датчика при температуре 37,5 °C. Желательно сразу использовать для подключения кобель нужной длины, чтобы учесть его сопротивление.
  2. Установить движок переменного резистора R25 в среднее положение и подбором резистора R16 добиться уровня напряжения на выв. 10 DA1 +2В.
  3. Проверить распайку переменного резистора R25, при повороте движка по часовой стрелке, уровень напряжения на выв. 10 DA1 должен возрастать.
  4. Повернуть движок переменного резистора R25 по часовой стрелке до упора, подбором резистора R26 добиться формы пилообразных импульсов на выв. 3DD1.2 (осц. 4. изображение. 2) соответствующей кривой С, при которой скважность прямоугольных импульсов на выв. 6DD1.3 (осц. 5. рисунок. 2) достигнет значения 1:10, что соответствует минимальному углу сдвига управляющего импульса относительно момента перехода сетевой синусоиды через ноль.
  5. Плавно вращая движок переменного резистора R25 убедиться, что яркость лампы плавно изменяется от минимума к максимуму.
  6. Градуировку шкалы удобнее всего производить с помощью магазина сопротивлений, используя значения из Табл. 1. Для этого на магазине нужно установить значение, соответствующее нужной температуре, а движком R25 добиться свечения лампы в полнакала, после чего сделать отметку на шкале. В этот момент нужно подобрать сопротивление R22, при котором стрелка индикатора Р1 будет отклоняться на половину шкалы.
  7. При указанном на схеме сопротивлении резистора R18 ширина диапазона регулирования составляет около 10°С, при необходимости расширить диапазон, нужно использовать резистор с большим сопротивлением.

Печатная плата устройства, показана на рис.3, разработана для изготовления из одностороннего стеклотекстолита и использования широко распространенных типов радиокомпонентов. По данной схеме автором изготовлено более 20-ти терморегуляторов для замены устаревших моделей на промышленных инкубаторах «Универсал», ИКП-90, ИУП-Ф-45 а также самодельных инкубаторах большой вместимости.

Источник

Терморегулятор своими руками

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

Терморегулятор холодильника

Понятие о температурных регуляторах

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

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

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

Перечисленные особенности поясняют назначение типовых функциональных узлов:

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

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

Принцип работы

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

Виды

В простейшем варианте (реле холодильника) применяют механический переключатель. Для более точной регулировки (обороты двигателя) используют не только микроэлектронику, но и специализированное программное обеспечение.

Терморегулятор на трех элементах

Чтобы сделать простой терморегулятор своими руками схема для блока питания персонального компьютера подходит лучше других вариантов.

Регулятор вентилятора для компьютерного БП

Термистором измеряют температуру в контрольной точке. Потенциометром устанавливают оптимальное значение для включения вентилятора. Изменять обороты данная схема не способна. Подключает индуктивную нагрузку MOSFET транзистор. Допустимо применение аналога с подходящими силовыми характеристиками.

Терморегуляторы для котлов отопления

Регулятор температуры своими руками можно сделать в рамках проекта модернизации старого котла. Не имеет значения вид топлива, хотя проще обеспечить хороший результат с применением газового оборудования.

Схема термостата с индикацией показаний на LCD экране

Цифровой терморегулятор

В этом примере разработчики создавали устройство поддержания температурного режима в хранилище фруктов (овощей). Для анализа поступающих данных выбрана микросхема со следующими блоками:

  • таймеры;
  • генератор;
  • два компаратора;
  • модули обмена, сравнения и передачи данных.

При соответствующем положении переключателей светодиодная матрица показывает актуальное значение температуры или контрольный уровень. Кнопками в пошаговом режиме устанавливают нужный порог срабатывания.

 Схема с регулировкой гистерезиса

Самодельный регулятор температуры

Создать функциональный термостат своими руками не слишком сложно. Тем не менее, надо реалистично оценивать собственные возможности. Следующие инструкции помогут принять правильное решение.

Простейшая схема

Чтобы исключить лишние трудности, применяют схему с блоком питания без трансформатора. Для выпрямления питающего напряжения используют обычный диодный мост. Необходимый уровень постоянной составляющей поддерживают стабилитроном. Конденсатором устраняют броски.

Типовой делитель подойдет для контроля напряжения. В одном плече устанавливают резистор, который реагирует на изменение температуры. Для управления исполнительным устройством подойдет реле.

Прибор для помещения

Это устройство можно использовать для поддержания температурного режима в мини-теплице, другом ограниченном объеме. Основной элемент – микросхема операционного усилителя, которая включена в режиме сравнения напряжений. Точную и грубую настройку порога срабатывания выполняют с помощью резисторов R5 и R4, соответственно.

Терморегулятор для инкубатора

На микросхеме LM 311

Этот вариант предназначен для подключения электрических теплых полов, других мощных нагрузок. Следует обратить внимание на повышенную надежность изделия, которая обеспечена гальванической развязкой цепей со слабыми и сильными токами.

Схема для подключения мощной нагрузки

Необходимые материалы и инструменты

В некоторых ситуациях понадобятся навыки изготовления сложной печатной платы. Простейшие схемы собирают за несколько минут с применением паяльника и технологии навесного монтажа. До выполнения рабочих операций необходимо приобрести:

  • комплектующие детали;
  • расходные материалы;
  • измерительную аппаратуру.

Список покупок составляют на основе выбранной электрической схемы. Для защиты устройства от неблагоприятных внешних воздействий и улучшения внешнего вида создают соответствующий корпус.

Достоинства и недостатки

Плюсы и минусы отдельных схем оценивают с учетом реальных условий эксплуатации. Иногда выгодно затратить время и деньги на стадии реализации идеи с целью продления срока службы готового изделия. Нет смысла создавать самоделку, если фабричный аналог с официальными гарантиями стоит дешевле.

Как грамотно установить

Чтобы продлить срок службы терморегулятора, пользуются следующими рекомендациями:

  • не устанавливают электронику без дополнительной защиты на открытом воздухе, в помещениях с повышенным уровнем влажности;
  • при необходимости в неблагоприятную среду выносят контрольный датчик;
  • исключают расположение регулятора напротив тепловых пушек, других «генераторов» холода или тепла;
  • для повышения точности выбирают место без активных конвекционных потоков.

Как отремонтировать

Самодельный термодатчик своими руками восстановить нетрудно, так как известна технология проверки (настройки). Инструкции по ремонту фабричных изделий можно найти на официальном сайте производителя.

Видео

Источник

Простой терморегулятор своими руками

Огромное количество электрических приборов, используемых в быту и промышленности, основывают свою работу на определении уровня температуры окружающей среды. Измерительный элемент в них представляет собой датчик температуры, срабатывающий при нагревании или охлаждении до установленного уровня. Их можно приобрести в большинстве магазинов, ими комплектуются духовки, контроллеры и прочие устройства, но гораздо интереснее изготовить терморегулятор своими руками.

Далее мы рассмотрим принцип действия и варианты изготовления такой самоделки.

Немного теории

Любой терморегулятор конструктивно включает в себя три основных блока:

  • измерительный;
  • логический;
  • исполнительный.

Теоретически температурный датчик можно представить набором из четырех сопротивлений, среди которых три резистора будут представлены элементами с постоянными электрическими параметрами, а четвертый переменным. Они собираются в схему измерительного полуплеча, приведенную на рисунке 1 ниже:

На схеме показан принцип соединения резисторов для получения температурного датчика. Как видите, сопротивление R2 является переменным и меняет физическую величину в соответствии с изменениями температуры окружающей среды. При подаче одного и того напряжения питания в терморегуляторе, при изменении сопротивления в плече будет возрастать ток в цепи.

На основании изменений происходит анализ температурных колебаний в результате которого рабочий орган вызывает срабатывание терморегулятора и последующее отключение или включение оборудования.

Для измерения сопротивления резисторов в качестве логического элемента
устанавливается микросхема, работающая в режиме компаратора. Ее задача сравнить
электрические сигналы в двух плечах. Пример схемы регулятора температуры
приведен на рисунке:

Здесь блок микросхемы U1A принимает сигналы от измерителя температуры на входы 2 и 3. При достижении температуры срабатывания, в плечах начнет протекать разный ток, и компаратор выдаст на управляющий элемент электронного терморегулятора сигнал о включении.

При остывании датчика термометра ток в плечах терморегулятора уравняется, и электронный блок выдаст управляющий сигнал на отключение. Приведенная электронная схема работает в двух устойчивых состояниях – отключенном и включенном, чередование рабочих режимов происходит в соответствии с заданной логикой.

Эта схема терморегулятора используется в работе куллера персонального компьютера, получая электроснабжение от блока питания, происходит сравнение тока в плечах. Когда блок питания перегреется, терморегулятор переведет транзистор в противоположное состояние и вентилятор запустится.

Такой принцип может применяться не только в вентиляторах, но и в ряде других устройств:

  • для контроля
    работы электрического отопления по температурным показаниям в помещении;
  • для установки
    уровня температуры в самодельном инкубаторе;
  • при
    подключении теплого пола для контроля его работы;
  • для установки
    температурного диапазона работы двигателя,
    с принудительным охлаждением или отключением системы при достижении
    граничного значения температуры;
  • для паяльных
    станций или ручных паяльников;
  • в системах
    охлаждения и холодильном оборудовании с логикой снижения температуры в
    определенных пределах;
  • в духовках,
    печах как бытового, так и промышленного назначения.

Сфера применения терморегулятора ничем не ограничена, везде, где вы хотите
получить контроль уровня температуры в автоматическом режиме с управлением
питания, такое устройство станет отличным помощником.

Обзор схем

В зависимости от типа элементов, входящих в состав терморегулятора,
различают механические и цифровые терморегуляторы. Работа первых основана на
срабатывании реле, вторые имеют электронный блок, управляющий процессами. Примеры
работы нескольких схем рассмотрим далее.

На приведенной схеме измерение происходит за счет резисторов R1 и R2, при температурных колебаниях переменный резистор R2 изменит величину падения напряжения. После чего через усилитель терморегулятора, представленный парой транзисторов, начнется протекание электротока через катушку реле K1.

Когда величина тока в соленоиде создаст магнитный поток достаточной силы, сердечник притянется и переключит контакты в другое положение. Недостатком такого терморегулятора является наличие магнитопроводящих частей, которые из-за гистерезиса вносят дополнительную поправку на температуру помимо измерительного органа.

Данный терморегулятор, в отличии от механического термостата, не использует подключение реле, поэтому является более точным. Его применение оправдано в тех ситуациях, когда несколько градусов могут сыграть весомую роль, к примеру, при контроле температуры нагрева двигателя или в инкубаторе.

Здесь изменение температурного режима фиксируется резистором R5, благодаря которому терморегулятор изменяет электрические параметры работы. Для сравнения и усиления разницы поступающего с полуплеч электрического параметра применяется микросхема К140УД7.

Для контроля нагрузки в схеме устанавливается тиристор VS1, в данном
примере терморегулятора ограничение составляет 150Вт, но при желании может
подбираться и другой параметр. Но следует учитывать, что эксплуатация тиристора
в качестве ключа приводит к его нагреванию, поэтому с увеличением мощности
необходимо установить радиатор для лучшей теплоотдачи.

Создаем простой терморегулятор

При ремонте бытовой электротехники вы могли сталкиваться с ситуацией, когда со строя выходил терморегулятор. Хоть это и небольшая микросхема, устанавливаемая для контроля величины нагрева или охлаждения чего-либо.

Увы, стоимость такого элемента заводского изготовления довольно высока, поэтому куда выгоднее собрать терморегулятор самому. Схема достаточно простого самодельного терморегулятора приведена на рисунке ниже.

Для его изготовления вам понадобится:

  • понижающий трансформатор с 220 на 12 В;
  • шесть диодов (в рассматриваемом примере используются IN4007);
  • конденсаторы на 47 мкФ, 1 мФ и 2 мФ;
  • микросхема для стабилизатора на 5В;
  • транзистор (в рассматриваемом примере это КТ814А);
  • стабилитрон с регулируемым параметром (TL431);
  • резистивные элементы на 4,7; 160, 150 и 910 кОм;
  • резистор с изменяемым сопротивлением на 150 кОм;
  • термозависимый резистор 50 кОм;
  • светодиод;
  • электромагнитное реле 100 мА с питающим напряжением 12В (в рассматриваемом примере используется автомобильный вариант);
  • кнопка и корпус.

Процесс изготовления состоит из таких этапов:

  • При помощи
    паяльника соберите вышеперечисленные детали на печатную плату, как показано на
    схеме выше.
  • После этого
    выведите измерительный орган для терморегулятора на открытое пространство,
    чтобы установить в нужную локацию.

Источник

Поделиться с друзьями
Электрика и электроника
Adblock
detector