Простой регулятор температуры своими руками. Как сделать терморегулятор своими руками

Среди разнообразных полезных штуковин, способных добавить комфорта в нашу жизнь, много таких, которые легко можно сделать самостоятельно.

В эту категорию входит и термостат, также называемый терморегулятором, – прибор, включающий и отключающий нагревательное или холодильное оборудование в соответствии с температурой среды, в которой он установлен.

Такое устройство может, к примеру, во время сильных холодов включать обогреватель в подвале, где хранятся овощи. Из нашей статьи вы узнаете о том, как можно сделать терморегулятор своими руками (для котла отопления, холодильника и других систем) и какие детали подходят для этого лучше всего.

Устройство термостата особой сложностью не отличается, поэтому многие начинающие радиолюбители оттачивают на изготовлении этого прибора свое мастерство. Схемы предлагаются самые разные, но наибольшее распространение получил вариант с применением особой микросхемы, называемой компаратором.

У этого элемента есть два входа и один выход. На один вход подается некое эталонное напряжение, которое соответствует требуемой температуре, а на второй – напряжение от термодатчика.

Схема терморегулятора для теплых полов

Компаратор сравнивает поступающие данные и при определенном их соотношении генерирует на выходе сигнал, открывающий транзистор или включающий реле. При этом подается ток на нагреватель или холодильный агрегат.

Детали устройства регулятора температуры своими руками

В роли датчика температуры обычно выступает терморезистор – элемент, электрическое сопротивление которого меняется в зависимости от температуры. Используют и полупроводниковые элементы – транзисторы и диоды, на характеристики которых температура также оказывает влияние: при нагреве увеличивается ток коллектора (у транзисторов), при этом наблюдается смещение рабочей точки и транзистор перестает работать, не реагируя на входной сигнал.

Но у таких сенсоров есть существенный недостаток: их довольно сложно откалибровать, то есть «привязать» к определенным значениям температуры, из-за чего точность самодельного терморегулятора оставляет желать лучшего.

Между тем промышленность давно освоила выпуск недорогих термодатчиков, калибровка которых осуществляется в процессе изготовления.

К таковым относится прибор марки LM335 от компании National Semiconductor, которым мы и рекомендуем воспользоваться. Стоимость этого аналогового термодатчика составляет всего 1 доллар.

«Тройка» на первой позиции цифрового ряда в маркировке означает, что прибор ориентирован на применение в бытовой технике. Модификации LM235 и LM135 предназначены для использования, соответственно, в промышленности и в военной сфере.

Имея в своем составе 16 транзисторов, этот датчик работает как стабилитрон. При этом его напряжение стабилизации зависит от температуры.

Зависимость следующая: на каждый градус по абсолютной шкале (по Кельвину) приходится 0,01 В напряжения, то есть при нуле по Цельсию (273 по Кельвину) напряжение стабилизации на выходе составит 2,73 В. Производитель калибрует датчик по температуре в 25С (298К). Рабочий диапазон лежит в пределах от -40 до +100 градусов Цельсия.

Таким образом, собирая терморегулятор на базе LM335, пользователь избавляется от необходимости подбирать методом проб и ошибок эталонное напряжение, при котором прибор обеспечит требуемую температуру.

V = (273 + T) x 0.01,

Где Т – интересующая пользователя температура по шкале Цельсия.

Помимо термодатчика нам понадобится компаратор (подойдет марки LM311 от того же производителя), потенциометр для формирования эталонного напряжения (настройка требуемой температуры), выходное устройство для подключения нагрузки (реле), индикаторы и блок питания.

Терморегулятор – неотъемлемая часть автономного отопления. поможет поддерживать температуру в доме на комфортном уровне.

Принцип действия терморегулятора для инфракрасного обогревателя разберем .

Стоит ли устанавливать термостат для радиатора отопления? В этой статье рассмотрим назначение прибора и виды и особенности монтажа.

Электропитание терморегулятора

Температурный датчик LM335 подключается последовательно с резистором R1. Так вот, сопротивление этого резистора и напряжение питания должны быть подобраны таким образом, чтобы величина протекающего через термодатчик тока находилась в пределах от 0,45 до 5 мА.

Превышать максимальное значение этого диапазона не следует, так как характеристики сенсора будут искажаться из-за перегрева.

Запитать терморегулятор можно от стандартного блока питания на 12 В либо от изготовленного собственными силами трансформатора.

Включение нагрузки

В качестве исполнительного устройства, подающего питание на нагреватель, можно применить автомобильное реле. Оно рассчитано на напряжение в 12 В, при этом через катушку должен протекать ток в 100 мА.

Напомним, что ток в цепи термодатчика не превышает 5 мА, поэтому для подключения реле нужно применить транзистор с большей мощностью, например, КТ814.

Можно применить реле с меньшим током включения, такое как SRA-12VDC-L или SRD-12VDC-SL-C – тогда транзистор не понадобится.

Как сделать терморегулятор своими руками: пошаговая инструкция

Рассмотрим, как изготавливаются терморегуляторы (термореле) с датчиком температуры воздуха своими руками на 12 В. Сборка прибора осуществляется в такой последовательности:

1. Прежде всего, нужно подготовить корпус. Подойдет отслуживший свое счетчик, например, «Гранит-1».
2. Схему можно собрать на плате от того же счетчика. К прямому входу компаратора (помечен знаком «+») подключается потенциометр, позволяющий задавать температуру. К инверсному входу (знак «-») – термодатчик LM335. Если напряжение на прямом входе окажется более высоким, чем на инверсном, на выходе компаратора установится высокий уровень (единица) и транзистор подаст питание на реле, а оно – на нагреватель. Как только напряжение на инверсном входе окажется большим, чем на прямом, уровень на выходе компаратора станет низким (ноль) и реле отключится.
3. Чтобы обеспечить перепад температур, то есть срабатывание терморегулятора, к примеру, при 23-х градусах, а отключение – при 25-ти, необходимо при помощи резистора создать отрицательную обратную связь между выходом и прямым входом компаратора.
4. Трансформатор для питания терморегулятора можно изготовить из катушки от старого электросчетчика индукционного типа. На ней имеется место для вторичной обмотки. Чтобы получить напряжение в 12 В, необходимо намотать 540 витков. Их удастся уместить, если использовать провод диаметром 0,4 мм.

Простой самодельный термостат

Для включения нагревателя удобно использовать клеммник счетчика.

Каким должен быть нагреватель?

Мощность нагревателя зависит от того, какой ток могут выдержать контакты используемого реле. Если это значение составляет, к примеру, 30 А (на такой ток рассчитано автомобильное реле), то обогреватель может иметь мощность до 30 х 220 = 6,6 кВт. Только необходимо сначала убедиться, что проводка и автомат в щитке способны выдержать такую нагрузку.

Монтаж

Рассмотрим, как правильно должен быть установлен прибор.

Терморегулятор следует устанавливать в нижней части помещения, где скапливается холодный воздух.

При этом важно предотвратить воздействие тепловых помех, которые могут сбить прибор с толку.

Так, например, не стоит размещать терморегулятор на сквозняке или вблизи электрооборудования, излучающего тепло.

Настройка терморегулятора

Как уже говорилось, терморегулятор на базе датчика LM335 в настройке не нуждается. Достаточно знать напряжение, подаваемое потенциометром на прямой вход компаратора.

Измерить его можно при помощи вольтметра. Необходимое значение напряжения определяется по приведенной выше формуле.

Если нужно, к примеру, чтобы прибор срабатывал при температуре в 20 градусов, оно должно составлять 2,93 В.

Если в качестве термодатчика применяется какой-либо иной элемент, эталонное напряжение придется проверять опытным путем. Для этого необходимо воспользоваться цифровым термометром, например, ТМ-902С. Для точности настройки датчики термометра и терморегулятора можно соединить посредством изоленты, после чего их помещают в среду с различной температурой.

Терморегулятор из подручных материалов

Ручку потенциометра нужно плавно вращать, пока терморегулятор не сработает. В этот момент следует посмотреть на шкалу цифрового термометра и отображаемую на ней температуру нанести на шкалу терморегулятора. Можно определить крайние точки, например, для температуры в 8 и 40 градусов, а промежуточные значения отметить, разделив диапазон на равные части.

Если цифрового термометра под рукой не оказалось, крайние точки можно определять по воде с плавающим в ней льдом (0 градусов) или по кипящей воде (100 градусов).

Видео на тему

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.

Схема терморегулятора

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.

Рассмотрена простая конструкция терморегулятора изготовленого своими руками для поддержания требуемой температуры внутри погреба при хранении овощей в зимнее время года. Питание схемы осуществляется от стандартного сетевого напряжения 220 вольт.

Эту конструкцию проще всего собрать своими руками, в роли температурного датчика используется цифровой модуль DS18B20 с диапазоном измерения от -55 до 125 °С. Самодельное устройство имеет всего две кнопки управления «+» и «-» для настройки требуемых градусов, шаг настройки 0,5 °С. Arduino управляет работой модуля DS18B20 c гистерезисом в 0,5 °С. Если в течении трех секунд не будет регулирования градусов, дисплей покажет текущую температуру. Значение которой сохраняется в энергонезависимой памяти.

Скетч для программирования платы Arduino можно взять , схема соединения показана на рисунке ниже. Печатка не изготавливалась, т.к использовал для сборки макетную плату.

С помощью микросхемы MAX6675 можно измерить ТЭДС (термоэлектродвижущую силу) термопары типа К, результат измерения выводится в градусах Фаренгейта и Цельсия

Рассмотрим две самодельных конструкции, одна прототип (верхняя на рисунке), подсмотрена в журнале моделист конструктор и ее модернизированный вариант, чуть ниже

Терморегулятор своими руками схема

В модернизированном варианте, на сопротивлениях R1- RЗ выполнен делитель напряжения, Вольты идущие через него стабилизируется с помощью стабилитрона Д814Б. Сопротивление R3 это 10-килоомный терморезистор КМТ-12, его можно заменить на ММТ-1, ММТ-9, ММТ-12 или аналогичные. В верхнем плече делителя - два сопротивления: переменный номиналом 1,5-2,2 кОм с линейной характеристикой, его ручка настройки выносится на лицевую панель с градуировкой коррекция и подстроечный R2 сопротивлением 1,5-47 кОм, для грубой настройки.

Четкая зависимость сопротивления терморезистора от температуры позволяет применить его в качестве датчика, изменяющего уровень напряжение на входах 1 и 2 DD1.1 К561ЛА7. Ручками настройки сопротивлений R1 и R2 выставляется уровень срабатывания цифровой логики. Емкость С1 ликвидирует дребезг DD1 в момент переключения. Благодаря сопротивлениям R5 и R6 выход К561ЛА7 гальванически увязывается с транзисторным ключом на КТ972, в коллекторную цепь которого включено реле К1. Оно, через свои фронтовые контакты, запускает магнитный пускатель К2, включающий нагрузку обычный бытовой нагреватель с встроенным вентилятором мощностью от 1,5 кВт и более.

Настройка, осуществляется с помощью сопротивлений R1 и R2 которыми задают температуру, требуемую для поддержания в погребе или овоще-хранилище. Первоначально, установив их ручки в среднее положение и поместив датчик в среду с необходимой температурой, при медленном вращении ручки определяют такой угол поворота R2, при котором срабатывает реле.

Принцип работы схемы предельно прост: если на управляющем электроде TL431 напряжение вые 2,5 В (задается внутренним опорным напряжением) микросборка, открыта и через нагрузку течет ток. Если же уровень опорного напряжения чуть снижается TL431 закрывается и отсоединяет нагрузку.

При этом микросхема-стабилитрон применяется в роли компаратора, но с одним входом. Такое применение микросборки позволяет максимально упростить конструкцию и уменьшить количество радиокомпонентов.

Напряжение на управляющем электроде формируется с помощью делителя на резисторах R1, R2 и R4. В качестве сопротивления R4 взят терморезистор с отрицательным ТКС, т.е с повышением температуры его сопротивление снижается. Если напряжение на первом пине стабилитрона более 2,5В он открыт, реле включено, симистор D2 включает нагрузку. С повышением температуры номинал сопротивления терморезистора снижается, напряжение падает ниже 2,5В – реле отключается вместе с нагрузкой. С помощью сопротивления R1 осуществляется настройка температуры срабатывания терморегулятора. Реле можно взять любое на 12 вольт, например РЭС-55А.

Конструкция небольшая и состоит всего из двух блоков- измерительного на базе компаратора на ОУ 554СА3 и коммутатора нагрузки до 1000 Вт построенного на регуляторе мощности КР1182ПМ1.

На третий прямой вход ОУ поступает постоянное напряжение с делителя напряжения состоящего из сопротивлений R3 и R4. На четвертый инверсный вход подается напряжение с другого делителя на сопротивлении R1 и терморезистор ММТ-4 R2.

Терморегулятор своими руками схема на КР1182ПМ1

Устройство должно быть настроена так, что при понижение температуры в погребе до трех градусов Цельсия то из-за уменьшения сопротивления терморезистора ММТ-4 произойдет разбалансировка напряжения на выходе компаратора и установится логический ноль и сработает реле, которое своими контактами коммутирует фазовый регулятор на микросхеме КР1182ПМ1.

Подстроечное сопротивление R4 используется для точной настройки требуемых значений температурного режима. Откалибровать терморегулятор для погреба можно используя обычный ртутный термометр.

Реле обязательно должно быть герконовым с небольшим током потребления. Более мощное реле применять нельзя, т.к реле подключено напрямую к выходу ОУ ток нагрузки должен быть не более 50 мА.

Главное достоинство данной схемы это приемлемая точность, без какой либо калибровки, при максимальной упращенной конструкции.

Главным компонентом схемы терморегулятора является микроконтроллер PIC12F629 фирмы Microchip и датчика температуры фирмы Dallas. Эти вполне себе современные компоненты способны принимать и передавать информацию в цифровом коде по одной шине, используя 1-Wire интерфейс.

Температурный диапазон хранится в EEPROM микроконтроллера PIC12F629. Его можно задавать с разрешением в 1 градус, от - 55 до +125.

После включения устройства, микроконтроллер включает реле, и начинает светиться светодиод HL1, говоря о работоспособности устройства. Затем сравнивается значение текущей температуры с датчика DS18B20 и установленной, и если текущая температура будетниже нижнего порога, то реле остается включенным, как и нагреватель подсоединенный через фронтовые контакты.

Далее микроконтроллер сравнивает температуру в погребе с заданным верхним значением. Как только этот предел достигнут, микроконтроллер формирует код и отключает реле, до тех пор, пока микроконтроллер не обнаружит понижение температуры ниже нижнего установленного предела.

При потребуется установить значение верхнего (адрес 0×01) и нижнего (0×00) порога температуры. Саму прошивку можно скачать по зеленой ссылочке, чуть выше.

Поскольку процесс пайки связан с расплавлением припоя, необходимо всегда выдерживать оптимальную температуру нагрева. Учитываются следующие факторы:

• Температура плавления припоя (от 150 до 320 градусов);
• Термостойкость элементов, на которых производится пайка. Многие радиокомпоненты просто выходят из строя при продолжительном нагреве, а изоляция проводов теряет свои свойства;
• Площадь рассеивания контактов. При соединении массивных элементов, необходимо иметь запас по температуре и мощности.

Если вы просто спаиваете провода, достаточно знать мощность паяльника и примерную температуру плавления припоя. Критерий простой – быстрый или медленный нагрев.

А вот при монтаже печатных плат или ремонте электроприборов – неверно выбранная температура паяльника может вылиться в приобретение дорогостоящих радиодеталей, которые будут повреждены высокой температурой.

Температура паяльника для пайки – как подобрать

1. Если монтаж не связан со специфическими радиодеталями, чувствительными к перегреву – степень нагрева жала должна на 10 градусов превышать температуру плавления припоя. Причем не точку начала расплава – а именно температуру устойчивого нахождения в жидком состоянии;
2. Если планируется соединять контакты с большой площадью и массой – повышается не величина нагрева, а мощность паяльника. Маломощный прибор с высокой температурой все равно не справится с рассеиванием. Компенсируют массу детали соответствующим размером рабочего жала. А для его разогрева требуется мощность, а не градусы;
3. В паспорте радиокомпонентов обычно указывается максимально допустимое значение нагрева корпуса. Это относится и к температуре пайки. Опять же, сделайте выбор в пользу мощности, а не повышения градуса. Надо стараться, чтобы время контакта жала и детали было минимальным. Припой должен расплавиться, а корпус оставаться не перегретым.

Для различных условий работы выпускаются паяльники электрические с регулировкой температуры.

Не имеет значения конструктивное исполнение, регулятор может быть встроенным в корпус или выполнен в виде отдельного блока. Главное – вы знаете, насколько горячее жало у инструмента.