Термореле своими руками схема. Простая и надёжная схема терморегулятора для инкубатора

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 работает терморегулятор, 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 автоматического регулятора температуры 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.

Терморегуляторы

Разновидности аппаратов на рынке

Сегодня компании, которые производят такое оборудование, предлагают покупателю 3 основные разновидности устройств. Все они работают на разных внутренних сигналах. Именно их функция заключается в контроле над температурой и её выравнивании в зависимости от настроек прибора (верхней и нижней черты).





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.

Работу газового или электрического котла можно оптимизировать, если задействовать внешнее управление агрегатом. Для этой цели предназначены выносные терморегуляторы, имеющиеся в продаже. Понять, что это за приборы и разобраться в их разновидностях поможет данная статья. Также в ней будет рассмотрен вопрос, как собрать термореле своими руками.

Назначение терморегуляторов

Любой электрический или газовый котел оборудован комплектом автоматики, отслеживающей нагрев теплоносителя на выходе из агрегата и отключающей основную горелку при достижении заданной температуры. Снабжены подобными средствами и твердотопливные котлы. Они позволяют поддерживать температуру воды в определенных пределах, но не более того.

При этом климатические условия в помещениях или на улице не учитываются. Это не слишком удобно, домовладельцу приходится постоянно подбирать подходящий режим работы котла самостоятельно. Погода может изменяться в течении дня, тогда в комнатах становится жарко либо прохладно. Было бы гораздо удобнее, если автоматика котла ориентировалась на температуру воздуха в помещениях.

Чтобы управлять работой котлав зависимости от фактической температуры, используются различные термореле для отопления. Будучи подключенным к электронике котла, такое реле отключает и запускает нагрев, поддерживая необходимую температуру воздуха, а не теплоносителя.

Виды термореле

Обычный терморегулятор представляют собой небольшой электронный блок, устанавливаемый на стене в подходящем месте и присоединенный к источнику тепла проводами. На передней панели есть только регулятор температуры, это самая дешевая разновидность прибора.

Кроме нее, существуют и другие виды термореле:

• программируемые: ммеют жидкокристаллический дисплей, подключаются с помощью проводов либо используют беспроводную связь с котлом. Программа позволяет задать изменение температуры в определенные часы суток и по дням в течение недели;
• такой же прибор, только снабженный модулем GSM;
• автономный регулятор с питанием от собственной батареи;
• беспроводное термореле с выносным датчиком для управления процессом нагрева в зависимости от температуры окружающей среды.

Примечание. Модель, где датчик расположен снаружи здания, обеспечивает погодозависимое регулирование работой котельной установки. Способ считается наиболее эффективным, так как источник тепла реагирует на изменение погодных условий еще до того, как они повлияют на температуру внутри здания.

Многофункциональные термореле, которые можно программировать, существенно экономят энергоносители. В те часы суток, когда дома никого нет, поддерживать высокую температуру в комнатах нет смысла. Зная рабочее расписание своей семьи, домовладелец всегда может запрограммировать реле температуры так, чтобы в определенные часы температура воздуха снижалась, а за час до прихода людей включался нагрев.

Бытовые терморегуляторы, укомплектованные GSM – модулем, способны обеспечить дистанционное управление котельной установкой посредством сотовой связи. Бюджетный вариант – отправка уведомлений и команд в виде SMS – сообщений с мобильного телефона. Продвинутые версии приборов имеют собственные приложения, устанавливаемые на смартфон.

Как собрать термореле самостоятельно?

Приборы для регулирования отопления, имеющиеся в продаже, достаточно надежны и нареканий не вызывают. Но при этом они стоят денег, а это не устраивает тех домовладельцев, кто хоть немного разбирается в электротехнике или электронике. Ведь понимая, как должно функционировать такое термореле, можно собрать и подключить его к теплогенератору своими руками.

Конечно, сделать сложный программируемый прибор под силу далеко не каждому. Кроме того, для сборки подобной модели необходимо закупить комплектующие, тот же микроконтроллер, цифровой дисплей и прочие детали. Если вы в этом деле человек новый и разбираетесь в вопросе поверхностно, то стоит начать с какой-нибудь простой схемы, собрать и запустить ее в работу. Достигнув положительного результата, можно замахнуться на что-то более серьезное.

Для начала надо иметь представление, из каких элементов должно состоять термореле с регулировкой температуры. Ответ на вопрос дает принципиальная схема, представленная выше и отражающая алгоритм действия прибора. Согласно схеме, любой терморегулятор должен иметь элемент, измеряющий температуру и отправляющий электрический импульс в блок обработки. Задача последнего – усилить либо преобразовать этот сигнал таким образом, чтобы он послужил командой исполнительному элементу – реле. Дальше мы представим 2 простые схемы и поясним их работу в соответствии с этим алгоритмом, не прибегая к специфическим терминам.

Схема со стабилитроном

Стабилитрон – это тот же полупроводниковый диод, пропускающий ток лишь в одну сторону. Отличие от диода заключается в том, что у стабилитрона имеется управляющий контакт. Пока к нему подводится установленное напряжение, элемент открыт и ток идет по цепи. Когда его величина становится ниже предельной, цепь разрывается. Первый вариант – это схема термореле, где стабилитрон играет роль логического управляющего блока:

Как видите, схема разделена на две части. С левой стороны изображена часть, предшествующая управляющим контактам реле (обозначение К1). Здесь измерительным блоком является термический резистор (R4), его сопротивление уменьшается с ростом температуры окружающей среды. Ручной регулятор температуры – это переменный резистор R1, питание схемы – напряжение 12 В. В обычном режиме на управляющем контакте стабилитрона присутствует напряжение более 2.5 В, цепь замкнута, реле включено.

Совет. Блоком питания 12 В может служить любой прибор из недорогих, имеющихся в продаже. Реле – герконовое марки РЭС55А или РЭС47, термический резистор – КМТ, ММТ или им подобный.

Как только температура возрастет выше установленного предела, сопротивление R4 упадет, напряжение станет меньше, чем 2.5 В, стабилитрон разорвет цепь. Следом то же самое сделает и реле, отключив силовую часть, чья схема показана справа. Тут простое термореле для котла снабжено симистором D2, что вместе с замыкающими контактами реле служит исполнительным блоком. Через него проходит напряжение питания котла 220 В.

Схема с логической микросхемой

Эта схема отличается от предыдущей тем, что вместо стабилитрона в ней задействована логическая микросхема К561ЛА7. Датчиком температуры по-прежнему служит терморезистор (обозначение – VDR1), только теперь решение о замыкании цепи принимает логический блок микросхемы. Кстати, марка К561ЛА7 производится еще с советских времен и стоит сущие копейки.

Для промежуточного усиления импульсов задействован транзистор КТ315, с той же целью в конечном каскаде установлен второй транзистор – КТ815. Данная схема соответствует левой части предыдущей, силовой блок здесь не показан. Как нетрудно догадаться, он может быть аналогичным – с симистором КУ208Г. Работа такого самодельного термореле проверена на котлах ARISTON, BAXI, Дон.

Заключение

Самостоятельно подключить термореле к котлу – дело несложное, на эту тему в интернете имеется масса материалов. А вот изготовить его своими руками с нуля не так и просто, кроме того, нужен измеритель напряжения и тока, чтобы произвести настройку. Покупать готовое изделие или браться за его изготовление самому – решение принимать вам.

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.

Понятие о температурных регуляторах

• 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.

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.

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.

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.

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.

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

Терморегулятор в быту применяется в самых разных устройствах, начиная от холодильника и заканчивая утюгами и паяльниками. Наверно, нет такого радиолюбителя, который обошел бы стороной подобную схему. Чаще всего в качестве датчика или сенсора температуры в различных любительских конструкциях используются терморезисторы, транзисторы или диоды. Работа таких терморегуляторов достаточно проста, алгоритм работы примитивный, и как следствие простая электрическая схема.

Поддержание заданной температуры производится включением – выключением нагревательного элемента (ТЭН): как только температура достигнет заданной величины, срабатывает сравнивающее устройство (компаратор) и ТЭН отключается. Такой принцип регулирования реализован во всех простых регуляторах. Казалось бы, все просто и понятно, но это лишь до того, пока не дошло до практических опытов.

Самым сложным и трудоемким процессом в изготовлении «простых» терморегуляторов является настройка на требуемую температуру. Для определения характерных точек температурной шкалы предлагается сначала погружать датчик в сосуд с тающим льдом (это ноль градусов Цельсия), а затем в кипяток (100 градусов).

После этой «калибровки» методом проб и ошибок при помощи градусника и вольтметра производится настойка необходимой температуры срабатывания. После таких опытов результат оказывается не самым лучшим.

Сейчас различными фирмами выпускается множество температурных сенсоров уже откалиброванных в процессе производства. В основном это датчики, рассчитанные на работу с микроконтроллерами. Информация на выходе этих датчиков цифровая, передается по однопроводному двунаправленному интерфейсу 1-wire, что позволяет создавать целые сети на базе подобных устройств. Другими словами очень просто создать многоточечный термометр, контролировать температуру, например, в помещении и за окном, и даже не в одной комнате.

На фоне такого изобилия интеллектуальных цифровых сенсоров неплохо выглядит скромный прибор LM335 и его разновидности 235, 135. Первая цифра в маркировке говорит о назначении прибора: 1 соответствует военной приемке, 2 индустриальное применение, а тройка говорит об использовании компонента в бытовых приборах.

Кстати, такая же стройная система обозначений свойственна многим импортным деталям, например операционным усилителям, компараторам и многим другим. Отечественным аналогом таких обозначений была маркировка транзисторов, например, 2Т и КТ. Первые предназначались для военных, а вторые для широкого применения. Но пора вернуться к уже знакомому нам LM335.

Внешне этот сенсор похож на маломощный транзистор в пластмассовом корпусе ТО - 92, но внутри него находится 16 транзисторов. Также этот датчик может быть и в корпусе SO – 8, но различий между ними нет никаких. Внешний вид датчика показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Внешний вид датчика LM335

По принципу действия датчик LM335 представляет собой стабилитрон, у которого напряжение стабилизации зависит от температуры. При повышении температуры на один градус Кельвина напряжение стабилизации увеличивается на 10 милливольт. Типовая схема включения показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Типовая схема включения датчика LM335

При взгляде на этот рисунок сразу можно спросить, какое же сопротивление резистора R1 и, какое напряжение питания при такой схеме включения. Ответ содержится в технической документации, где сказано, что нормальная работа изделия гарантируется в диапазоне токов 0,45…5,00 миллиампер. Следует заметить, что предел в 5 мА превышать не следует, поскольку датчик будет перегреваться и измерять собственную температуру.

Что будет показывать датчик LM335

Согласно документации (Data Sheet) датчик проградуирован по абсолютной шкале Кельвина. Если предположить, что температура внутри помещения -273,15°C, а это абсолютный ноль по Кельвину, то рассматриваемый датчик должен показать нулевое напряжение. При увеличении температуры на каждый градус выходное напряжение стабилитрона будет возрастать на целых 10мВ или на 0,010В.

Чтобы перевести температуру из привычной всем шкалы Цельсия в шкалу Кельвина достаточно просто прибавить 273,15. Ну, про 0,15 всегда и все забывают, поэтому просто 273, и получается, что 0°C это 0+273 = 273°K.

В учебниках физики нормальной температурой считается 25°C, а по Кельвину получается 25+273 = 298, а точнее 298,15. Именно эта точка упоминается в даташите, как единственная точка калибровки сенсора. Таким образом, при температуре 25°C на выходе датчика должно быть 298,15 * 0,010 = 2,9815В.

Рабочий диапазон датчика находится в пределах -40…100°C и во всем диапазоне характеристика датчика очень линейна, что позволяет легко рассчитать показания датчика при любой температуре: сначала надо пересчитать температуру по Цельсию в градусы Кельвина. Затем полученную температуру умножить на 0,010В. Последний ноль в этом числе говорит о том, что напряжение в Вольтах указано с точностью до 1мВ.

Все эти рассуждения и расчеты должны навести на мысль, что при изготовлении терморегулятора не придется ничего градуировать, макая сенсор в кипяток и в тающий лед. Достаточно просто рассчитать напряжение на выходе LM335, после чего останется только выставить это напряжение в качестве задающего на входе сравнивающего устройства (компаратора).

Еще один повод для использования LM335 в своей конструкции это небольшая цена. В интернет магазине его можно купить по цене около 1 доллара. Наверно, доставка обойдется дороже. После всех этих теоретических рассуждений можно перейти к разработке электрической схемы терморегулятора. В данном случае для погреба.

Принципиальная схема терморегулятора для погреба

Чтобы сконструировать терморегулятор для погреба на базе аналогового термодатчика LM335 не надо изобретать ничего нового. Достаточно обратиться к технической документации (Data Sheet) на этот компонент. Даташит содержит все способы применения датчика, в том числе и собственно терморегулятор.

Но эту схему можно рассматривать как функциональную, по которой можно изучить принцип работы. Практически придется дополнить ее выходным устройством, позволяющим включать нагреватель заданной мощности и, естественно, блоком питания и, возможно, индикаторами работы. Об этих узлах будет рассказано несколько позже, а пока посмотрим, что же предлагает фирменная документация, она же даташит. Схема, как она есть, показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема подключения датчика LM335

Как работает компаратор

Основой предлагаемой схемы является компаратор LM311, он же 211 или 111. Как и все компараторы, 311-й имеет два входа и выход. Один из входов (2) является прямым и обозначен знаком +. Другой вход - инверсный (3) обозначен знаком «минус». Выходом компаратора является вывод 7.

Логика работы компаратора достаточно проста. Когда напряжение на прямом входе (2) больше, чем на инверсном (3), на выходе компаратора устанавливается высокий уровень. Транзистор открывается и подключает нагрузку. На рисунке 1 это сразу нагреватель, но ведь это функциональная схема. К прямому входу подключен потенциометр, задающий порог срабатывания компаратора, т.е. уставку температуры.

Когда напряжение на инверсном входе больше, чем на прямом, на выходе компаратора установится низкий уровень. К инверсному входу подключен термодатчик LM335, поэтому при повышении температуры (нагреватель уже включен) будет повышаться напряжение на инверсном входе.

Когда напряжение датчика достигнет порога срабатывания, установленного потенциометром, компаратор переключится в низкий уровень, транзистор закроется и отключит нагреватель. Далее весь цикл повторится.

Осталось совсем ничего, - на базе рассмотренной функциональной схемы разработать практическую схему, по возможности простую и доступную для повторения начинающими радиолюбителями. Возможный вариант практической схемы показан на рисунке 4.

Рисунок 4.

Несколько пояснений к принципиальной схеме

Нетрудно видеть, что базовая схема немного изменилась. Прежде всего, вместо нагревателя транзистор будет включать реле, а что будет включать реле об этом чуть позже. Еще появился электролитический конденсатор C1, назначение которого сглаживание пульсаций напряжения на стабилитроне 4568. Но расскажем о назначении деталей чуть подробней.

Питание термодатчика и делителя напряжения уставки температуры R2, R3, R4 стабилизировано параметрическим стабилизатором R1, 1N4568, C1 с напряжением стабилизации 6,4В. Даже если питание всего устройства будет производиться от стабилизированного источника, дополнительный стабилизатор не помешает.

Такое решение позволяет питать все устройство от источника, напряжение которого можно выбрать в зависимости от напряжения катушки реле, имеющегося в наличии. Скорее всего, это будет 12 или 24В. Источник питания может быть даже нестабилизированным, просто диодный мост с конденсатором. Но лучше все-таки не поскупиться и поставить в блок питания интегральный стабилизатор 7812, который обеспечит еще и защиту от КЗ.

Если уж разговор зашел про реле, что можно в данном случае применить? Прежде всего, это современные малогабаритные реле, наподобие тех, что применяются в стиральных машинах. Внешний вид реле показан на рисунке 5.

Рисунок 5. Малогобаритное реле

При всей миниатюрности такие реле могут коммутировать ток до 10А, что позволяет коммутировать нагрузку до 2КВт. Это если на все 10А, но так делать не надо. Самое большее, что можно включить таким реле это нагреватель мощностью не более 1КВт, ведь должен же быть хоть какой-то «запас прочности»!

Совсем хорошо, если реле своими контактами будет включать магнитный пускатель серии ПМЕ, а уж он пусть включает нагреватель. Это один из самых надежных вариантов включения нагрузки. Возможная реализация такого варианта показана на рисунке 6.

Рисунок 6.

Электропитание терморегулятора

Блок питания устройства нестабилизированный, а поскольку сам терморегулятор (одна микросхема и один транзистор) практически никакой мощности не потребляет, то в качестве источника питания вполне подойдет любой сетевой адаптер китайского производства.

Если сделать блок питания, как показано на схеме, то вполне подойдет небольшой силовой трансформатор от кассетного магнитофона калькулятора или чего-то другого. Главное, чтобы напряжение на вторичной обмотке было не свыше 12..14В. При меньшем напряжении не будет срабатывать реле, а при большем оно просто может сгореть.

Если выходное напряжения трансформатора находится в пределах 17…19В, то тут без стабилизатора не обойтись. Это не должно пугать, ведь современные интегральные стабилизаторы имеют всего 3 вывода, запаять их не так и сложно.

Включение нагрузки

Открытый транзистор VT1 включает реле K1, которое своим контактом K1.1 включает магнитный пускатель K2. Контакты магнитного пускателя K2.1 и K2.2 подключают к сети нагреватель. Следует отметить, что нагреватель включается сразу двумя контактами. Такое решение гарантирует, что при отключенном пускателе на нагрузке не останется фаза, если, конечно все исправно.

Поскольку погреб помещение влажное, иногда очень сырое, в плане электробезопасности очень опасное, то подключение всего устройства лучше всего осуществить с применением УЗО по всем требованиям к современной проводке.

Каким должен быть нагреватель

Схем терморегуляторов для погреба опубликовано немало. Когда-то их печатал журнал «Моделист-коструктор» и другие печатные издания, а теперь все это изобилие перекочевало в интернет. В этих статьях даются рекомендации, каким же должен быть нагреватель.

Кто-то предлагает обычные стоваттные лампы накаливания, трубчатые нагреватели марки ТЭН, масляные радиаторы (можно даже с неисправным биметаллическим регулятором). Также предлагается использовать бытовые обогреватели с встроенным вентилятором. Главное, чтобы не было прямого доступа к токоведущим частям. Поэтому старые электроплитки с открытой спиралью и самодельные нагреватели типа «козёл» применять ни в коем случае нельзя.

Сначала проверьте монтаж

Если устройство собрано без ошибок из исправных деталей, то особой наладки не требуется. Но в любом случае перед первым включением обязательно проверить качество монтажа: нет ли непропаек или наоборот замкнутых дорожек на печатной плате. И проделывать эти действия надо не забывать, просто взять себе за правило. Особенно это относится к конструкциям, подключаемым к электрической сети.

Настройка терморегулятора

Если первое включение конструкции произошло без дыма и взрывов, то единственное, что надо сделать, это выставить опорное напряжение на прямом входе компаратора (вывод 2), согласно желаемой температуре. Для этого необходимо произвести несколько расчетов.

Предположим, что температура в погребе должна поддерживаться на уровне +2 градуса по Цельсию. Тогда сначала переводим ее в градусы Кельвина, затем полученный результат умножаем на 0,010В в результате получается опорное напряжение, оно же уставка температуры.

(273,15 + 2) * 0,010 = 2,7515(В)

Если предполагается, что терморегулятор должен поддерживать температуру, например, +4 градуса, то получится следующий результат: (273,15 + 4) * 0,010 = 2,7715(В)

Российская зима отличается своей суровостью и сильными холодами, о чем известно всем. Поэтому помещения, в которых находятся люди, должны отапливаться. Центральное отопление является наиболее распространенным вариантом, а в случае его недоступности можно воспользоваться индивидуальным газовым котлом. Однако часто случается так, что ни то, ни другое недоступно, к примеру, в чистом поле находится небольшое помещение насосной водопроводной станции, в котором круглосуточно дежурят машинисты. Это может быть комната в каком-то большом необитаемом здании или караульная вышка. Примеров хватает.

Выход из ситуации

Все эти случаи вынуждают осуществлять устройство электрического отопления. При малых размерах помещения вполне можно обойтись обычным электрическим масляным радиатором, а в комнатах больших размеров чаще всего устраивают водяное отопление с использованием радиатора. Если не следить за температурой воды, то рано или поздно она может закипеть, из-за чего из строя выйдет весь котел. Для предохранения от таких случаев используются терморегуляторы.

Особенности устройства

В функциональном плане приспособление можно разделить на несколько отдельных узлов: компаратор, а также устройства управления нагрузкой. Далее будут описаны все эти части. Эта информация необходима для того, чтобы сделать терморегулятор своими руками. В данном случае предложена конструкция, в которой датчиком температуры служит обычный биполярный транзистор, благодаря чему можно отказаться от использования терморезисторов. Данный датчик работает на базе того, что параметры транзисторов всех полупроводниковых приборов в большей степени зависят от температуры среды.

Важные нюансы

Создание терморегулятора своими руками должно осуществляться с обязательным учетом двух моментов. Во-первых, речь идет о склонности автоматических устройств к автогенерации. В случае, когда между исполнительным устройством и датчиком термореле установлена слишком сильная связь, после срабатывания реле сразу же выключается, а затем снова включается. Это будет происходить в тех случаях, когда датчик находится в непосредственной близости к охладителю или обогревателю. Во-вторых, у всех датчиков и электронных устройств имеется определенная точность. К примеру, можно отслеживать температуру в 1 градус, но меньшие величины отследить намного сложнее. В таком случае простая электроника начинает часто ошибаться и принимать взаимоисключающие решения, особенно когда температура почти равна той, что установлена для срабатывания.

Процесс создания

Если говорить о том, как сделать терморегулятор своими руками, то стоит сказать, что датчик тут является терморезистором, уменьшающим свое сопротивление в процессе нагрева. Он включается в цепь делителя напряжения. В цепь также включается R2, посредством которого устанавливается температура срабатывания. С делителя напряжение поступает на элемент 2И-НЕ, который включен в режим инвертора, а после этого на базу транзистора, служащего в качестве разрядника для конденсатора С1. Он, в свою очередь, подключен к входу (S) RS-триггера, который собран на паре элементов, а также на вход еще одного 2И-НЕ. С делителя напряжение поступает на вход 2И-НЕ, который управляет вторым входом (R) RS-триггера.

Как это работает

Итак, мы рассматриваем, как создать простой терморегулятор своими руками, поэтому важно понять, как он работает в разных ситуациях. При высокой температуре терморезисторы характеризуются малым напряжением, поэтому на делителе присутствует напряжение, воспринимаемое логическими схемами как ноль. Транзистор при этом открыт, на входе S-триггера воспринимается логической ноль, а конденсатор C1 разряжен. На выходе триггера устанавливается логическая единица. Реле находится во включенном режиме, а транзистор VT2 является открытым. Чтобы точно понимать, как сделать терморегулятор, стоит отметить, что эта конкретная реализация реле ориентирована на охлаждение объекта, то есть оно включает вентилятор при высокой температуре.

Понижение температуры

Когда происходит снижение температуры, у терморезистора возрастает сопротивление, что приводит к повышению напряжения на делителе. В определенный момент происходит закрытие транзистора VT1, после чего начинается зарядка конденсатора C1 через R5. В конце концов наступает момент достижения уровня логической единицы. Именно она поступает на один из входов D4, а на второй вход данного элемента подается напряжение с делителя. Когда на обоих входах установятся логические единицы, а на выходе элемента появляется ноль, произойдет переключение триггера в противоположное состояние. В этом случае будет выключено реле, что позволит выключить вентилятор, если в этом есть необходимость, либо включить отопление. Так можно сделать терморегулятор для чтобы он включал и отключал вентилятор при необходимости.

Возрастание температуры

Итак, температура снова стала увеличиваться. Ноль на делителе появится сначала на одном из входов D4, он и снимет ноль на входе триггера, сменив его на единицу. Далее по мере увеличения температуры появится ноль на инверторе. После его смены на единицу будет открыт транзистор, что приведет к разрядке элемента C1 и установлению нуля на входе триггера, отключающего нагрев теплоносителя в системе водяного отопления либо включающего вентилятор. Такие своими руками сделанные, работают достаточно эффективно.

Блоки C1, R5 и VT1 предназначены для устранения автогенерации, благодаря тому, что на них устанавливается время задержки выключения. Оно может составлять от нескольких секунд до нескольких минут. Мы рассматриваем достаточно простой терморегулятор, своими руками созданный, поэтому указанный выше узел позволяет также устранить дребезг термодатчика. Даже при очень маленьком самом первом импульсе происходит открытие транзистора и моментальная разрядка конденсатора. Далее дребезг будет игнорироваться. При закрытии транзистора ситуация повторяется. Зарядка конденсатора начинается только после завершения последнего импульса дребезга. Благодаря введению триггера в схему удается обеспечить максимальную четкость срабатывания реле. Как известно, триггер может иметь лишь два положения.

Сборка

Чтобы сделать терморегулятор своими руками, можно воспользоваться специальной монтажной платой, на которой вся схема будет собрана навесным способом. Можно использовать и печатную плату. Питание можно использовать любое в пределах 3-15 вольт. Реле следует подбирать в соответствии с этим.

По аналогичной схеме можно сделать терморегулятор для аквариума своими руками, однако следует учесть, что он должен крепиться снаружи к стеклу, тогда проблем с его использованием не возникнет.

Описанное выше реле продемонстрировало в процессе эксплуатации весьма высокую надежность. Температура поддерживается с точностью до долей градуса. Однако она находится в прямой зависимости от задержки времени, определяемой цепью R5C1, а также реакцией на срабатывание, то есть мощность охладителя или нагревателя. Диапазон температуры и точность ее установки определяется подбором резисторов делителя. Если вы сделали такой терморегулятор своими руками, то он не нуждается в настройке, а начинает сразу же работать.