Регулятор температури: особливості виготовлення своїми руками

Часто для роботи будь-якого пристрою або цілої системи необхідно підтримувати певний температурний режим. Це актуально при роботі контурів опалення або охолодження, побудові пристроїв типу «інкубатор». Одним з простих приладів, що дозволяють контролювати температуру, є термореле. Таке пристосування можливо придбати в спеціалізованих торгових точках, але можна виготовити такий регулятор температури і своїми руками.

Призначення і характеристики

В основі роботи термореле лежить здатність пристрою управляти включенням і вимиканням вузлів схеми в залежності від зміни температури. Фактично – це пристосування, що розташоване між керованими елементами і датчиками температури. конструктивно прилад являє собою електронну схему або ж пристрій, виконаний зі спеціального матеріалу.

Перший вид передбачає використання виносних або вбудованих датчиків, а другий – використовує властивості різних матеріалів змінювати свої параметри при зміні характеристик електричної мережі. Тобто контроль відбувається контактним або безконтактним способом. Але незважаючи на принципові відмінності, суть роботи терморегуляторів однаковий. Реєструючи зміна температури, пристрій розриває або під'єднує підключені до нього вузли апаратури або обладнання в автоматичному режимі.

Завдяки їх застосуванню, температура повітря, води, поверхонь різних приладів і радіоелементів має стабільне значення.

Для кожної середовища використовуються свої особливості розміщення пристрою. Його точність спрацьовування залежить не тільки від якості виконання самого регулятора, але і правильного розміщення.

Випускаються терморегулятори різних видів. Класифікувати їх можна за такими ознаками:

1. По призначенню. Поділяються на внутрішні і зовнішні.
2. Способу установки. Існують незалежні терморегулятори, як здатні розташовуватися на будь-якій поверхні, так і розміщуються тільки всередині обладнання.
3. Функціональністю. Терморегулятори можуть реєструвати тільки один сигнал або відразу кілька. При цьому другого типу називаються багатоканальними. Вони можуть підтримувати значення температури як на кількох пристроях одночасно, використовуючи незалежні канали, так і тільки на одному.
4. Способу настройки. Управління режимами роботи та налаштування пристосування може бути механічною, електронною або електромеханічної.
5. Гістерезису. У терморегуляторах під ним розуміють значення температури, при якій сигнал змінюється на протилежний знак, а також явище, коли відбувається затримка перемикання сигналу в залежності від величини впливу. Саме він дає можливість знизити частоту перемикання, наприклад, при підвищенні температури в нагрівачі. Але при цьому слід розуміти, що велика величина гістерезису призводить до температурного стрибка.
6. Увазі термодатчиков. Підключаються до терморегуляторам датчики можуть бути контактного і безконтактного дії. Наприклад, використовують в роботі інфрачервоне випромінювання або властивість біметалічної пластини.

параметри пристосування

Як і будь-яке обладнання, регулятори температури характеризуються набором параметрів. Від них в першу чергу залежить точність спрацювання пристрою. Залежать ці характеристики не тільки від якості застосовуваних при побудові схеми терморегулятора елементів, а й реалізації системи, що дозволяє уникати впливу сторонніх чинників. До основних характеристик відносять:

1. Час перемикання. Залежить від схеми реалізації регулятора і способу установки датчика, що визначає його інерційність.
2. Регульований діапазон.Встановлює граничні значення температурного режиму, в якому може відбуватися робота пристрою.
3. Напруга живлення. Це значення робочої напруги, необхідного для нормальної роботи пристрою.
4. Активне навантаження. Показує, якою максимальною потужністю може керувати регулятор температури.
5. Клас захисту. Характеризує безпеку приладу. Позначається відповідно до міжнародної класифікації по електричної безпеки.
6. Система сигналізації. У регуляторі може використовуватися світлодіодний сигналізатор або рідкокристалічний екран. Орієнтуючись на нього, користувач може відразу бачити, в якому режимі працює прилад контролю.
7. Робоча температура. Позначає діапазон, в рамках якого забезпечується правильна робота терморегулятора.
8. Вид термодатчика. Будучи чутливим елементом, він виступає як індикатор температури, відправляючи дані на контролер. Такі термодатчики на включення і виключення пристрою бувають різних типів і конструкцій, а також відрізняються за способом передачі даних.

Крім цього, до якісних характеристик пристрою відносять: зручність використання, габарити, додаткові можливості, загальний вигляд.

Тому збираючи терморегулятор своїми руками, для отримання закінченого вигляду пристрою бажано продумувати не тільки схему пристосування, а й корпус, в якому він буде розташовуватися.

Принцип роботи

У загальному вигляді терморегулятор можна представити у вигляді блок-схеми, що складається з датчика температури, блоку обробки і регулюючого механізму. В основі роботи механічного теплового реле лежить здатність біметалічної пластини змінювати свою форму в залежності від температури. Для її виготовлення використовуються два матеріали, жорстко скріплені між собою з різним температурним коефіцієнтом розширення.

При нагріванні такої пластини відбувається її вигин. Саме це властивість і використовується при виробництві теплових реле. Під час деформування платівка замикає або розмикає контактну групу, внаслідок чого розривається або відновлюється електричний контакт. Таке реле може застосовуватися в ланцюгах як змінного, так і постійного струму, а вибір граничної температури в них зазвичай встановлюється за допомогою механічного регулятора.

Крім цього, існують твердотільні реле (електронні). У їх конструкції вже немає рухомих і механічних частин, а використовується електронна схема, що обчислює зміни температури.

В якості основних елементів таких приладів є термістор і мікропроцесор. У першому відбувається зміна електричних параметрів при коливаннях температури, а другий обробляє і в залежності від запрограмованого алгоритму комутує контактні групи.

схемотехніка регуляторів

Через складність настройки механічного реле самостійне його виготовлення практично неможливо, тому радіоаматори виготовляють твердотільні регулятори. На сьогоднішній день відомо велика кількість схем термореле різного класу. Так що підібрати підходящу для можливого повторення не складе складності.

Але перед тим як приступити до самостійного виготовлення терморегулятора, необхідно підготувати ряд інструментів і матеріалів. Для цього, крім електричної схеми та необхідних відповідно до неї радіоелементів, знадобиться:

1. Паяльник або в разі використання складних мікроконтролерів паяльна станція.
2. Односторонній фольгований склотекстоліт. Якщо електрична схема містить велику кількість радіоелементів і відноситься до середньої або високої групи складності, то виготовити її навісним монтажем не представляється можливим. Тому використовується склотекстоліт, на якому зручним методом, наприклад, блакитно-прасувальні або фотолитографией, наноситься друкована схема майбутнього термореле.
3. Мультиметр.Він необхідний для настройки роботи пристрою і перевірки правильності встановлення радіоелементів.
4. Міні дриль. За допомогою неї виконують отвори, в які встановлюються радіоелементи.
5. Робочі матеріали. До них відносяться: флюс, припій, спиртовий розчин, ізоляційна стрічка або термоусадочні трубочки.

Послідовність дій при виготовленні зводиться до наступного. На першому етапі вибирається схема і вивчається її опис, доступність радіоелементів. При цьому не варто забувати, що майже для кожної радіодеталі існує аналог. Потім, виготовляється друкована схема, а по ній вже плата. На плату запаюються радіоелементи, комутаційні гнізда й проведення. Як тільки все готово, проводиться тестовий запуск і в разі необхідності підстроювання роботи.

прості пристрої

Простий пристрій, що реагує на зміну температури, можна зібрати з декількох опорів і інтегрального підсилювача. Використовуються резисторами є два пів плеч, що утворюють собою вимірювальну і опорну частину схеми. Як R2 використовується термістор, Тобто резистор, опір якого змінюється в залежності від впливає на нього температури.

Інтегральний підсилювач LM393 працює в режимі компаратора, тобто порівнює два сигнали, що знімаються з R1-R2 і R3-R4. Як тільки рівень сигналу на двох входах мікросхеми зрівняється, LM393 перемикає навантаження до мережі живлення. Як навантаження можна використовувати вентилятор. Як тільки вентилятор охолодить контрольоване пристрій, рівень сигналу на другому і третьому вході компаратора знову почне відрізнятися. Пристрій знову перемкне свої виходи, і харчування припинить надходити в навантаження.

Нескладну схему можна зібрати і на тиристори. Як її навантаження можна використовувати нагрівач, температуру якого і буде регулювати саморобний терморегулятор.

Ця схема може використовуватися в інкубаторі або акваріумі.

В основі схеми також лежить здатність компаратора порівнювати рівні напруги на своїх входах і в залежності від цього відкривати свої виходи. При однаковому сигналі струм через транзистор VT1 НЕ тече, а значить, на керуючому виведення тиристора VS1 знаходиться низький рівень, і він закритий. Що з'явилося напруга на опорі R8 призводить до його відкриття. Живиться схема через діод VD2 і R10. Для стабілізації живлення використовується стабілітрон VD1. Перелік і номінали елементів наведені в таблиці: