Терморегуляторы с датчиком температуры воздуха самодельные. Как сделать термореле для отопления своими руками

При оборудовании погреба необходимо создать такой температурный режим, при котором все запасы будут сохраняться максимально долго. А чтобы его поддерживать, потребуется терморегулятор — прибор, который помогает поддерживать заданную температуру. Это устройство используется во многих бытовых приборах: утюгах, холодильниках, паяльниках. Как сделать терморегулятор для погреба своими руками?

Качественные материалы для выполнения работы

Вам потребуется:

потенциометр;
интегральный стабилизатор;
сетевой адаптер;
выходное устройство;
термостат.

В настоящее время любой прибор можно купить в магазине, но иногда дешевле сделать его своими руками. Естественно, для электроприборов паять запчасти не стоит, а вот сделать индивидуальный прибор, подходящий к параметрам вашего погреба, вполне возможно. Схема такого устройства проста. Определенная температура поддерживается благодаря включению\выключению теплонагревательного элемента (ТЭНа).

Температура поднимается до заданной отметки, срабатывает специальное устройство — компаратор, ТЭН выключается. В теории такой прибор сделать легко, но когда дело доходит до практического воплощения, становится понятно, что не все так просто. Раньше калибровку выполняли следующим образом: температурный датчик погружали сначала в лед, затем в кипяток.

Для измерения показаний брали вольтметр и градусник и настраивали нужную температуру срабатывания. Процесс отнимал достаточно много времени и давал не самые лучшие результаты. Сегодня покупка термодатчика не проблема. Их калибровка производится при изготовлении, так что никаких опытов проводить не придется. Современные технологии позволили создать такой температурный сенсор, который передает цифровую информацию. С помощью этих устройств возможно измерение температуры в различных точках квартиры — вы контролируете температуру не только за окном, но и внутри дома.

Вернуться к оглавлению

Контроль в помещениях

Возможен вариант контроля терморегулятора в нескольких помещениях.

Типовая схема терморегулятора для погреба.

Приборы обозначаются латинскими буквами и цифрами. Например, LM135. Чтобы не ошибиться в выборе, запомните: 1 — применение в военной технике, 2 — применение в производственных аппаратах и устройствах, 3 — применение в бытовых приборах. Российским аналогом является обозначение транзисторов — 2Т (военный) и КТ (массовый). Принцип действия такого датчика таков: при повышении температуры увеличивается напряжение стабилизации, то есть это стабилитрон. Удостовериться в правильности выбора можно, почитав технические характеристики прибора. Точка калибровки указана в кельвинах. Температурная шкала указана в градусах по Цельсию.

Вспоминая школьный курс физики, переводите 0С= 0+273=273К. Рабочий диапазон датчика от -40 до 100°C. Если используется такой датчик, нет нужды в сомнительных опытах. Достаточно рассчитать напряжение на выходе стабилитрона, а затем это значение указать задающим на входе компаратора (сравнивающего устройства). Температурный сенсор LM335 стоит недорого — порядка 35-40 рублей. Взяв за основу этот термодатчик, нарисуйте схему терморегулятора для погреба.

Принципиальная электрическая схема терморегулятора.

На практике она дополнится выходным устройством для включения нагревателя, блоком питания и индикатором работы.

Следующий важный элемент — компаратор, например LM311. Он имеет два входа — прямой (2), обозначенный «+», и инверсный (3), обозначенный «-», и один выход. На схеме выход компаратора обозначен цифрой 7. Работает это устройство так: напряжение на входе 2 больше, чем на входе 3, на выходе получаем высокий уровень. Транзистор открылся, подключил нагрузку. Потенциометр, подключенный к прямому входу, устанавливает температуру — задает порог срабатывания компаратора. При обратной ситуации (напряжение на входе 2 меньше, чем на входе 3), на выходе уровень понижается. Повышается температура, срабатывает термореле, компаратор переходит на низкий уровень, транзистор закрывается, ТЭН выключается. Этот цикл повторяется беспрерывно.

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

Показать всё

Механический терморегулятор

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

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

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

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

Для производства такого устройства понадобятся следующие комплектующие :

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

Все комплектующие необходимо собрать и вмонтировать на котёл.

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

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

Самодельный механический терморегулятор для шахтного котла

Простой электронный прибор

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

Основными элементами такого устройства являются :

пороговая схема;
индикаторное устройство;
датчик температуры.

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

Но кроме терморезистора, термодатчиком могут выступать :

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

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

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

Устройство из трёх комплектующих

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

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

Схема состоит из трёх элементов :

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

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

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

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

Терморегулятор своими руками

Регуляторы температуры для отопительных систем

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

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

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

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

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

Терморегулятор для ТЭН своими руками: схема и инструкция

Цифровое оборудование

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

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

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

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

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

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

Существует три вида внутренних сигналов :

1. 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. 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. 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.

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.

СХЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛЯТОРОВ

Существует большое количество электрических принципиальных схем, которые могут поддерживать желаемую заданную температуру с точностью до 0,0000033 °С. Эти схемы включают коррекцию при отклонении от установленного значения температуры, пропорциональное, интегральное и дифференциальное регулирование.
В регуляторе для электроплиток (рис. 1.1) используется позистор (терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления или ТКС) типа К600А фирмы Allied Electronics, встроенный в кухонную плиту, чтобы поддерживать идеальную температуру варки. Потенциометром можно регулировать запуск семисторного регулятора и, соответственно, включение или выключение нагревательного элемента. Устройство предназначено для работы в электрической сети с напряжением 115 В. При включении устройства в сеть напряжением 220 В необходимо использовать другой питающий трансформатор и семистор.

Рисунок 1.1 Регулятор температуры электроплиты

Таймер LM122 производства компании National используется как дозирующий терморегулятор с оптической развязкой и синхронизацией при прохождении питающего напряжения через нуль. Установкой резистора R2 (рис. 1.2) задается регулируемая позистором R1 температура. Тиристор Q2 подбирается из расчета подключаемой нагрузки по мощности и напряжению. Диод D3 определен для напряжения 200 В. Резисторы R12, R13 и диод D2 реализуют управление тиристором при прохождении питающего напряжения через нуль.

Рисунок 1.2 Дозирующий регулятор мощности нагревателя

Простая схема (рис. 1.3) с переключателем при переходе питающего напряжения через нуль на микросхеме СА3059 позволяет регулировать включение и выключение тиристора, который управляет катушкой нагревательного элемента или реле для управления электро- или газовой печью. Переключение тиристора происходит при малых токах. Измерительное сопротивление NTC SENSOR обладает отрицательным температурным коэффициентом. Резистором Rp устанавливается желаемая температура.

Рисунок 1.3 Схема терморегулятора с комутацией нагрузки при переходе питания через ноль.

Устройство (рис. 1.4) обеспечивает пропорциональное регулирование температуры небольшой маломощной печи с точностью до 1 °С относительно температуры, заданной с помощью потенциометра. В схеме используется стабилизатор напряжения 823В, который питается, как и печь, от того же источника напряжением 28 В. Для задания величины температуры должен использоваться 10-оборотный проволочный потенциометр. Мощный транзистор Qi работает в режиме насыщения или близко к этому режиму, однако радиатор для охлаждения транзистора не требуется.

Рисунок 1.4 Схема терморегулятора для низковольтного нагревателя

Для управления семистором при переходе питающего напряжения через нуль используется переключатель на микросхеме SN72440 от фирмы Texas Instruments. Эта микросхема переключает симистор TRIAC (рис. 1.5), включающий или выключающий нагревательный элемент, обеспечивая необходимый нагрев. Управляющий импульс в момент перехода напряжения сети через нуль подавляется или пропускается под действием дифференциального усилителя и моста сопротивления в интегральной схеме (ИС). Ширина последовательных выходных импульсов на выводе 10 ИС регулируется потенциометром в цепи запуска R(trigger)? как это показано в таблице на рис. 1.5, и должна изменяться в зависимости от параметров используемого симистора.

Рисунок 1.5 Терморегулятор на микросхеме SN72440

Обычный кремниевый диод с температурным коэффициентом 2 мВ/°С служит для поддержания разницы температур до ±10 °F] с точностью примерно 0,3 °F в широком диапазоне температур. Два диода, включенные в мост сопротивлений (рис. 1.6)^ дают напряжение на выводах А и В, которое пропорционально разнице температуры. Потенциометром регулируется ток смещения, который соответствует предварительно устанавливаемой области смещения температуры. Низкое выходное напряжение моста усиливается операционным усилителем MCI741 производства фирмы Motorola до 30 В при изменении напряжения на входе на 0,3 мВ. Буферный транзистор добавлен для подключения нагрузки с помощью реле.

Рисунок 1.6 Регулятор температуры с датчиком на диоде

Температура по шкале Фаренгейта. Для перевода температуры из шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия нужно от исходного числа отнять 32 и умножить результат на 5/9/

Позистор RV1 (рис. 1.7) и комбинация из переменного и постоянного резисторов образуют делитель напряжения, поступающего с 10-вольтового диода Зенера (стабилитрона). Напряжение с делителя подается на однопереходный транзистор. Во время положительной полуволны напряжения сети на конденсаторе возникает напряжение пилообразной формы, амплитуда которого зависит от температуры и установки сопротивления на потенциометре номиналом 5 кОм. Когда амплитуда этого напряжения достигает отпирающего напряжения однопереходного транзистора, он включает тиристор, который и подает напряжение на нагрузку. Во время отрицательной полуволны переменного напряжения тиристор выключается. Если температура печи низка, то тиристор открывается в полуволне раньше и производит больший нагрев. Если предварительно установленная температура достигнута, то тиристор открывается позже и производит меньший нагрев. Схема разработана для использования в устройствах с температурой окружающей среды 100 °F.

Рисунок 1.7 Терморегулятор для хлебопечки

Простой регулятор (рис. 1.8), содержащий измерительный мост с термистором и два операционных усилителя, регулирует температуру с очень высокой точностью (до 0,001 °С) и большим динамическим диапазоном, что необходимо при быстрых изменениях условий окружающей среды.

Рисунок 1.8 Схема терморегулятора повышенной точности

Устройство (рис. 1.9) состоит из симистора и микросхемы, которая включает в себя источник питания постоянного тока, детектор перехода питающего напряжения через нуль, дифференциальный усилитель, генератор пилообразного напряжения и выходной усилитель. Устройство обеспечивает синхронное включение и выключение омической нагрузки. Управляющий сигнал получается при сравнении напряжения, получаемого от чувствительного к температуре измерительного моста из резисторов R4 и R5 и резистора с отрицательным температурным коэффициентом R6, а также резисторов R9 и R10 в другой цепи. Все необходимые функции реализованы в микросхеме ТСА280А фирмы Milliard. Показанные значения действительны для симистора с током управляющего электрода 100 мА, для другого симистора значения номиналов резисторов Rd, Rg и конденсатора С1 должны изменяться. Пределы пропорционального регулирования могут устанавливаться с помощью изменения значения резистора R12. При проходе через нуль напряжения сети симистор будет переключаться. Период колебаний пилообразной формы составляет примерно 30 сек и может устанавливаться изменением емкости конденсатора С2.

Представленная простая схема (рис. 1.10) регистрирует разницу температур двух объектов, нуждающихся в использовании регулятора. Например, для включения вентиляторов, выключения нагревателя или для управления клапанами смесителей воды. Два недорогих кремниевых диода 1N4001, установленные в мост сопротивлений, используются как датчики. Температура пропорциональна напряжению между измерительным и опорным диодом, которое подается на выводы 2 и 3 операционного усилителя МС1791. Так как при разнице температур с выхода моста поступает только примерно 2 мВ/°С, то необходим операционный усилитель с высоким усилением. Если для нагрузки требуется более 10 мА, то необходим буферный транзистор.

Рисунок 1.10 Схема терморегулятора с измерительным диодом

При падении температуры ниже установленного значения разность напряжений, на измерительном мосте с терморезистором, регистрируется дифференциальным операционным усилителем, который открывает буферный усилитель на транзисторе Q1 (рис. 1.11) и усилитель мощности на транзисторе Q2. Рассеиваемая мощность транзистора Q2 и его нагрузки резистора R11 обогревают термостат. Терморезистор R4 (1D53 или 1D053 от фирмы National Lead) имеет номинальное сопротивление 3600 Ом при 50 °С. Делитель напряжения Rl-R2 уменьшает входной уровень напряжения до необходимого значения и способствует тому, что терморезистор работает при малых токах, обеспечивающих малый разогрев. Все цепи моста, за исключением резистора R7, предназначенного для точной регулировки температуры, находятся в конструкции термостата.

Рисунок 1.11 Схема терморегулятора с измерительным мостом

Схема (рис. 1.12) осуществляет линейное регулирование температуры с точностью до 0,001 °С, с высокой мощностью и высокой эффективностью. Источник опорного напряжения на микросхеме AD580 питает мостовую схему преобразователя температуры, в которой платиновый измерительный резистор (PLATINUM SENSOR) работает в качестве датчика. Операционный усилитель AD504 усиливает выходной сигнал моста и управляет транзистором 2N2907, который, в свою очередь, управляет синхронизируемым с частотой 60 Гц генератором на однопереходном транзисторе. Этот генератор питает управляющий электрод тиристора через развязывающий трансформатор. Предварительная установка способствует тому, что тиристор включается в различных точках переменного напряжения, что необходимо для точной регулировки нагревателя. Возможный недостаток - возникновение помех высокой частоты, т. к. тиристор переключается посреди синусоиды.

Рисунок 1.12 Тиристорный терморегулятор

Узел управления мощного транзисторного ключа (рис. 1.13) для нагрева инструментов мощностью 150 Вт использует отвод на нагревательном элементе, чтобы принудить переключатель на транзисторе Q3 и усилитель на транзисторе Q2 достичь насыщения и установить малую рассеиваемую мощность. Когда на вход транзистора Qi поступает положительное напряжение, транзистор Qi открывается и приводит транзисторы Q2 и Q3 в открытое состояние. Ток коллектора транзистора Q2 и базовый ток транзистора Q3 определяются резистором R2. Падение напряжения на резисторе R2 пропорционально напряжению питания, так что управляющий ток обладает оптимальным уровнем для транзистора Q3 при большом диапазоне напряжения.

Рисунок 1.13 Ключ для низковольтного терморегулятора

Операционный усилитель СА3080А производства фирмы RCA (рис. 1.14) включает вместе термопару с переключателем, срабатывающем при проходе питающего напряжения через нуль и выполненным на микросхеме СА3079, который служит как триггер для симистора с нагрузкой переменного напряжения. Симистор нужно подбирать Под регулируемую нагрузку. Напряжение питания для операционного усилителя некритично.

Рисунок 1.14 Терморегулятор на термопаре

При использовании фазового управления симистором ток нагрева сокращается постепенно, если происходит приближение к установленной температуре, что предотвращает большое отклонение от установленного значения. Сопротивление резистора R2 (рис. 1.15) регулируется так, чтобы транзистор Q1 при желаемой температуре был закрыт, тогда генератор коротких импульсов на транзисторе Q2 не функционирует и таким образом симистор больше не открывается. Если температура понижается, то сопротивление датчика RT увеличивается и транзистор Q1 открывается. Конденсатор С1 начинает заряжаться до напряжения открывания транзистора Q2, который лавинообразно открывается, формируя мощный короткий импульс, выполняющий включение симистора. Чем больше открывается транзистор Q1, тем быстрее заряжается емкость С1 и симистор в каждой полуволне переключается раньше и, вместе с тем, в нагрузке возникает большая мощность. Пунктирной линией представлена альтернативная схема для регулирования двигателя с постоянной нагрузкой, например с вентилятором. Для работы схемы в режиме охлаждения резисторы R2 и RT нужно поменять местами.

Рисунок 1.15 Терморегулятор для отопления

Пропорциональный терморегулятор (рис. 1.16) использующий микросхему LM3911 от фирмы National, устанавливает постоянную температуру кварцевого термостата на уровне 75 °С с точностью ±0,1 °С и улучшает стабильность кварцевого генератора, который часто используется в синтезаторах и цифровых счетчиках. Отношение импульс/пауза прямоугольного импульса на выходе (отношение времени включения/выключения) изменяется в зависимости от температурного датчика в ИС и напряжения на инверсном входе микросхемы. Изменения продолжительности включения микросхемы изменяют усредненный ток включения нагревательного элемента термостата таким образом, что температура приводится к заданной величине. Частота прямоугольного импульса на выходе ИС определяется резистором R4 и конденсатором С1. Оптрон 4N30 открывает мощный составной транзистор, у которого в цепи коллектора имеется нагревательный элемент. Во время подачи положительного прямоугольного импульса на базу транзисторного ключа последний переходит в режим насыщения и подключает нагрузку, а при окончании импульса отключает ее.

Рисунок 1.16 Пропорциональный терморегулятор

Регулятор (рис. 1.17) поддерживает температуру печи или ванны с высокой стабильностью на уровне 37,5 °С. Рассогласование измерительного моста регистрируется измерительным операционным усилителем AD605 с высоким коэффициентом подавления синфазной составляющей, низким дрейфом и симметричными входами. Составной транзистор с объединенными коллекторами (пара Дарлингтона) осуществляет усиление тока нагревательного элемента. Транзисторный ключ (PASS TRANSISTOR) должен принимать всю мощность, которая не подводится к нагревательному элементу. Чтобы справляться с этим, большая схема следящей системы подключается между точками "А” и "В", чтобы установить постоянно 3 В на транзисторе без учета напряжения, требуемого для нагревательного элемента. Выходной сигнал операционного усилителя 741 сравнивается в микросхеме AD301A с напряжением пилообразной формы, синхронным с напряжением сети частотой 400 Гц. Микросхема AD301A работает как широтно-импульсный модулятор, включающий транзисторный ключ 2N2219-2N6246. Ключ предоставляет управляемую мощность конденсатору емкостью 1000 мкФ и транзисторному ключу (PASS TRANSISTOR) терморегулятора.

Рисунок 1.17 Высоточный терморегулятор

Принципиальная схема терморегулятора, срабатывающего при проходе напряжения сети через нуль (ZERO-POINT SWITCH) (рис. 1.18), устраняет электромагнитные помехи, которые возникают при фазовом управлении нагрузкой. Для точного регулирования температуры электронагревательного прибора используется пропорциональное включение/выключение семистора. Схема, справа от штриховой линии, представляет собой переключатель, срабатывающий при проходе через нуль питающего напряжения, который включает симистор почти непосредственно после прохода через нуль каждой полуволны напряжения сети. Сопротивление резистора R7 устанавливается таким, чтобы измерительный мост в регуляторе был уравновешен для желаемой температуры. Если температура превышена, то сопротивление позистора RT уменьшается и открывается транзистор Q2, который включает управляющий электрод тиристора Q3. Тиристор Q3 включается и замыкает накоротко сигнал управляющего электрода" симистора Q4 и нагрузка отключается. Если температура понижается, то транзистор Q2 закрывается, тиристор Q3 отключается, а к нагрузке поступает полная мощность. Пропорционального управления достигают подачей пилообразного напряжения, формируемого транзистором Q1, через резистор R3 на цепь измерительного моста, причем период пилообразного сигнала - это сразу 12 циклов частоты сети. От 1 до 12 этих циклов могут вставляться в нагрузку и, таким образом, мощность может модулироваться от 0-100% с шагом 8 %.

Рисунок 1.18 Терморегулятор на симисторе

Схема устройства (рис. 1.19) позволяет оператору устанавливать верхние и нижние границы температуры для регулятора, что бывает необходимо при продолжительных тепловых испытаниях свойств материала. Конструкция переключателя дает возможность для выбора способов управления: от ручного до полностью автоматизированных циклов. С помощью контактов реле К3 управляют двигателем. Когда реле включено, двигатель вращается в прямом направлении с целью повышения температуры. Для понижения температуры направление вращения двигателя меняется на противоположное. Условие переключения реле К3 зависит от того, какое из ограничительных реле было включено последним, К\ или К2. Схема управления проверяет выход программатора температуры. Этот входной сигнал постоянного тока будет уменьшен резисторами и R2 максимально на 5 В и усилен повторителем напряжения А3. Сигнал сравнивается в компараторах напряжения Aj и А2 с непрерывно изменяющимся эталонным напряжением от 0 до 5 В. Пороги компараторов предварительно устанавливаются 10-оборотными потенциометрами R3 и R4. Транзистор Qi закрыт, если сигнал на входе ниже опорного сигнала. Если входной сигнал превосходит опорный сигнал, то транзистор Qi отрывается и возбуждает катушку реле К, верхнего предельного значения.

Рисунок 1.19

Пара преобразователей температуры LX5700 от фирмы National (рис. 1.20) выдает выходное напряжение, которое пропорционально разнице температуры между обоими преобразователями и используется для измерения градиента температуры в таких процессах, как, например, распознавание отказа вентилятора охлаждения, распознавание движения охлаждающего масла, а также для наблюдения за другими явлениями в охлаждающих системах. С измерительным преобразователем, находящимся в горячей среде (вне охлаждающей жидкости или в покоящемся воздухе более 2 мин), 50-омный потенциометр должен устанавливаться таким образом, чтобы выход выключался. Тогда как с преобразователем в прохладной среде (в жидкости или в подвижном воздухе продолжительностью 30 сек) должно находиться положение, при котором выход включается. Эти установки перекрываются между собой, но окончательная установка между тем дает в итоге достаточно стабильный режим.

Рисунок 1.20 Схема детектора температур

В схеме (рис. 1.21) используется высокоскоростной изолированный усилитель AD261K для высокоточного регулирования температуры лабораторной печи. Многодиапазонный мост содержит датчики с сопротивлением от 10 Ом до 1 мОм с делителями Кельвина-Варлея (Kelvin-Varley), которые используются для предварительного выбора точки управления. Выбор точки правления осуществляется с помощью переключателя на 4 положения. Для питания моста допускается применение неинвертирующего стабилизируемого усилителя AD741J, не допускающего синфазной погрешности напряжения. Пассивный фильтр на 60 Гц подавляет помехи на входе усилителя AD261K, который питает транзистор 2N2222A. Далее питание поступает на пару Дарлингтона и подводится 30 В к нагревательному элементу.

Измерительный мост (рис. 1.22) образуется позистором (резистором с положительным температурным коэффициентом) и резисторами Rx R4, R5, Re. Сигнал, снимаемый с моста, усиливается микросхемой СА3046, которая в одном корпусе содержит 2 спаренных транзистора и один отдельный выходной транзистор. Положительная обратная связь через резистор R7 предотвращает пульсации, если достигнута точка переключения. Резистором R5 устанавливается точная температура переключения. Если температура опускается ниже установленного значения, то реле RLA включается. Для противоположной функции должны меняться местами только позистор и Rj. Значение резистора Rj выбирается так, чтобы приблизительно достичь желаемой точки регулировки.

Рисунок 1.22 Регулятор температуры с позистором

Схема регулятора (рис. 1.23) добавляет множество стадий опережающего сигнала к нормально усиленному выходу температурного датчика LX5700 от фирмы National, чтобы, по меньшей мере, частично компенсировать измерительные задержки. Коэффициент усиления по постоянному напряжению операционного усилителя LM216 будет установлен на значение, равное 10, с помощью резисторов с сопротивлением 10 и 100 мОм, что дает в итоге 1 В/°С на выходе операционного усилителя. Выход операционного усилителя активирует оптрон, который управляет обычным терморегулятором.

Рисунок 1.23 Терморегулятор с оптроном

Схема (рис. 1.24) используется для регулирования температуры в установке промышленного отопления, работающей на газе и обладающей высокой тепловой мощностью. Когда операционный усилитель-компаратор AD3H переключается при требуемой температуре, то запускается одновйбратор 555, выходной сигнал которого открывает транзисторный ключ, а следовательно, включает газовый вентиль и зажигает горелку отопительной системы. По истечении одиночного импульса горелка выключается, несмотря на состояние выхода операционного усилителя. Постоянная времени таймера 555 компенсирует задержки в системе, при которой нагрев выключается, прежде чем датчик AD590 достигает точки переключения. Позистор, включенный во времязадающую цепь одновибратора"555, компенсирует изменения постоянной времени таймера из-за изменений температуры окружающей среды. При включении питания во время процесса запуска системы сигнал, формируемый операционным усилителем AD741, минует таймер и включает нагрев отопительной системы, при этом схема имеет одно устойчивое состояние.

Рисунок 1.24 Коррекция перегрузки

Все компоненты терморегулятора находятся на корпусе кварцевого резонатора (рис. 1.25), таким образом, максимальная рассеиваемая мощность резисторов 2 Вт служит для того, чтобы поддерживать температуру в кварце. Позистор имеет при комнатной температуре сопротивление около 1 кОм. Типы транзистора некритичны, но должны иметь низкие токи утечки. Ток позистора примерно от 1 мА должен быть гораздо больше, чем ток базы 0,1 мА транзистора Q1. Если в качестве Q2 выбрать кремниевый транзистор, то нужно повысить 150-омное сопротивление до 680 Ом.

Рисунок 1.25

В мостовой схеме регулятора (рис. 1.26) используется платиновый датчик. Сигнал с моста снимается операционным усилителем AD301, который включен как дифференциальный усилитель-компаратор. В холодном состоянии сопротивление датчика менее 500 Ом, при этом выход операционного усилителя приходит в насыщение и дает положительный сигнал на выходе, который открывает мощный транзистор и нагревательный элемент начинает греться. По мере нагревания элемента растет и сопротивление датчика, которое возвращает мост в состояние уравновешивания, и нагрев выключается. Точность достигает 0,01 °С.

Рисунок 1.26 Регулятор температуры на компараторе

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

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

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

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

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

Характеристика полупроводниковых терморезисторов нелинейна, как показано на рисунке.

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

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

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

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

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

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

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