Простой терморегулятор своими руками
Огромное количество электрических приборов, используемых в быту и промышленности, основывают свою работу на определении уровня температуры окружающей среды. Измерительный элемент в них представляет собой датчик температуры, срабатывающий при нагревании или охлаждении до установленного уровня. Их можно приобрести в большинстве магазинов, ими комплектуются духовки, контроллеры и прочие устройства, но гораздо интереснее изготовить терморегулятор своими руками.
Далее мы рассмотрим принцип действия и варианты изготовления такой самоделки.
Немного теории
Любой терморегулятор конструктивно включает в себя три основных блока:
- измерительный;
- логический;
- исполнительный.
Теоретически температурный датчик можно представить набором из четырех сопротивлений, среди которых три резистора будут представлены элементами с постоянными электрическими параметрами, а четвертый переменным. Они собираются в схему измерительного полуплеча, приведенную на рисунке 1 ниже:
На схеме показан принцип соединения резисторов для получения температурного датчика. Как видите, сопротивление R2 является переменным и меняет физическую величину в соответствии с изменениями температуры окружающей среды. При подаче одного и того напряжения питания в терморегуляторе, при изменении сопротивления в плече будет возрастать ток в цепи.
На основании изменений происходит анализ температурных колебаний в результате которого рабочий орган вызывает срабатывание терморегулятора и последующее отключение или включение оборудования.
Для измерения сопротивления резисторов в качестве логического элемента
устанавливается микросхема, работающая в режиме компаратора. Ее задача сравнить
электрические сигналы в двух плечах. Пример схемы регулятора температуры
приведен на рисунке:
Здесь блок микросхемы U1A принимает сигналы от измерителя температуры на входы 2 и 3. При достижении температуры срабатывания, в плечах начнет протекать разный ток, и компаратор выдаст на управляющий элемент электронного терморегулятора сигнал о включении.
При остывании датчика термометра ток в плечах терморегулятора уравняется, и электронный блок выдаст управляющий сигнал на отключение. Приведенная электронная схема работает в двух устойчивых состояниях – отключенном и включенном, чередование рабочих режимов происходит в соответствии с заданной логикой.
Эта схема терморегулятора используется в работе куллера персонального компьютера, получая электроснабжение от блока питания, происходит сравнение тока в плечах. Когда блок питания перегреется, терморегулятор переведет транзистор в противоположное состояние и вентилятор запустится.
Такой принцип может применяться не только в вентиляторах, но и в ряде других устройств:
- для контроля
работы электрического отопления по температурным показаниям в помещении; - для установки
уровня температуры в самодельном инкубаторе; - при
подключении теплого пола для контроля его работы; - для установки
температурного диапазона работы двигателя,
с принудительным охлаждением или отключением системы при достижении
граничного значения температуры; - для паяльных
станций или ручных паяльников; - в системах
охлаждения и холодильном оборудовании с логикой снижения температуры в
определенных пределах; - в духовках,
печах как бытового, так и промышленного назначения.
Сфера применения терморегулятора ничем не ограничена, везде, где вы хотите
получить контроль уровня температуры в автоматическом режиме с управлением
питания, такое устройство станет отличным помощником.
Обзор схем
В зависимости от типа элементов, входящих в состав терморегулятора,
различают механические и цифровые терморегуляторы. Работа первых основана на
срабатывании реле, вторые имеют электронный блок, управляющий процессами. Примеры
работы нескольких схем рассмотрим далее.
На приведенной схеме измерение происходит за счет резисторов R1 и R2, при температурных колебаниях переменный резистор R2 изменит величину падения напряжения. После чего через усилитель терморегулятора, представленный парой транзисторов, начнется протекание электротока через катушку реле K1.
Когда величина тока в соленоиде создаст магнитный поток достаточной силы, сердечник притянется и переключит контакты в другое положение. Недостатком такого терморегулятора является наличие магнитопроводящих частей, которые из-за гистерезиса вносят дополнительную поправку на температуру помимо измерительного органа.
Данный терморегулятор, в отличии от механического термостата, не использует подключение реле, поэтому является более точным. Его применение оправдано в тех ситуациях, когда несколько градусов могут сыграть весомую роль, к примеру, при контроле температуры нагрева двигателя или в инкубаторе.
Здесь изменение температурного режима фиксируется резистором R5, благодаря которому терморегулятор изменяет электрические параметры работы. Для сравнения и усиления разницы поступающего с полуплеч электрического параметра применяется микросхема К140УД7.
Для контроля нагрузки в схеме устанавливается тиристор VS1, в данном
примере терморегулятора ограничение составляет 150Вт, но при желании может
подбираться и другой параметр. Но следует учитывать, что эксплуатация тиристора
в качестве ключа приводит к его нагреванию, поэтому с увеличением мощности
необходимо установить радиатор для лучшей теплоотдачи.
Создаем простой терморегулятор
При ремонте бытовой электротехники вы могли сталкиваться с ситуацией, когда со строя выходил терморегулятор. Хоть это и небольшая микросхема, устанавливаемая для контроля величины нагрева или охлаждения чего-либо.
Увы, стоимость такого элемента заводского изготовления довольно высока, поэтому куда выгоднее собрать терморегулятор самому. Схема достаточно простого самодельного терморегулятора приведена на рисунке ниже.
Для его изготовления вам понадобится:
- понижающий трансформатор с 220 на 12 В;
- шесть диодов (в рассматриваемом примере используются IN4007);
- конденсаторы на 47 мкФ, 1 мФ и 2 мФ;
- микросхема для стабилизатора на 5В;
- транзистор (в рассматриваемом примере это КТ814А);
- стабилитрон с регулируемым параметром (TL431);
- резистивные элементы на 4,7; 160, 150 и 910 кОм;
- резистор с изменяемым сопротивлением на 150 кОм;
- термозависимый резистор 50 кОм;
- светодиод;
- электромагнитное реле 100 мА с питающим напряжением 12В (в рассматриваемом примере используется автомобильный вариант);
- кнопка и корпус.
Процесс изготовления состоит из таких этапов:
- При помощи
паяльника соберите вышеперечисленные детали на печатную плату, как показано на
схеме выше. - После этого
выведите измерительный орган для терморегулятора на открытое пространство,
чтобы установить в нужную локацию.
Источник
Термодатчики на диодах в схемах на МК
Измерение температуры с помощью полупроводниковых диодов представляет особый интерес для массового применения, тк. они доступнее и дешевле других датчиков и имеют хорошую повторяемость параметров.
Для измерений используется прямая ветвь ВАХ диодов, поскольку обратная ветвь менее стабильна. Нелинейность показаний легко учитывается двумя программными методами. Во-первых, можно плавно аппроксимировать температурную характеристику эмпирической формулой, во-вторых, можно использовать дискретную таблицу поправок с сохранением коэффициентов в ПЗУ МК.
В термодатчиках выгодно применять германиевые (а не кремниевые) диоды, поскольку у них сильнее проявляется зависимость параметров от температуры. Однако устаревшие германиевые диоды типа Д2Б, Д7Ж, выпущенные 40…50 лет назад, уже не обладают заявленными техническими параметрами. Сточки зрения надёжности они давно выработали ресурс хранения и эксплуатации, что в любой момент грозит выходом элемента из строя.
Считается, что термодатчики на диодах обеспечивают приемлемую линейность измерения температуры в диапазоне 0…+ 100°С (по некоторым оценкам -60…+ 150°С). Для достоверности достаточно откалиброваться в двух крайних точках диапазона по образцовому термометру ТЛ-4 ГОСТ 28498-90. Если таковой отсутствует, то используют … обычную очищенную воду. Известно, что температуру 0°С можно получить в момент образования льда (смесь воды с льдинками в морозильной камере холодильника). Температура +100°С соответствует кипящей воде в кухонном чайнике. Контрольная проверка — температура тела человека.
Электрический режим работы диодов должен быть стабильным во времени и максимально не нагруженным по току (Рис. 3.66, а…д), в связи с чем уменьшаются ошибки измерений, связанные с саморазогревом кристалла.
а) высокоомный резистор /?/служит своеобразным генератором стабильного тока для термодатчика VD1. Напряжение на входе МК пропорционально температуре окружающей среды в диапазоне-50…+100°С. Коэффициент преобразования составляет 2…2.5 мВ/°С, погрешность меньше 1%. Конденсатор С/снижает уровень помех при большом удалении диода VD1 от МК;
б) к двум каналам АЦП МК подключаются одинаковые цепи, но измеряемые напряжения будут разными, поскольку VD1 служит термодатчиком, а VD2 — обычным диодом. Используется дифференциальный режим работы АЦП. Фиксируются не абсолютные температуры, а их разность в двух удалённых местах, например, в помещении Рис. 3.66. Схемы подключения диодных термодатчиков к МК <окончание)’. в) усилитель DA1 расширяет динамический диапазон сигнала, поступающего от термодатчика на диоде VD1. Резистором R2 калибруется начальное значение, резистором R6 — диапазон температур. Чтобы повысить линейность по краям, ОУ Z)/l/следует применить «rail-to-rail»; г) «нижнее» включение диодов Шоттки VDI…VD4, выступающих в качестве термодатчиков. Их последовательное соединение повышает чувствительность в четыре раза. Температура определяется табличным методом по замерам напряжений АЦП МК. Резистор RI имеет высокое сопротивление, что снижает протекающий через термодатчики ток и устраняет их саморазогрев. Резистор обеспечивает оптимальное входное сопротивление для АЦП МК; д) «верхнее» включение кремниевых диодов VDI, VD2, выступающих в качестве термодатчиков. Для нормальной работы АЦП МК требуется, чтобы на вход подавалось напряжение, близкое к питанию +5 В. Для сравнения, в схемах с «нижним» включением диодов можно подавать на вход более низкое (а значит и более стабильное) напряжение +1.2…+2.5 В от внешнего ИОН. Возможная замена диодов VD1, VD2— 1N4148. Источник Чтение RSS Если вы когда-либо проводили время за анализом графиков и кривых различных параметров диодов, вы, возможно, заметили интересную деталь: стандартный кремниевый диод имеет линейную зависимость между прямым напряжением и температурой. Например, ниже приведен график из документации на диод 1N4148 компании Vishay. Если прямой ток остается постоянным, прямое напряжение линейно уменьшается по мере увеличения температуры. Даже если прямой ток немного изменится, вы все равно можете сделать довольно точный термометр, но соотношение между напряжением и температурой будет менее линейно. Еще одна примечательная деталь заключается в том, что величина наклона увеличивается по мере уменьшения прямого тока; другими словами, прямое напряжение более чувствительно к изменениям температуры при более низких прямых токах. Допустим, у вас есть диод, подключенный таким образом, что его прямой ток не сильно меняется. Предположим также, что схема имеет активный компонент, который может усиливать небольшие отклонения зависящего от температуры прямого напряжения диода. Давайте даже представим, что вы подключаете эту схему к чему-то, что может преобразовать эти усиленные изменяющиеся сигналы прямого напряжения в какое-то видимое изменение (на ум приходит мультиметр). Если все это действительно реализовать, что бы у вас получилось? Термометр. А точнее диодный термометр. Вот схема такого устройства: В целом это хрестоматийная схема из одного старого учебника по электронике, имеющая некоторые изменения по сравнению с оригиналом. Так, резистор R4 здесь увеличивает напряжение на аноде диода до уровня, который более эффективен для смещенного в прямом направлении перехода база-эмиттер транзистора. Целью является схема, которая усиливает колебания напряжения диода и, таким образом, создает сигнал термометра, который способен непосредственно управлять каким-либо индикатором. Итак, сначала давайте посмотрим на график зависимости напряжения диода от температуры. Как вы можете видеть, у нас есть хорошая линейная зависимость между напряжением и температурой. Однако амплитуда отклика напряжения довольно мала. В диапазоне 60 °C напряжение изменяется только примерно на 70 мВ. Сравните это с графиком выходного напряжения относительно температуры. Выходное напряжение изменяется примерно на 1.7 В в том же диапазоне, что является существенным улучшением. На следующем графике показан ток коллектора транзистора Q1 относительно температуры. Если вы хотите оценить работоспособность этой схемы, то здесь ее можно взять в реализации симулятора LTspice. Источник
Digitrode
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Как использовать диод в качестве термометра
