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.
Пример простого терморегулятора
Далее мы рассмотрим принцип действия и варианты изготовления такой самоделки.
Немного теории
Любой терморегулятор конструктивно включает в себя три основных блока:
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:
Рис. 1. Датчик из полуплеча резисторов
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:
Рис. 2. Принципиальная схема терморегулятора
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.
Рис. 3. Схема терморегулятора №1
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.
Рис. 4. Схема терморегулятора №2
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.
Рис. 5. Схема простейшего терморегулятора
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.
Рис. 6. Выведите измерительный элемент
Установите переменный резистор на жесткий каркас и нанесите градуировку температурных режимов для настройки прибора.
Рис. 7. Установите регулятор на каркас и нанесите градуировку
На клеммник подключите шнур питания.
Подключите питающий шнур к клеммнику
В данном случае клеммник взят со старого прибора, располагавшегося в корпусе.
Подключите все отдельно размещенные элементы к плате и закройте корпусом.
После сборки терморегулятора его можно установить в любое место, к примеру, для обогрева и подключить в цепь питания электрического котла. В случае, когда радиаторы отопления нагреют помещение до установленной температуры, контакты реле разорвут цепь и прекратят электроснабжение. При остывании цифрового термометра, снова произойдет включение отопления и снова пойдет нагрев. Если вас не устраивает температурный режим, его можно изменить настройкой датчика.
Видео по теме
Терморегулятор для теплого пола своими руками схема
Терморегулятор для теплых полов с ЖКИ.
Автор: Провада Юрий Петрович aka Simurg Опубликовано 03.09.2010
Решил я как-то расширить немного жилую площадь за счет балкона, и сделать там небольшую спальню, в которой можно спать не только летом, но и зимой. Квартира-то однокомнатная и места всем не хватает. Проблема действительно серьезная. Сказано — сделано. Стены утеплены, потолок тоже, окно поменяно на ПВХ, а на полу залиты теплые полы мощностью 1 киловатт. Все бы хорошо, но нужен термостат, ведь без него можно и перегреться на такой постели. Это покруче деревенской печки, если спину продуло, полежишь там денек-другой и как рукой сняло. Рассмотрев цены на готовые изделия, на самостоятельные разработки на контролерах и датчиках температуры с ЖКИ индикаторами, на готовые покупные изделия несколько другого назначения, привожу результаты маркетингового исследования по данной теме. Все цены указаны при покупке в единичном количестве, а не оптовые цены. Исследования на готовые изделия:
Цена конечно не маленькая, учитывая такой простой агрегат и маленький экран. Исследование цен на комплектующие, для самостоятельной сборки регулятора на контроллере: ATMEGA8 2$ ЖКИ 8$ Датчик температуры 1820 2$ Программатор для прошивки меги 8$ Корпус 1-2$ Итого примерно 21$ Автор собрал регулятор на основе готового недорогого покупного изделия термометра Thermo TM979H,
который уже имеет на борту индикатор, , датчик температуры диапазона -50°C
+300°С +(1.0%) и контроллер с управлением тремя кнопками. Можно использовать любой подобный термометр, у которого звуковой сигнал не прекращается после превышения температуры. Автор писать программы на контролеры не умеет и научиться быстро не получается, а регулятор зимой очень был нужен, и был собран за один вечер вместе с корпусом. Исследование цен на комплектующие, для самостоятельной сборки регулятора на основе термометра Thermo TM979H. термометр Thermo TM979H 6$ Корпус 1-2$ Итого примерно 7$ Цены на остальные детали, которые нужны в обе конструкции (на контролере и на готовом термометре) не учитываем. Реле, блок питания 12в, пара светодиодов, наверняка найдутся в мастерской любого радиолюбителя. Небольшое описание термометра. Цифровой термометр TM979H — это термометр c длинным щупом и расширенным до +300°С температурным диапазоном.
Конечно 300°С нам не нужно, мы будем пользоваться до 55°С. Собрать данный регулятор гораздо быстрее и проще чем на контролере с нуля, ведь здесь уже готовый настроенный модуль. Принцип работы: Например температура пола 8 градусов. Выставляем кнопками на индикаторе нужную нам температуру 29 градусов. На индикаторе отображается так (8°С_______29°С). Нажимаем режим со звуковой сигнализацией. Включаем дополнительной кнопкой включить полы. Температура пола еще не достигла температуры задания. Через 5:.8 секунд включается реле подачи напряжения на спираль. Возникшая наводка за счет длинного провода (у автора 3 метра) наводимая на датчик температуры снижает точность измерения температуры на один градус в минус. На индикаторе отображается так (7°С_______29°С). Идет постепенный нагрев. Температура достигла температуры задания и TM979H подаёт звуковой сигнал. (в нашей схеме звука естественно нет). Реле отключается с задержкой 4:.6 секунд. Напряжение со спирали снимается, полы обесточиваются полностью по двум проводам. Небольшая наводка наводимая на датчик температуры пропадает, и термометр уже показывает реальное значение температуры пола. То есть измеренное значение стало на один градус выше. На индикаторе отображается так (30°С_______29°С). В результате получаем гистерезис 2 градуса. Хорошо это или плохо? Конечно хорошо, уменьшается частота переключений реле. У автора при установившемся режиме реле щелкает раз в 2 часа. Если провод около 10 метров и идет не по стене, а внутри пола среди спирали, то гистерезис будет достигать 4 градусов. Когда полами не нужно пользоваться, нажимаем кнопку выключить полы. Конденсатор С4 устанавливать обязательно. Конденсатор С1 лучше ставить SMD танталовый. Штатные три кнопки управления индикатором меняем на внешние без фиксации. Пищалку выпаиваем, и с коллектора выводим провод. Вместо батарейки ставим аккумулятор никель-металл-гидридный, например как у автора, на 600 мА 1,2вольта. В течение всего времени эксплуатации (у меня уже три года) он будет поддерживать установленные значения и режим работы (ручной или автоматический). Если его не ставить, то при включенных полах при пропадании даже кратковременно напряжения сети, сбросятся настройки на установленные по умолчанию. Это 50 градусов и ручной режим. Это значит, что тогда отключения не произойдет, и ваш пол разогреется до красна. Поэтому ставить аккумулятор НЕОБХОДИМО! Не бойтесь он не разрядится и с ним ничего плохого не станет. Он постоянно подзаряжается очень маленьким током через резистор сопротивлением 1,2к и одновременно является стабилитроном. Два реле необходимо для того, чтобы коммутировать мощные полы более резче, так как если поставить одно реле, подключенное к коллектору, то при выключении в нем может возникнуть дуга из — за плавного его выключения. Напряжение на коллекторе спадает и нарастает плавно, следовательно, контакты будут расходиться медленно, способствуя возникновению дуги. Поэтому стоят два реле — одно реле в коллекторной цепи более слабое, второе мощное в цепи контакта первого реле. Тиристоры и симисторы не хотел использовать, так как для них нужны радиаторы, да и греть мне надо пол, а не воздух в корпусе регулятора :-). Резистор R3 — время реакции на отключение реле. Резистор R5 — время реакции на включение реле. Это необходимо для предотвращения дерганий реле при граничном показании, когда значение температуры в течении нескольких секунд меняет показание на единицу вверх или на единицу вниз, и обеспечивает значительную инерционность — до 10 секунд на включение, и до 5 секунд на выключение. Так как мощности блока питания 5 ватт хватает с большим запасом для данной схемы, я решил еще сделать подсветку балкона с помощью белых ярких светодиодов. Подсветка расположена на потолке из нескольких светодиодов, которая включается кнопкой с фиксацией на панели управления. Схема
Применяется регулятор температуры у автора на балконе для управления теплым полом. Собирал быстро, поэтому много светодиодов из установленных ни куда еще не придумал подключить, так и остались зарезервированы. Был собран за вечер, и запущен в тот же день. Это произошло, как сейчас помню, 10 ноября 2007 года. Конструкция работает до сих пор без нареканий, даже еще не менял аккумулятор. У автора стоит самый дешевый технологический аккумулятор на 600 мА. В сеть уже три года постоянно включен, так как пользуюсь подсветкой из светодиодов на балконе. Сейчас жара, поэтому нагрев выключен ( кнопка нажата) :-). Вид панели управления
Вот так установлено
Печатная плата не разрабатывалась в виду простоты схемы. Для любителей аналоговой техники приведу еще один простой и хороший терморегулятор, который автор разработал очень давно, лет 10 назад, для калориферов. Работает уже давно и очень надежно. Датчик температуры резистор ММТ. Его с успехом можно применить для теплых полов. Схема:
В итоге первой работы получили хороший термостат за 7$. Экономия по сравнению с готовым покупным термостатом за 100 баксов очевидна. Места теперь у меня прибавилось, за счет балкона. Там теперь у автора теплая спальня. За сим я откланяюсь. Удачи в сборке, если надумаете собирать :-).
Пример простого терморегулятора
Рис. 1. Датчик из полуплеча резисторов
Рис. 2. Принципиальная схема терморегулятора
Рис. 3. Схема терморегулятора №1
Рис. 4. Схема терморегулятора №2
Рис. 5. Схема простейшего терморегулятора
Рис. 6. Выведите измерительный элемент 
Рис. 7. Установите регулятор на каркас и нанесите градуировку 
Подключите питающий шнур к клеммнику
