Соблюдение температурного режима является очень важным технологическим условием не только на производстве, но и в повседневной жизни. Имея столь большое значение, этот параметр должен чем-то регулироваться и контролироваться. Производят огромное количество таких приборов, имеющих множество особенностей и параметров. Но сделать терморегулятор своими руками порой куда выгоднее, нежели покупать готовый заводской аналог.

Создайте терморегулятор своими руками

Общее понятие о температурных регуляторах

Приборы, фиксирующие и одновременно регулирующие заданное температурное значение, в большей степени встречаются на производстве. Но и в быту они также нашли своё место. Для поддержания необходимого микроклимата в доме часто используются терморегуляторы для воды. Своими руками делают такие аппараты для сушки овощей или отопления инкубатора. Где угодно может найти своё место подобная система.

В данном видео узнаем что из себя представляет регулятор температуры:

В действительности большинство терморегуляторов являются лишь частью общей схемы, которая состоит из таких составляющих:

1. Датчик температуры, выполняющий замер и фиксацию, а также передачу к регулятору полученной информации. Происходит это за счёт преобразования тепловой энергии в электрические сигналы, распознаваемые прибором. В роли датчика может выступать термометр сопротивления или термопара, которые в своей конструкции имеют металл, реагирующий на изменение температуры и под её воздействием меняющий своё сопротивление.
2. Аналитический блок – это и есть сам регулятор. Он принимает электронные сигналы и реагирует в зависимости от своих функций, после чего передаёт сигнал на исполнительное устройство.
3. Исполнительный механизм – некое механическое или электронное устройство, которое при получении сигнала с блока ведёт себя определённым образом. К примеру, при достижении заданной температуры клапан перекроет подачу теплоносителя. И напротив, как только показания станут ниже заданных, аналитический блок даст команду на открытие клапана.

Это три основные части системы поддержания заданных температурных параметров. Хотя, помимо них, в схеме могут участвовать и другие части наподобие промежуточного реле. Но они исполняют лишь дополнительную функцию.

Принцип работы

Принцип, по которому работают все регуляторы, – это снятие физической величины (температуры), передача данных на схему блока управления, решающего, что нужно сделать в конкретном случае.

Если делать термореле, то наиболее простой вариант будет иметь механическую схему управления. Здесь с помощью резистора устанавливается определённый порог, при достижении которого будет дан сигнал на исполнительный механизм.

Чтобы получить дополнительную функциональность и возможность работы с более широким диапазоном температур, придётся встраивать контроллер. Это же поможет увеличить срок эксплуатации прибора.

На данном видео вы можете посмотреть как самостоятельно изготовить терморегулятор для электрического отопления:

Самодельный регулятор температуры

Схем для того, чтобы сделать терморегулятор самому, в действительности очень много. Всё зависит от сферы, в которой будет применяться такое изделие. Конечно, создать нечто слишком сложное и многофункциональное крайне трудно. А вот термостат, который сможет использоваться для обогревания аквариума или сушки овощей на зиму, вполне можно создать, имея минимум знаний.

Простейшая схема

Самая простая схема термореле своими руками имеет безтрансформаторный блок питания, который состоит из диодного моста с параллельно подключённым стабилитроном, стабилизирующим напряжение в пределах 14 вольт, и гасящего конденсатора. Сюда же можно при желании добавить и стабилизатор на 12 вольт.

В основе всей схемы будет использован стабилитрон TL431, который управляется делителем, состоящим из резистора на 47 кОм, сопротивления на 10 кОм и терморезистора, выполняющего роль датчика температуры, на 10 кОм. Его сопротивление понижается с повышением температуры. Резистор и сопротивление лучше подбирать, чтобы добиться наилучшей точности срабатывания.

Сам же процесс выглядит следующим образом: когда на контакте управления микросхемой образуется напряжение больше 2,5 вольт, то она произведёт открытие, что включит реле, подавая нагрузку на исполнительный механизм.

Как изготовить терморегулятор для инкубатора своими руками, вы можете увидеть на представленном видео:

И напротив, когда напряжение станет ниже, то микросхема закроется и реле отключится.

Чтобы избежать дребезжания контактов реле, необходимо его выбирать с минимальным током удержания. И параллельно вводам нужно припаять конденсатор 470×25 В.

При использовании терморезистора NTC и микросхемы, уже бывавших в деле, предварительно стоит проверить их работоспособность и точность.

Таким образом, получается простейший прибор , регулирующий температуру. Но при правильно подобранных составляющих он превосходно работает в широком спектре применения.

Прибор для помещения

Такие терморегуляторы с датчиком температуры воздуха своими руками оптимально подходят для поддержания заданных параметров микроклимата в помещениях и ёмкостях. Он полностью способен автоматизировать процесс и управлять любым излучателем тепла начиная с горячей воды и заканчивая тэнами. При этом термовыключатель имеет отличные эксплуатационные данные. А датчик может быть как встроенным, так и выносным.

Здесь в качестве термодатчика выступает терморезистор, обозначенный на схеме R1. В делитель напряжения входят R1, R2, R3 и R6, сигнал с которого поступает на четвёртый контакт микросхемы операционного усилителя. На пятый контакт DA1 подаётся сигнал с делителя R3, R4, R7 и R8.

Сопротивления резисторов необходимо подбирать таким образом, чтобы при минимально низкой температуре замеряемой среды, когда сопротивление терморезистора максимальное, компаратор положительно насыщался.

Напряжение на выходе компаратора составляет 11,5 вольт. В это время транзистор VT1 находится в открытом положении, а реле K1 включает исполнительный или промежуточный механизм, в результате чего начинается нагрев. Температура окружающей среды в результате этого повышается, что понижает сопротивление датчика. На входе 4 микросхемы начинает повышаться напряжение и в результате превосходит напряжение на контакте 5. Вследствие этого компаратор входит в фазу отрицательного насыщения. На десятом выходе микросхемы напряжение становится приблизительно 0,7 Вольт, что является логическим нулём. В результате транзистор VT1 закрывается, а реле отключается и выключает исполнительный механизм.

На микросхеме LM 311

Такой термоконтроллер своими руками предназначен для работы с тэнами и способен поддерживать заданные параметры температуры в пределах 20-100 градусов. Это наиболее безопасный и надёжный вариант, так как в его работе применяется гальваническая развязка термодатчика и регулирующих цепей, а это полностью исключает возможность поражения электротоком.

Как и большинство подобных схем, в её основу берется мост постоянного тока, в одно плечо которого подключают компаратор, а в другое – термодатчик. Компаратор следит за рассогласованием цепи и реагирует на состояние моста, когда тот переходит точку баланса. Одновременно он же старается уравновесить мост с помощью терморезистора, изменяя его температуру. А термостабилизация может возникнуть лишь при определённом значении.

Резистором R6 задают точку, при которой должен образоваться баланс. И в зависимости от температуры среды терморезистор R8 может в этот баланс входить, что и позволяет регулировать температуру.

На видео вы можете увидеть разбор простой схемы терморегулятора:

Если заданная R6 температура ниже необходимой, то на R8 сопротивление слишком большое, что понижает ток на компараторе. Это вызовет протекание тока и открывание семистора VS1 , который включит нагревательный элемент. Об этом будет сигнализировать светодиод.

По мере того как температура будет повышаться, сопротивление R8 станет снижаться. Мост будет стремиться к точке баланса. На компараторе потенциал инверсного входа плавно снижается, а на прямом – повышается. В какой-то момент ситуация меняется, и процесс происходит в обратную сторону. Таким образом, термоконтроллер своими руками будет включать или выключать исполнительный механизм в зависимости от сопротивления R8.

Если в наличии нет LM311, то её можно заменить отечественной микросхемой КР554СА301. Получается простой терморегулятор своими руками с минимальными затратами, высокой точностью и надёжностью работы.

Необходимые материалы и инструменты

Сама по себе сборка любой схемы электрорегулятора температуры не занимает много времени и сил. Но чтобы сделать термостат, необходимы минимальные знания в электронике, набор деталей согласно схеме и инструмент:

1. Импульсный паяльник. Можно использовать и обычный, но с тонким жалом.
2. Припой и флюс.
3. Печатная плата.
4. Кислота, чтобы вытравить дорожки.

Достоинства и недостатки

Даже простой терморегулятор своими руками имеет массу достоинств и положительных моментов. Говорить же о заводских многофункциональных устройствах и вовсе не приходится.

Регуляторы температуры позволяют:

1. Поддерживать комфортную температуру.
2. Экономить энергоресурсы.
3. Не привлекать к процессу человека.
4. Соблюдать технологический процесс, повышая качество.

Из недостатков можно назвать высокую стоимость заводских моделей. Конечно, самодельных приборов это не касается. А вот производственные, которые требуются при работе с жидкими, газообразными, щелочными и другими подобными средами, имеют высокую стоимость. Особенно если прибор должен иметь множество функций и возможностей.

Приведенная ниже схема является развитием темы . В данном случае добавляются термочувствительный и нагревательный элементы благодаря которым и поддерживается требуемая температура. Включая-отключая нагрузку, которой служит электронагреватель, терморегулятор регулирует температуру микросреды инкубатора, аквариума или другого замкнутого пространства.

Схема терморегулятора

• R1 – 10 кОм;
• R2 – 22 кОм;
• R3 – 100 кОм;
• R4 – 6,8 кОм;
• R5 – 1 кОм;
• R6 – 6,8 кОм;
• R7 – 470 Ом;
• R8 – 51 Ом;
• R9 – 5,1 кОм;
• R10 – 27 кОм 2Вт ;
• С1 – 0,33 мкФ;
• DA1 – КР140УД6;
• VT1 – КТ117;
• VD1 – КС212Ж;
• VD2 – КД105;
• VS1 – КУ208Г.

Принцип работы терморегулятора

Итак, рассмотрим как работает схема терморегулятора для инкубатора своими руками: основой данного устройства является операционный усилитель DA1, работающий в режиме компаратора напряжений. На один вход подается изменяющееся напряжение с терморезистора R2, а на второй, задаваемое переменным резистором R5 и подстроечным R4. Для точной и грубой регулировки. В зависимости от области применения, подстроечный резистор можно и исключить.
При равенстве входных напряжений транзистор VT1, управляемый выходом компаратор – закрыт, на управляющем электроде VS1 ноль, а значит закрыт и симистор. При изменении температуры меняется сопротивление R2, а на разницу напряжений на входах компаратор отреагирует подачей открывающего сигнала на VT1. Появившееся на R8 напряжение откроет тиристор, пустив через нагрузку ток. Когда напряжения на входах операционного усилителя выравняются, он отключит нагрузку.
Питание управляющего каскада осуществляется через выпрямительный диод VD2 и гасящее сопротивление R10. При его сверхмалом потреблении тока – это вполне допустимо, как и использование для стабилизации питающего напряжения всего одного стабилитрона VD1. К тому же, управляющие цепи запитываются через нагрузку, на которой тоже происходит падение напряжения, особенно в нагретом состоянии.

Замены деталей

Обратите внимание на мощность резистора R10 — 2Вт, так же этот резистор должен выдерживать мгновенное напряжение 400В, если такой резистор не удается найти, его можно заменить несколькими последовательно включенными резисторами на меньшую мощность и напряжение.
В качестве стабилитрона VD1 можно установить BZX30C12 или любой другой стабилитрон на 12В близкий по параметрам.
Вместо VD2 можно поставить диод с обратным напряжением не менее 400В и током не менее 0,3А: например из серии
На место DA1 можно установить практически любой операционный усилитель, главное чтобы он работал в диапазоне питающих напряжений 10..15В.

А вот однопереходный транзистор КТ117 (VT1) не такой общераспространенный компонент электронных схем (зарубежные однопереходные транзисторы: 2N6027, 2N6028), зато его можно заменить схемой из двух биполярных транзисторов разной структуры и одного резистора 47 кОм. В схеме используются распространенные КТ315 и КТ361, но вполне могут использоваться и другие маломощные комплиментарные биполярные транзисторы.

Области применения терморегулятора

В основном, данное устройство применялось для термостабилизации птичьих инкубаторов. Где в роли тэнов выступали маломощные электрические лампочки по 60 Вт, соединенные параллельно по 4, 6 и 8 штук, в зависимости от размеров инкубатора и количества инкубируемых яиц.

Как монтировать обогреватель для инкубатора

• лампы должны быть равномерно расположены над поверхностью яиц, на расстоянии 25-30 см от их поверхности;
• терморезистор должен находиться как можно ближе к поверхности яиц, но не касаться их;
• использовать вместо лампочек можно и другие нагреватели, но с малой теплоемкостью, к примеру, вольфрамовую проволоку, натянутую на керамическую рамку в форме тетраэдра.

Обогреватель для аквариума

Реже, такой терморегулятор применялся для поддержания заданной температуры в аквариумах с тропическими рыбками. Такая необходимость возникала из-за того, что большинство, выпускаемых для этих целей термообогревателей, имеет механический терморегулятор объединенный с тэном в одном корпусе. А следовательно, они поддерживают в заданных пределах свою, а не окружающую температуру. Это хорошо работает только в помещениях со стабильной, в пределах одного-двух градусов, своей температурой воздуха.

Особенности монтажа

• из-за инертности воды, датчик и обогреватель должны быть разнесены, но в пределах прямой видимости (без перекрытия растениями и элементами декора) друг от друга;
• из-за электропроводимости воды, датчик должен быть изолирован, либо средствами с хорошей теплопроводностью, либо тонким слоем обычного герметика;
• допускается использование как обычных аквариумных обогревателей, так и регулируемых, с выставленной на максимум температурой.

Можно найти и другие сферы применения данному, несложному в изготовлении устройству. К примеру для рассадных парничков, сушильных шкафов, различных термованночек. На что вашей фантазии хватит. Только, если нагрузка допускает возможность короткого замыкания, необходимо добавить плавкий предохранитель на 1 А.

P.S.
Как говорилось выше данный простой терморегулятор применялся в инкубаторах раньше, сейчас на его смену пришли терморегуляторы с микроконтроллерным управлением, способные в автоматическом режиме понижать температуру в течении цикла инкубации. Да и сами инкубаторы обзавелись функцией регулирования влажности и переворачивания яиц.

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.

Необходимость настройки температурного режима возникает при использовании различных систем теплового или холодильного оборудования. Вариантов много, и все они требуют наличия управляющего устройства, без которого работа систем возможна либо в режиме максимальной мощности, либо на полном минимуме возможностей. Контроль и настройка производятся с помощью терморегулятора - устройства, способного воздействовать на систему через датчик температуры и включать или отключать её по необходимости. При использовании готовых комплектов оборудования блоки управления входят в комплект поставки, но для самодельных систем приходится собирать терморегулятор своими руками. Задача не самая простая, но вполне решаемая. Рассмотрим её внимательнее.

Принцип работы терморегулятора

Терморегулятор - это устройство, способное реагировать на изменения температурного режима. По типу действия различают терморегуляторы триггерного типа, отключающие или включающие нагрев при достижении заданного предела, или устройства плавного действия с возможностью тонкой и точной настройки, способные контролировать изменения температуры в диапазоне долей градуса.

Существуют две разновидности терморегуляторов:

1. Механический. Представляет собой устройство, использующее принцип расширения газов при изменении температуры, или биметаллические пластины, изменяющие свою форму от нагревания или охлаждения.
2. Электронный. Состоит из основного блока и датчика температуры, подающего сигналы об увеличении или понижении заданной температуры в системе. Используется в системах, требующих высокой чувствительности и тонкой регулировки.

Механические устройства не позволяют обеспечить высокой точности настройки. Они являются одновременно и датчиком температуры, и исполнительным органом, объединёнными в единый узел. Биметаллическая пластина, используемая в нагревательных устройствах, представляет собой термопару из двух металлов с разным коэффициентом теплового расширения.

Главное предназначение терморегулятора - автоматическое поддержание необходимой температуры

Нагреваясь, один из них становится больше другого, отчего пластина изгибается. Контакты, установленные на ней, размыкаются и прекращают нагрев. При охлаждении пластина возвращается в изначальную форму, контакты вновь замыкаются и нагрев возобновляется.

Камера с газовой смесью - чувствительный элемент термостата холодильника или отопительного терморегулятора. При изменениях температуры меняется объём газа, что вызывает перемещение поверхности мембраны, соединённой с рычагом контактной группы.

В терморегуляторе для отопления используется камера с газовой смесью, работающая по закону Гей-Люссака - при изменении температуры меняется объём газа

Механические термостаты надёжны и обеспечивают устойчивую работу, но настройка режима работы происходит с большой погрешностью, практически «на глазок». При необходимости тонкой настройки, обеспечивающей регулировку в пределах нескольких градусов (или ещё тоньше), используются электронные схемы. Датчиком температуры для них служит терморезистор, способный различить мельчайшие изменения режима нагрева в системе. Для электронных схем ситуация обратная - чувствительность датчика слишком высока и её искусственно загрубляют, доводя до пределов разумного. Принцип действия состоит в изменении сопротивления датчика, вызванном колебаниями температуры контролируемой среды. Схема реагирует на смену параметров сигнала и повышает/понижает нагрев в системе до получения другого сигнала. Возможности электронных блоков контроля намного выше и позволяют получить настройку температуры любой точности. Чувствительность таких термостатов даже избыточна, поскольку нагрев и охлаждение - процессы, обладающие высокой инерционностью, которые замедляют время реакции на смену команд.

Область применения самодельного устройства

Изготовление механического терморегулятора в домашних условиях достаточно сложно и нерационально, поскольку результат будет работать в слишком широком диапазоне и не сможет обеспечить требуемой точности настройки. Чаще всего собирают самодельные электронные терморегуляторы, которые позволяют поддерживать оптимальный режим температуры тёплого пола, инкубатора, обеспечивать желаемую температуру воды в бассейне, нагрев парилки в сауне и т.д. Вариантов применения самодельного терморегулятора может быть столько, сколько систем, подлежащих настройке и регулировке температурного режима, имеется в доме. Для грубой настройки с помощью механических устройств проще приобрести готовые элементы, они недороги и вполне доступны.

Преимущества и недостатки

Самодельный терморегулятор обладает определёнными достоинствами и недостатками. Плюсами устройства являются:

• Высокая ремонтопригодность. Терморегулятор, сделанный самостоятельно, легко отремонтировать, поскольку его конструкция и принцип работы известны до мелочей.
• Расходы на создание регулятора намного ниже, чем при покупке готового блока.
• Существует возможность изменения рабочих параметров для получения более подходящего результата.

К недостаткам следует отнести:

• Сборка такого устройства доступна только людям, имеющим достаточную подготовку и определённые навыки работы с электронными схемами и паяльником.
• Качество работы устройства в большой степени зависит от состояния использованных деталей.
• Собранная схема требует настройки и юстировки на контрольном стенде или с помощью эталонного образца. Получить сразу готовый вариант устройства невозможно.

Основной проблемой является необходимость подготовки или, как минимум, участие специалиста в процессе создания прибора.

Как сделать простой терморегулятор

Изготовление терморегулятора происходит поэтапно:

• Выбор типа и схемы устройства.
• Приобретение необходимых материалов, инструментов и деталей.
• Сборка прибора, настройка, запуск в эксплуатацию.

Стадии изготовления прибора имеют свои особенности, поэтому их следует рассмотреть подробнее.

Необходимые материалы

В число необходимых для сборки материалов входят:

• Фольгированный гетинакс или монтажная плата;
• Паяльник с припоем и канифолью, в идеале - паяльная станция;
• Пинцет;
• Пассатижи;
• Лупа;
• Кусачки;
• Изолента;
• Медный соединительный провод;
• Необходимые детали, согласно электрической схемы.

В процессе работы могут понадобиться и другие инструменты или материалы, поэтому данный список не следует считать исчерпывающим и окончательным.

Схемы устройств

Выбор схемы обусловлен возможностями и уровнем подготовки мастера. Чем сложнее схема, тем больше нюансов возникнет при сборке и настройке устройства. В то же время самые простые схемы позволяют получить лишь наиболее примитивные приборы, работающие с высокой погрешностью.

Рассмотрим одну из несложных схем.

В данной схеме в качестве компаратора используется стабилитрон

На рисунке слева изображена схема регулятора, а справа - блок реле, включающий нагрузку. Датчик температуры - это резистор R4, а R1 - переменный резистор, используемый для настройки режима нагрева. Управляющим элементом является стабилитрон TL431, который открыт до тех пор, пока на его управляющем электроде имеется нагрузка выше 2,5 В. Нагрев терморезистора вызывает снижение сопротивления, отчего напряжение на управляющем электроде падает, стабилитрон закрывается, отсекая нагрузку.

Другая схема несколько сложнее. В ней использован компаратор - элемент, производящий сравнение показаний термодатчика и эталонного источника напряжения.

Подобная схема с компаратором применима для регулировки температуры тёплого пола

Любое изменение напряжения, вызванное увеличением или уменьшением сопротивления терморезистора, создаёт разницу между эталоном и рабочей линией схемы, вследствие чего на выходе устройства генерируется сигнал, вызывающий включение или отключение нагрева. Подобные схемы, в частности, используются для регулировки режима работы тёплого пола.

Пошаговая инструкция

Порядок сборки каждого устройства имеет свои особенности, но некоторые общие шаги выделить можно. Рассмотрим ход сборки:

1. Готовим корпус прибора. Это важно, поскольку оставлять плату незащищённой нельзя.
2. Готовим плату. Если используется фольгированный гетинакс, придётся травить дорожки при помощи электролитических методов, предварительно нарисовав их нерастворимой в электролите краской. Монтажная плата с готовыми контактами значительно упрощает и ускоряет процесс сборки.
3. Проверяем с помощью мультиметра работоспособность деталей, при необходимости заменяем их на исправные образцы.
4. По схеме собираем и соединяем все необходимые детали. Необходимо следить за точностью соединения, правильной полярностью и направлением установки диодов или микросхем. Любая ошибка может привести к выходу из строя важных деталей, которые придётся приобретать снова.
5. После окончания сборки рекомендуется ещё раз внимательно осмотреть плату, проверить точность соединений, качество пайки и прочие важные моменты.
6. Плата помещается в корпус, производится пробный запуск и настройка работы устройства.

Как настроить

Для настройки прибора необходимо либо иметь эталонное устройство, либо знать номинал напряжений, соответствующих той или иной температуре контролируемой среды. Для отдельных устройств существуют собственные формулы, показывающие зависимость напряжения на компараторе от температуры. Например, для датчика LM335 такая формула имеет вид:

V = (273 + T) 0,01,

где Т - требуемая температура по Цельсию.

В других схемах настройка производится путём подбора номиналов регулировочных резисторов при создании определённой, известной температуры. В каждом конкретном случае могут быть использованы собственные методики, оптимальным образом подходящие к имеющимся условиям или используемому оборудованию. Требования к точности прибора также отличаются друг от друга, поэтому единой технологии настройки не существует в принципе.

Основные неисправности

Наиболее распространённой неисправностью самодельных терморегуляторов является нестабильность показаний терморезистора, вызванная низким качеством деталей. Кроме того, нередко встречаются сложности с настройкой режимов, вызванные несоответствием номиналов или изменением состава деталей, необходимых для правильной работы устройства. Большинство возможных проблем напрямую зависят от уровня подготовки мастера, производящего сборку и настройку прибора, так как навыки и опыт в этом деле значат очень много. Тем не менее, специалисты утверждают, что изготовление терморегулятора своими руками - полезная практическая задача, дающая неплохой опыт в создании электронных устройств.

Если уверенности в своих силах нет, лучше использовать готовое устройство, которых достаточно в продаже. Необходимо учитывать, что отказ регулятора в самый неподходящий момент может стать причиной серьёзных неприятностей, для устранения которых потребуются усилия, время и деньги. Поэтому, принимая решение о самостоятельной сборке, следует подойти к вопросу максимально ответственно и тщательно взвесить свои возможности.

Автономный обогрев частного дома позволяет выбирать индивидуальные температурные режимы, что очень комфортно и экономно для жильцов. Чтобы каждый раз не при смене погоды на улице не задавать другой режим в помещении, можно использовать терморегулятор или термореле для отопления, который можно установить и на радиаторы и на котёл.

Автоматическая регулировка тепла в помещении

Для чего это нужно

• Самым распространённым на территории Российской Федерации является , на газовых котлах. Но такая, с позволения сказать, роскошь, доступна далеко не во всех районах и местностях. Причины тому самые банальные – отсутствие ТЭЦ или центральных котельных, а так же газовых магистралей поблизости.
• Приходилось ли вам когда-либо побывать отдалённом от густонаселённых районов жилом доме, насосной или метеостанции в зимнюю пору, когда единственным средством сообщения являются сани с дизельным двигателем? В таких ситуациях очень часто устраивают отопление своими руками при помощи электричества.

• Для небольших помещений, например, одна комната дежурного на насосной станции, достаточно – его хватит для самой суровой зимы, но для большей площади уже потребуется отопительный котёл и система радиаторов. Чтобы сохранить нужную температуру в котле, предлагаем вашему вниманию самодельное регулирующее устройство.

Температурный датчик

• В этой конструкции не нужны терморезисторы или различные датчики типа ТСМ , здесь вместо них задействован биполярный обыкновенный транзистор. Как и всех полупроводниковых приборов, его работа в большой степени зависит от окружающей среды, точнее, от её температуры. С повышением температуры ток коллектора возрастает, а это негативно сказывается на работе усилительного каскада – рабочая точка смещается вплоть до искажения сигнала и транзистор попросту не реагирует на входной сигнал, то есть, перестает работать.

• Диоды тоже относятся к полупроводникам , и повышение температуры отрицательно сказывается и на них. При t25⁰C «прозвонка» свободного кремниевого диода покажет 700мВ, а у перманентного – около 300мВ, но если температура повышается, то соответственно будет понижаться прямое напряжение прибора. Так, при повышении температуры на 1⁰C напряжение будет понижаться на 2мВ, то есть, -2мВ/1⁰C.

• Такая зависимость полупроводниковых приборов позволяет использовать их в качестве температурных датчиков. На таком отрицательном каскадном свойстве с фиксированным базовым током и основана вся схема работы терморегулятора (схема на фото вверху).
• Температурный датчик смонтирован на транзисторе VT1 типа КТ835Б , нагрузка каскада – резистор R1, а режим работы по постоянному току транзистора задают резисторы R2 и R3. Чтобы напряжение на транзисторном эмиттере при комнатной температуре было 6,8В, фиксированное смещение задаётся резистором R3.

Совет. По этой причине на схеме R 3 помечен знаком * и особой точности здесь добиваться не следует, только бы не было больших перепадов. Эти измерения можно провести относительно транзисторного коллектора, соединённым источником питания с общим приводом.

• Транзистор p-n-p КТ835Б подобран специально, его коллектор соединяется с металлической корпусной пластинкой, имеющей отверстие для крепления полупроводника на радиатор. Именно за это отверстие прибор крепится к пластине, к которой ещё прикреплён подводной провод.
• Собранный датчик крепиться к трубе отопления при помощи металлических хомутов , и конструкцию не нужно изолировать какой-либо прокладкой от трубы отопления. Дело в том, что коллектор соединён одним проводом с источником питания – это значительно упрощает весь датчик и делает контакт лучше.

Компаратор

• Компаратор, смонтированный на операционный усилитель ОР1 типа К140УД608, задаёт температуру. На инвертируемый вход R5 подаётся напряжение с эмиттера VT1, а через R6 – на неинвертируемый вход поступает напряжение с движка R7.
• Такое напряжение определяет температуру для отключения нагрузки. Верхний и нижний диапазон для установки порога на срабатывание компаратора задаются при помощи R8 и R9. Нужный постерезис срабатывания компаратора обеспечивает R4.

Управление нагрузкой

• На VT2 и Rel1 сделано устройство управления нагрузкой и индикатор режима работы терморегулятора находится здесь же – красный цвет при нагреве, а зелёный – достижение необходимой температуры. Параллельно обмотке Rel1 включен диод VD1 для защиты VT2 от напряжения, вызванного самоиндукцией на катушке Rel1 при отключении.

Совет. На рисунке выше видно, что допустимая коммутация тока реле 16A, значит, допускает управление нагрузкой до 3кВт. Используйте прибор для мощности 2-2,5кВт, чтобы облегчить нагрузку.

Блок питания

• Произвольная инструкция позволяет для настоящего терморегулятора в виду его небольшой мощности задействовать в качестве блока питания дешёвый китайский адаптер. Также можно самому собрать выпрямитель на 12В, с током потребления схемы не более 200мА. Для этой цели сгодится трансформатор мощностью до 5Вт и выходом от 15 до 17В.
• Диодный мостик сделан на диодах 1N4007, а стабилизатор на напряжения на интегральном типа 7812. В виду небольшой мощности устанавливать стабилизатор на батарею не требуется.

Наладка терморегулятора

• Для проверки датчика можно использовать самую обыкновенную настольную лампу с абажуром из металла. Как было отмечено выше, комнатная температура позволяет выдерживать напряжение на эмиттере VT1 около 6,8В, но если повысить её до 90⁰C, то напряжение упадёт до 5,99В. Для замеров можно использовать обычный китайский мультиметр с термопарой типа DT838.
• Компаратор работает следующим образом: если напряжение термодатчика на инвертирующем входе выше напряжения на неинвертирущем, то на выходе оно будет равнозначным с напряжением источника питания – это будет логическая единица. Поэтому VT2 открывается и реле включается, перемещая релейные контакты в режим нагрева.
• Температурный датчик VT1 греется по мере нагревания отопительного контура и с повышением температуры понижается напряжение на эмиттере. В тот момент, когда оно опускается немного ниже напряжения, которое задано на движке R7, получается логический ноль, что приводит к запиранию транзистора и отключению реле.
• В это время напряжение на котёл не поступает и система начинает остывать, что также влечёт за собой остывание датчика VT1. Значит, напряжение на эмиттере повышается и как только оно переходит границу, установленную R7, реле запускается заново. Такой процесс будет повторяться постоянно.
• Как вы понимаете, цена такого устройства невысока, зато позволяет выдерживать нужную температуру при любых погодных условиях. Это очень удобно в тех случаях, когда в помещении нет постоянных жителей, следящих за температурным режимом, или когда люди постоянно сменяют друг друга и к тому же заняты работой.

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.

Представляю электронную разработку - самодельный терморегулятор для электрического отопления. Температура для системы отопления, устанавливается автоматически исходя из изменения уличной температуры. Терморегулятору не нужно в ручную, вносить и менять показания для поддержания температуры в отопительной системе.

В теплосети, есть подобные приборы. Для них четко прописаны соотношение средне суточной температур и диаметра стояка отопления. На основании этих данных, задается температура для системы отопления. Данную таблицу теплосети взял за основу. Конечно, некоторые факторы мне неизвестны, здание может оказаться к примеру, не утепленным. Теплопотери такого здания будут большими, нагрева может оказаться недостаточным для нормального отопления помещений. В терморегуляторе есть возможность вносить корректировки для табличных данных. (дополнительно можно прочитать материале по этой ссылке).

Я планировал показать видео в работе терморегулятора, с эклектическим котлом (25Кв), подключенным в систему отопления. Но как оказалось, здание, для которого все это делалось, долгое время было не жилое, при проверке, отопительная система практически вся пришла в негодность. Когда все восстановят, не известно, возможно это будет и не в этом году. Так как в реальных условиях я не могу настраивать терморегулятор и наблюдать динамику изменяя температурных процессов, как в отоплении, так и на улице, то я пошел другим путем. Для этих целей соорудил макет отопительной системы.

Роль электрокотла, выполняет стеклянная пол литровая банка, роль нагревательного элемента для воды- пятьсот ватный кипятильник. Но при таком объема воды, данной мощности было в избытке. Поэтому кипятильник подключил через диод, понизив мощность нагревателя.

Соединенные последовательно, два алюминиевых проточных радиатора, выполняют отбор тепла из отопительной системы, образуя подобие батареи. При помощи кулера создаю динамику остывания отопительной системы, так как программа в терморегуляторе отслеживает скорость нарастание и спад температуры в отопительной системе. На обратке, расположен цифровой датчик температуры T1, на основании показаний которого поддерживается заданная температура в отопительной системе.

Чтобы система отопления начала работать, нужно чтобы датчик T2 (уличный) зафиксировал понижение температуры, ниже +10С. Для имитации изменения уличной температуры, сконструировал мини холодильник на элементе пельтье.

Описывать работу всей самодельной установки нет смысла, все заснял на видео.

Некоторые моменты о сборке электронного устройства:

Электроника терморегулятора, размещается на двух печатных платах, для просмотра и распечатки понадобится программа SprintLaut, не ниже версии 6.0. Терморегулятор для отопления крепится на дин рейку, благодаря корпусу серии Z101, но нечто не мешает расположить всю электронику в другой корпус подходящий по размерам, главное чтобы вас устраивало. В корпусе Z101 не предусмотрено окно для индикатора, так что придется самостоятельно разметить и вырезать. Номиналы радиодеталей указаны на схеме, кроме клеммников. Для подключения проводов я применил клеммники серии WJ950-9.5-02P (9шт.) но их можно заменить на другие, при выборе учитывайте чтобы шаг между ножками совпадал, также высота клеммника не мешала закрываться корпусу. В терморегуляторе применяется микроконтроллер, который нужно запрограммировать, конечно, прошивку я также предоставляю в свободном доступе (возможно в процессе работы придется дорабатывать). Прошивая микроконтроллер, установите работу внутреннего тактового генератора микроконтроллера на 8Мгц.