Dodržiavanie teplotného režimu je veľmi dôležitou technologickou podmienkou nielen vo výrobe, ale aj v každodennom živote. Pretože je taký dôležitý, musí byť tento parameter niečím regulovaný a kontrolovaný. Vyrába sa obrovské množstvo takýchto zariadení, ktoré majú veľa funkcií a parametrov. Výroba termostatu vlastnými rukami je však niekedy oveľa výnosnejšia ako nákup hotového továrenského analógu.
Vytvorte si sami termostat
Všeobecná koncepcia regulátorov teploty
Vo výrobe sa vo väčšej miere nachádzajú zariadenia, ktoré fixujú a súčasne regulujú nastavenú hodnotu teploty. Našli si však svoje miesto aj v každodennom živote. Na udržanie požadovanej mikroklímy v dome sa často používajú termostaty na vodu. Vyrábajú také zariadenia na sušenie zeleniny alebo ohrievanie inkubátora vlastnými rukami. Podobný systém si môže nájsť svoje miesto kdekoľvek.
V tomto videu zistíme, čo je regulátor teploty:
Väčšina termostatov je v skutočnosti iba časťou celkového okruhu, ktorý sa skladá z nasledujúcich komponentov:
- Teplotný senzor, ktorý meria a fixuje, ako aj prenáša prijaté informácie do ovládača. Stáva sa to v dôsledku premeny tepelnej energie na elektrické signály rozpoznané prístrojom. Senzorom môže byť odporový teplomer alebo termočlánok, ktoré majú vo svojej konštrukcii kov, ktorý reaguje na zmeny teploty a pod jeho vplyvom mení svoj odpor.
- Analytickou jednotkou je samotný regulátor. Prijíma elektronické signály a reaguje v závislosti od svojich funkcií, po ktorých odošle signál aktuátoru.
- Aktuátor je druh mechanického alebo elektronického zariadenia, ktoré sa pri prijímaní signálu z jednotky správa určitým spôsobom. Napríklad, keď sa dosiahne nastavená teplota, ventil uzavrie prívod chladiacej kvapaliny. Naopak, akonáhle hodnoty klesnú pod prednastavené hodnoty, analytická jednotka vydá príkaz na otvorenie ventilu.
Toto sú tri hlavné časti systému regulácie teploty. Aj keď sa okrem nich môžu obvodu zúčastniť aj ďalšie časti, napríklad medzistupne. Vykonávajú však iba doplnkovú funkciu.
Ako funguje hotový okruh
Pomocou tranzistora sa zapne relé, ktoré zase umožní zapnutie magnetického štartéra. Prostredníctvom svojich kontaktov je ohrievač pripojený k sieti pomocou dvoch vlastných kontaktov. V takom prípade po vypnutí štartéra nezostane na záťaži žiadna fáza. Ak je v miestnosti vysoká vlhkosť, odporúča sa na pripojenie použiť prúdový chránič.
Ako ohrievač sa okrem vykurovacích telies používajú olejové radiátory, 100 W žiarovky a ohrievače pre domácnosť so zabudovaným ventilátorom. Je potrebné vylúčiť priamy prístup k živým častiam.
Po zostavení termostatu na zapínanie a vypínanie vlastnými rukami by ste mali skontrolovať kvalitu a správnu inštaláciu. Všetky pripojenia musia byť dobre spájkované. Potom môžete zariadenie nakonfigurovať podľa zadaných parametrov.
Princíp činnosti
Princípom, podľa ktorého pracujú všetky regulátory, je odoberať fyzikálnu veličinu (teplotu) a prenášať údaje do obvodu riadiacej jednotky, ktorý rozhoduje o tom, čo je potrebné v konkrétnom prípade urobiť.
Ak urobíte tepelné relé, potom najjednoduchšia možnosť bude mať mechanický ovládací obvod.Tu sa pomocou odporu nastaví určitá prahová hodnota, po dosiahnutí ktorej sa dostane signál do aktuátora.
Ak chcete získať ďalšiu funkčnosť a schopnosť pracovať so širším teplotným rozsahom, budete musieť integrovať ovládač. To tiež pomôže predĺžiť životnosť zariadenia.
V tomto videu môžete sledovať, ako si vyrobiť vlastný termostat na elektrické vykurovanie:
Typický obvod tepelného relé
Konštrukcia je založená na teplotnom senzore LM335 alebo jeho analógoch, ako aj na kompresore LM311. Obvod termostatu je doplnený o výstupné zariadenie, ku ktorému je pripojený ohrievač s nastaveným výkonom. Je potrebný napájací zdroj, v prípade potreby je možné použiť indikátory.
Zložitejší obvod obsahuje tranzistory, relé, zenerovu diódu a kondenzátor C1, ktorý vyhladzuje vlnenie napätia. Vyrovnanie prúdu sa vykonáva pomocou parametrického stabilizátora. V tomto prípade môže byť zariadenie napájané z ľubovoľného zdroja, ktorého parametre sa zhodujú s napätím reléovej cievky v rozmedzí od 12 do 24 voltov. Napájanie je možné stabilizovať pomocou bežného diódového mostíka s kondenzátorom.
Domáci regulátor teploty
V skutočnosti existuje veľa schém na výrobu termostatu sami. Všetko závisí od oblasti, v ktorej sa bude takýto výrobok používať. Vytvorenie niečoho príliš zložitého a multifunkčného je samozrejme nesmierne náročné. Ale termostat, ktorý možno použiť na ohrev akvária alebo sušenie zeleniny na zimu, je možné vytvoriť s minimom vedomostí.
To je užitočné: rozdeľovacie potrubie vo vykurovacom systéme.
Najjednoduchšia schéma
Najjednoduchší okruh termostatu pre domácich majstrov má beztransformátorové napájanie, ktoré sa skladá z diódového mostíka s paralelne zapojenou zenerovou diódou, ktorý stabilizuje napätie do 14 voltov, a zhášacieho kondenzátora. Ak chcete, môžete sem pridať aj 12 voltový stabilizátor.
Vytvorenie termostatu si nevyžaduje veľa úsilia a finančných investícií
Celý obvod bude založený na zenerovej dióde TL431, ktorá je riadená deličom pozostávajúcim z odporu 47 kΩ, odporu 10 kΩ a termistora 10 kΩ fungujúceho ako snímač teploty. Jeho odpor klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Rezistor a odpor sa najlepšie zhodujú s cieľom dosiahnuť najlepšiu presnosť odozvy.
Samotný proces vyzerá takto: keď sa na riadiacom kontakte mikroobvodu vytvorí napätie viac ako 2,5 voltu, otvorí sa, čo zapne relé a napája aktuátor.
Ako si vyrobiť termostat pre inkubátor vlastnými rukami, môžete vidieť v prezentovanom videu:
Naopak, pri poklese napätia sa mikroobvod uzavrie a relé sa vypne.
Aby sa zabránilo rachoteniu kontaktov relé, je potrebné ich zvoliť s minimálnym prídržným prúdom. A paralelne so vstupmi musíte spájkovať kondenzátor 470 × 25 V.
Ak používate NTC termistor a mikroobvod, ktorý už bol v prevádzke, stojí za to najskôr skontrolovať ich výkon a presnosť.
Touto cestou, ukáže sa najjednoduchšie zariadenieregulácia teploty. Ale s tými správnymi ingredienciami si výborne vedie v širokej škále aplikácií.
Vnútorné zariadenie
Takéto termostaty so snímačom teploty vzduchu „urob si sám“ sú optimálne na udržanie stanovených parametrov mikroklímy v miestnostiach a nádobách. Je plne schopný automatizovať proces a riadiť akýkoľvek žiarič tepla, od teplej vody po vykurovacie telesá. Tepelný spínač má zároveň vynikajúce údaje o výkone. A snímač môže byť buď zabudovaný, alebo diaľkový.
Tu slúži termistor označený na schéme R1 ako teplotný snímač. Rozdeľovač napätia obsahuje R1, R2, R3 a R6, ktorých signál smeruje do štvrtého pinu mikroobvodu operačného zosilňovača. Piaty kontakt DA1 prijíma signál z rozdeľovača R3, R4, R7 a R8.
Odpor rezistorov musí byť zvolený tak, aby pri najnižšej nízkej teplote meraného média, keď je odpor termistora maximálny, bol komparátor pozitívne nasýtený.
Napätie na výstupe komparátora je 11,5 voltov. V tomto okamihu je tranzistor VT1 v otvorenej polohe a relé K1 zapne výkonný alebo stredný mechanizmus, v dôsledku čoho začne zahrievanie. Vďaka tomu sa zvýši teplota okolia, čo zníži odpor snímača. Na vstupe 4 mikroobvodu sa napätie začína zvyšovať a v dôsledku toho prekračuje napätie na kolíku 5. Výsledkom je, že komparátor vstupuje do fázy negatívnej saturácie. Na desiatom výstupe mikroobvodu sa napätie stane približne 0,7 Voltu, čo je logická nula. Výsledkom je, že tranzistor VT1 sa uzavrie a relé sa vypne a vypne akčný člen.
Na čipe LM 311
Takýto termoregulátor „urob si sám“ je určený na prácu s vykurovacími prvkami a je schopný udržiavať nastavené teplotné parametre v rozmedzí 20 - 100 stupňov. Toto je najbezpečnejšia a najspoľahlivejšia možnosť, pretože využíva galvanické oddelenie teplotného snímača a riadiacich obvodov, čo úplne vylučuje možnosť úrazu elektrickým prúdom.
Rovnako ako väčšina podobných obvodov je založený na jednosmernom mostíku, v jednom ramene je pripojený komparátor a v druhom - snímač teploty. Komparátor sleduje nesúlad obvodu a reaguje na stav mosta pri prekročení bodu rovnováhy. Zároveň sa snaží most vyrovnať pomocou termistora, pričom mení jeho teplotu. A tepelná stabilizácia môže nastať iba pri určitej hodnote.
Rezistor R6 nastavuje bod, v ktorom sa má vytvoriť rovnováha. A v závislosti od teploty prostredia môže termistor R8 vstúpiť do tejto rovnováhy, čo umožňuje regulovať teplotu.
Vo videu môžete vidieť analýzu jednoduchého okruhu termostatu:
Ak je teplota nastavená pomocou R6 nižšia ako požadovaná, potom je odpor na R8 príliš vysoký, čo znižuje prúd v komparátore. To spôsobí pretekanie prúdu a otvorenie polovodiča VS1.čím sa zapne vykurovacie teleso. To bude signalizované LED.
Keď teplota stúpa, odpor R8 sa začne znižovať. Most bude mať sklon k bodu rovnováhy. Na komparátore sa potenciál inverzného vstupu postupne znižuje a na priamom - zvyšuje sa. V určitom okamihu sa situácia zmení a proces prebieha opačným smerom. Takže termoregulátor vlastnými rukami zapne alebo vypne aktuátor v závislosti od odporu R8.
Ak LM311 nie je k dispozícii, je možné ho nahradiť domácim mikroobvodom KR554SA301. Ukázalo sa, že je to jednoduchý termostat pre domácich majstrov s minimálnymi nákladmi, vysokou presnosťou a spoľahlivosťou.
Jednoduchý termostat pre svojpomocne - schéma
Zariadenie termostatu nie je nijako zvlášť komplikované, takže veľa začínajúcich rádioamatérov zdokonaľovalo svoje zručnosti pri výrobe tohto zariadenia. Obvody sú ponúkané rôznymi spôsobmi, najrozšírenejšou je však varianta s použitím špeciálneho mikroobvodu nazývaného komparátor.
Tento prvok má dva vchody a jeden východ. Na jeden vstup sa privádza určité referenčné napätie, ktoré zodpovedá požadovanej teplote, a na druhé napätie z teplotného snímača.
Okruh termoregulátora pre podlahové kúrenie
Komparátor porovnáva prichádzajúce dáta a v určitom pomere generuje signál na výstupe, ktorý zapne tranzistor alebo zapne relé. V takom prípade je prúd dodávaný do ohrievača alebo chladiacej jednotky.
Výhody a nevýhody
Aj jednoduchý termostat pre domácich majstrov má veľa výhod a pozitívnych stránok. O továrenských multifunkčných zariadeniach nie je potrebné vôbec hovoriť.
Regulátory teploty umožňujú:
- Udržujte príjemnú teplotu.
- Šetrite energiu.
- Nezapojujte do tohto procesu osobu.
- Sledujte technologický postup a zvyšujte kvalitu.
Medzi nevýhody patria vysoké náklady na továrenské modely. To sa samozrejme netýka domácich zariadení. Ale tie výrobné, ktoré sú potrebné pri práci s kvapalnými, plynnými, zásaditými a inými podobnými médiami, majú vysoké náklady. Najmä ak musí mať zariadenie veľa funkcií a schopností.
