Dodržování teplotního režimu je velmi důležitou technologickou podmínkou nejen ve výrobě, ale i v každodenním životě. Protože je tento parametr tak důležitý, musí být něčím regulován a řízen. Vyrábí se obrovské množství takových zařízení, která mají mnoho funkcí a parametrů. Výroba termostatu vlastními rukama je však někdy mnohem výhodnější než nákup hotového továrního analogu.
Vytvořte si termostat sami
Obecná koncepce regulátorů teploty
Ve výrobě se ve větší míře nacházejí zařízení, která fixují a současně regulují nastavenou hodnotu teploty. Ale našli si také své místo v každodenním životě. K udržení požadovaného mikroklimatu v domě se často používají termostaty pro vodu. Vyrábějí taková zařízení na sušení zeleniny nebo ohřívání inkubátoru vlastními rukama. Podobný systém si může najít své místo kdekoli.
V tomto videu zjistíme, co je regulátor teploty:
Ve skutečnosti je většina termostatů pouze částí celkového okruhu, který se skládá z následujících komponent:
- Teplotní senzor, který měří a opravuje a také přenáší přijaté informace do ovladače. K tomu dochází v důsledku přeměny tepelné energie na elektrické signály rozpoznané zařízením. Senzorem může být odporový teploměr nebo termočlánek, které mají ve své konstrukci kov, který reaguje na změny teploty a pod jeho vlivem mění svůj odpor.
- Analytická jednotka je samotným regulátorem. Přijímá elektronické signály a reaguje v závislosti na svých funkcích, poté vysílá signál do aktuátoru.
- Aktuátor je druh mechanického nebo elektronického zařízení, které se při příjmu signálu z jednotky chová určitým způsobem. Například když je dosaženo nastavené teploty, ventil uzavře přívod chladicí kapaliny. Naopak, jakmile hodnoty klesnou pod přednastavené hodnoty, analytická jednotka vydá povel k otevření ventilu.
https://youtu.be/5df-HCmm00Y
Toto jsou tři hlavní části systému regulace teploty. I když se kromě nich mohou obvodu účastnit i další součásti, například mezilehlé relé. Ale plní pouze další funkci.
Digitální termostat
Abyste vytvořili plně funkční termostat s přesnou kalibrací, nemůžete se obejít bez digitálních prvků. Zvažte zařízení pro řízení teplot v malém skladu zeleniny.
Hlavním prvkem je zde mikrokontrolér PIC16F628A. Tento mikroobvod zajišťuje ovládání různých elektronických zařízení. Mikrokontrolér PIC16F628A obsahuje 2 analogové komparátory, interní oscilátor, 3 časovače, srovnávací moduly CCP a výměnu dat USART.
Když je termostat v provozu, je aktuální a nastavená teplota přiváděna do MT30361 - tříciferného indikátoru se společnou katodou. K nastavení požadované teploty použijte tlačítka: SB1 - pro snížení a SB2 - pro zvýšení. Pokud provádíte nastavení při stisknutí tlačítka SB3, můžete nastavit hodnoty hystereze. Minimální hodnota hystereze pro tento obvod je 1 stupeň. Podrobný výkres lze vidět na plánu.
Důvodem pro sestavení tohoto okruhu bylo poškození termostatu v elektrické troubě v kuchyni. Po prohledání internetu jsem nenašel na mikrokontrolérech zvláštní množství možností, samozřejmě něco existuje, ale všechny jsou určeny hlavně pro práci s teplotním senzorem typu DS18B20 a je velmi omezený v teplotním rozsahu horních hodnot A není vhodný pro troubu. Úkolem bylo měřit teploty až do 300 ° C, takže volba padla na termočlánek typu K. Analýza obvodových řešení vedla k několika možnostem.
Princip činnosti
Principem práce všech regulátorů je odebírat fyzikální veličinu (teplotu), přenášet data do obvodu řídicí jednotky, který rozhoduje o tom, co je třeba v konkrétním případě udělat.
Pokud vyrobíte tepelné relé, pak nejjednodušší možnost bude mít mechanický ovládací obvod. Zde se pomocí odporu nastaví určitá prahová hodnota, po jejímž dosažení bude vydán signál akčnímu členu.
Abyste získali další funkce a schopnost pracovat v širším teplotním rozsahu, budete muset integrovat regulátor. To také pomůže prodloužit životnost zařízení.
V tomto videu můžete sledovat, jak si vyrobit vlastní termostat pro elektrické vytápění:
Domácí regulátor teploty
Ve skutečnosti existuje spousta schémat pro výrobu termostatu sami. Vše závisí na oblasti, ve které bude takový produkt používán. Vytvoření něčeho příliš složitého a multifunkčního je samozřejmě nesmírně obtížné. Ale termostat, který lze použít k ohřevu akvária nebo suché zeleniny na zimu, může být vytvořen s minimem znalostí.
To je užitečné: distribuční potrubí v topném systému.
Nejjednodušší schéma
Nejjednodušší obvod termostatu pro kutily má beztransformátorové napájení, které se skládá z diodového můstku s paralelně zapojenou zenerovou diodou, která stabilizuje napětí do 14 voltů, a zhášecího kondenzátoru. Pokud chcete, můžete sem přidat také stabilizátor 12 V.
Vytvoření termostatu nevyžaduje velké úsilí a finanční investice
Celý obvod bude založen na zenerově diodě TL431, která je řízena děličem, který se skládá z 47 kΩ rezistoru, 10 kΩ rezistoru a 10 kΩ termistoru fungujícího jako teplotní čidlo. Jeho odpor klesá s rostoucí teplotou. Odpor a odpor se nejlépe hodí k dosažení nejlepší přesnosti odezvy.
Samotný proces vypadá takto: když se na ovládacím kontaktu mikroobvodu vytvoří napětí větší než 2,5 voltu, otevře se, což zapne relé a dodává zatížení pohonu.
Jak si vyrobit termostat pro inkubátor vlastníma rukama, můžete vidět v prezentovaném videu:
Naopak, když napětí poklesne, mikroobvod se sepne a relé se vypne.
Aby se zabránilo rachotení kontaktů relé, je nutné je zvolit s minimálním přídržným proudem. A paralelně se vstupy musíte pájet kondenzátor 470 × 25 V.
Pokud používáte NTC termistor a mikroobvod, který již byl v podnikání, stojí za to nejprve zkontrolovat jejich výkon a přesnost.
Takto, ukáže se nejjednodušší zařízeníregulace teploty. Ale se správnými přísadami funguje skvěle v široké škále aplikací.
Vnitřní zařízení
Tyto termostaty se snímačem teploty vzduchu pro vlastní potřebu jsou optimální pro udržení stanovených parametrů mikroklimatu v místnostech a kontejnerech. Je plně schopen automatizovat proces a řídit jakýkoli radiátor tepla, od horké vody po topná tělesa. Tepelný spínač má zároveň vynikající údaje o výkonu. A senzor může být buď vestavěný, nebo dálkový.
Zde funguje termistor, označený ve schématu R1, jako tepelný senzor. Dělič napětí zahrnuje R1, R2, R3 a R6, signál ze kterého jde do čtvrtého pinu mikroobvodu operačního zesilovače. Pátý kontakt DA1 přijímá signál z děliče R3, R4, R7 a R8.
Odpory odporů musí být zvoleny tak, aby při nejnižší nízké teplotě měřeného média, kdy je odpor termistoru maximální, byl komparátor pozitivně nasycen.
Napětí na výstupu komparátoru je 11,5 voltu. V tomto okamžiku je tranzistor VT1 v otevřené poloze a relé K1 zapne výkonný nebo mezilehlý mechanismus, v důsledku čehož začne zahřívání. V důsledku toho se zvýší okolní teplota, což sníží odpor snímače. Na vstupu 4 mikroobvodu se napětí začíná zvyšovat a v důsledku toho překračuje napětí na pinu 5. Výsledkem je, že komparátor vstupuje do fáze záporné saturace. Na desátém výstupu mikroobvodu se napětí stane přibližně 0,7 voltu, což je logická nula. Ve výsledku se tranzistor VT1 sepne a relé se vypne a vypne akční člen.
https://youtu.be/qV11L1JJNgs
Na čipu LM 311
Takový termoregulátor pro kutily je navržen pro práci s topnými tělesy a je schopen udržovat nastavené teplotní parametry v rozmezí 20–100 stupňů. Jedná se o nejbezpečnější a nejspolehlivější možnost, protože využívá galvanické oddělení teplotních čidel a řídicích obvodů, což zcela vylučuje možnost úrazu elektrickým proudem.
Stejně jako většina podobných obvodů je založen na stejnosměrném můstku, v jednom rameni je připojen komparátor a ve druhém - teplotním čidle. Komparátor sleduje nesoulad obvodu a reaguje na stav můstku, když překročí bod rovnováhy. Současně se snaží vyrovnat můstek pomocí termistoru a změnit jeho teplotu. A k tepelné stabilizaci může dojít pouze při určité hodnotě.
Rezistor R6 nastavuje bod, ve kterém by měla být vytvořena rovnováha. A v závislosti na teplotě prostředí může termistor R8 vstoupit do této rovnováhy, což vám umožní regulovat teplotu.
Ve videu můžete vidět analýzu jednoduchého okruhu termostatu:
https://youtu.be/Q_yrVL0UHNc
Pokud je teplota nastavená pomocí R6 nižší než požadovaná, pak je odpor na R8 příliš vysoký, což snižuje proud na komparátoru. To způsobí protékání proudu a otevření polovodiče VS1.který zapne topný článek. To bude signalizováno LED.
Jak teplota stoupá, odpor R8 se začne snižovat. Most bude mít sklon k bodu rovnováhy. Na komparátoru se potenciál inverzního vstupu postupně snižuje a na přímém se zvyšuje. V určitém okamžiku se situace změní a proces probíhá opačným směrem. Takže termokontrolér s vlastními rukama zapne nebo vypne akční člen v závislosti na odporu R8.
Pokud LM311 není k dispozici, může být nahrazen domácím mikroobvodem KR554SA301. Ukázalo se, že je to jednoduchý kutilský termostat s minimálními náklady, vysokou přesností a spolehlivostí.
Termostaty pro vytápění kotlů
Při nastavování topných systémů je důležité přesně kalibrovat zařízení. To bude vyžadovat měřič napětí a proudu. K vytvoření funkčního systému můžete použít následující diagram.
S tímto schématem můžete vytvořit venkovní zařízení pro ovládání kotle na tuhá paliva. Úlohu zenerovy diody plní mikroobvod K561LA7. Provoz zařízení je založen na schopnosti termistoru snížit odpor při zahřívání. Rezistor je připojen k síti děliče elektrického napětí. Požadovanou teplotu lze nastavit pomocí proměnného rezistoru R2.Napětí je dodáváno do střídače 2I-NOT. Výsledný proud se přivádí do kondenzátoru C1. K 2I-NOT je připojen kondenzátor, který řídí činnost jedné spouště. Ten je připojen k druhému spouštěči.
Regulace teploty probíhá podle následujícího schématu:
- s poklesem stupňů se zvyšuje napětí v relé;
- při dosažení určité hodnoty se ventilátor připojený k relé vypne.
Je lepší pájet na krtka. Jako baterii si můžete vzít jakékoli zařízení fungující v rozmezí 3–15 V.
Pozor!
Instalace libovolně vyrobených zařízení na topné systémy může vést k poruše zařízení. Kromě toho může být používání těchto zařízení zakázáno na úrovni služeb poskytujících komunikaci ve vaší domácnosti.
Výhody a nevýhody
I jednoduchý termostat pro kutily má spoustu výhod a pozitivních stránek. O továrních multifunkčních zařízeních není třeba vůbec mluvit.
Regulátory teploty umožňují:
- Udržujte příjemnou teplotu.
- Šetřit energii.
- Nezapojujte do procesu osobu.
- Sledujte technologický proces, zvyšujte kvalitu.
Mezi nevýhody patří vysoké náklady na tovární modely. To samozřejmě neplatí pro domácí zařízení. Ale výrobní, která jsou vyžadována při práci s kapalnými, plynnými, alkalickými a jinými podobnými médii, mají vysoké náklady. Zvláště pokud zařízení musí mít mnoho funkcí a schopností.
