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. Ale našli si 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.
https://youtu.be/5df-HCmm00Y
Toto sú tri hlavné časti systému regulácie teploty. Aj keď sa okrem nich môžu obvodu zúčastniť aj ďalšie časti, ako napríklad medziľahlé relé. Vykonávajú však iba doplnkovú funkciu.
Digitálny termostat
Aby ste vytvorili plne funkčný termostat s presnou kalibráciou, nemôžete sa zaobísť bez digitálnych prvkov. Zvážte zariadenie na kontrolu teplôt v malom sklade so zeleninou.
Hlavným prvkom je tu mikrokontrolér PIC16F628A. Tento mikroobvod poskytuje kontrolu nad rôznymi elektronickými zariadeniami. Mikrokontrolér PIC16F628A obsahuje 2 analógové komparátory, interný oscilátor, 3 časovače, porovnávacie moduly CCP a výmenu údajov USART.
Keď je termostat v prevádzke, hodnota existujúcej a nastavenej teploty sa privádza do MT30361 - trojciferného ukazovateľa so spoločnou katódou. Na nastavenie požadovanej teploty použite tlačidlá: SB1 - pre zníženie a SB2 - pre zvýšenie. Ak vykonáte nastavenie pri stlačení tlačidla SB3, môžete nastaviť hodnoty hysterézie. Minimálna hodnota hysterézie pre tento obvod je 1 stupeň. Podrobný výkres je možné vidieť na pláne.
Dôvodom montáže tohto okruhu bol rozpad termostatu v elektrickej rúre v kuchyni. Po prehľadaní internetu som na mikrokontroléroch nenašiel veľké množstvo možností, samozrejme niečo existuje, ale všetky sú určené hlavne na prácu so snímačom teploty typu DS18B20 a je veľmi obmedzený v teplotnom rozsahu vyšších hodnôt. A nie je vhodný do rúry. Úlohou bolo zmerať teploty do 300 ° C, takže voľba padla na termočlánok typu K. Analýza obvodových riešení viedla k niekoľkým možnostiam.
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 ďalšie funkcie 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:
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: distribučné 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 47 kΩ odporu, 10 kΩ odporu a 10 kΩ termistoru fungujúceho ako teplotný snímač. 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, keď napätie klesne pod, mikroobvod sa 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 funguje vynikajúco 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 radiátor tepla, od horúcej vody po vykurovacie články. Tepelný spínač má zároveň vynikajúce údaje o výkone. A senzor môže byť buď zabudovaný, alebo diaľkový.
Tu slúži termistor uvedený na schéme R1 ako tepelný 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.
https://youtu.be/qV11L1JJNgs
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 monitoruje 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:
https://youtu.be/Q_yrVL0UHNc
Ak je teplota nastavená pomocou R6 nižšia ako požadovaná, potom je odpor na R8 príliš veľký, 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 sa zvyšuje. 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.
Termostaty pre vykurovacie kotly
Pri nastavovaní vykurovacích systémov je dôležité zariadenie presne kalibrovať. Bude to vyžadovať merač napätia a prúdu. Na vytvorenie funkčného systému môžete použiť nasledujúci diagram.
Pomocou tejto schémy môžete vytvoriť vonkajšie zariadenie na ovládanie kotla na tuhé palivá. Úlohu zenerovej diódy plní mikroobvod K561LA7. Činnosť zariadenia je založená na schopnosti termistora znížiť odpor pri zahrievaní. Rezistor je pripojený k sieti rozdeľovača elektrického napätia. Požadovanú teplotu je možné nastaviť pomocou variabilného odporu R2.Napätie sa dodáva do striedača 2I-NOT. Výsledný prúd sa privádza do kondenzátora C1. K 2I-NOT je pripojený kondenzátor, ktorý riadi činnosť jedného spúšťača. Posledná je pripojená k druhému spúšťaču.
Regulácia teploty prebieha podľa nasledujúcej schémy:
- s poklesom stupňov sa zvyšuje napätie v relé;
- pri dosiahnutí určitej hodnoty sa ventilátor, ktorý je pripojený k relé, vypne.
Na krtka je lepšie spájkovať. Ako batériu si môžete vziať akékoľvek zariadenie pracujúce v rozmedzí 3–15 V.
Pozor!
Inštalácia zariadení vlastnej výroby na akýkoľvek účel do vykurovacích systémov môže viesť k poruche zariadenia. Okrem toho môže byť používanie týchto zariadení zakázané na úrovni služieb poskytujúcich komunikáciu vo vašej domácnosti.
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.
