Терморегулятор для отопления своими руками

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.

Простой регулятор температуры воды

Предлагаю конструкцию простого регулятора температуры воды, который может пригодиться в частном доме, на дачном участке для нагрева воды в накопительном баке для бытовых нужд.

Метод регулирования устройства двухпозиционный. Включение и отключение тэнов происходит с помощью контактов реле. Устройство не имеет сетевого трансформатора, снабжено контрольной лампочкой, потенциометром, служащим для установки требуемой температуры и датчиком температуры, роль которого выполняет биполярный транзистор.

Принципиальная схема регулятора температуры воды:

Рассмотрим работу схемы: на транзисторах V1 и V2 собран усилитель. Напряжение смещения на его входе регулируется переменным резистором R2. Проводимость транзистора V1 зависит от температуры его корпуса. Чем больше температура, тем больше проводимость перехода.

При подаче на устройство питания и установке резистором R2 температуры заданного значения срабатывает реле и своими контактами подаёт сетевое напряжение на тэны. Начинается подогрев воды. При достижении заданной температуры проводимость транзистора V1 изменяется, что приводит к закрыванию транзистора V2 и отключению реле. Вода начинает остывать. Достигнув определённой температуры реле снова включается и процесс повторяется. Температура колебания воды составляет не более -5, +5 градуса. На диодах Д1-Д3 собран стабилизатор напряжения, служащий для исключения сбоя настройки температуры, так как при срабатывании реле происходит небольшая посадка питающего напряжения, что заметно влияет на установочное значение температуры. C4 предотвращает проникновение помех на вход усилителя.

Питается устройство от сети переменного тока 220в. Через гасящие конденсаторы С3, С4 и шунтирующие диоды Д5, Д6 переменное напряжение поступает на диодный мост и стабилизируется стабилитроном +24в. Длина провода до датчика составляет не более 1м. При большей длине следует использовать экранированный провод. Плата с деталями монтируется в подходящем корпусе, на лицевую панель выводятся потенциометр, индикаторная лампочка и выключатель питания. Градуировку шкалы потенциометра необходимо выполнить по образцовому термометру от 20 до 100 градусов. При необходимости диапазон регулирования можно сместить, сузить или расширить с помощью ограничительных резисторов R1,R3.

ВНИМАНИЕ! Будте осторожны регулятор не имеет гальванической развязки с сетью, поэтому при его работе не прикасайтесь к его частям. Датчик V1 необходимо заизолировать!

Детали регулятора: транзистор КТ315 с любым буквенным индексом. КТ815 заменим на КТ817, КТ805. Стабилитрон подойдёт с напряжением стабилизации 20-30В. Диоды D1-D3 практически любые кремниевые низкочастотные. Д5, Д6 на напряжение не ниже 400в. Конденсаторы C3,C4 ёмкостью от 4,7 до 5,6 мкф на напряжение не ниже 400в от энергосберегающих ламп, малогабаритные. Реле с катушкой на 24в и с контактами 5-10А соответствующими мощности нагрузки.

Список радиоэлементов

Прикрепленные файлы:

• reg_water.rar (16 Кб)

Теги:

• Sprint-Layout

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.

Электронный термодатчик

Электронные терморегуляторы имеют немного иной принцип регулирования температуры воды в системе отопления или в бойлере. Для контроля используется термодачтик, который может быть полупроводниковым, проволочным или платиновым.

Показания с него считываются контроллером или сформированный сигнал с него поступает на схему, которая в зависимости от температуры воды включает или отключает нагревательный элемент или циркуляционный насос.

Установка такого термормодатчика своими руками для воды может быть осуществлена в любом удобном месте, но недалеко от бойлера или котла, а точнее их активных компонентов. Для контроля температуры воды в нагревателе лучше применять датчики стержневого типа и устанавливать его на место бывшего реостата.

Если нагреватель воды самодельный, то место установки датчика выбирается исходя из удобства и корректности показаний. Лучшим вариантом будет размещение в центральной части емкости.

Что касается размещения термодатчика в системе отопления, то его следует монтировать на обратном контуре и крепить прямо к металлической трубе. Преимуществом электронных устройств является то, что можно размещать несколько датчиков и управлять температурой в разных помещениях и делать это более гибко, чем при использовании механических треморегуляторов.

Схема датчика температуры

Все приборы, в которых используются проводники, требуют соблюдения определенного температурного режима. Очень часто, при повышении тока и напряжения, такие устройства перестают работать. Для того, чтобы избежать неприятных ситуаций, существует схема датчика температуры, применяемая в составе многих электронных приборов и устройств.

Использование термодатчика

Основной функцией датчика является своевременное обнаружение отклонений от температурного режима. При наступлении критического перегрева, термодатчик подает световой сигнал. Действие прибора основано на сравнении нормального напряжения с повышенным напряжением, возникающим при увеличении температуры.

Устройство оборудовано инвертирующим входом, соединенным через анод с кремниевым диодом, непосредственно выполняющим функцию термодатчика. Кроме того, здесь имеется неинвертирующий вход, подключенный к переменному резистору. Он предназначен для установки температурного порога, когда происходит срабатывание сигнализатора.

В случае изменения температуры в сторону увеличения, происходит падение напряжения на диоде. В этом случае, значение температурного коэффициента сопротивления будет отрицательным. Физические свойства датчика позволяют обнаруживать даже незначительные колебания температуры.

Дополнительные компоненты и схема датчика

Кроме основных диодных устройств, схема датчика температуры включает в себя ряд дополнительных элементов. Прежде всего, это конденсатор, позволяющий защитить прибор от посторонних влияний. Дело в том, что операционный усилитель обладает повышенной чувствительностью на воздействие переменных электромагнитных полей. Конденсатор снимает эту зависимость с помощью наведения отрицательной обратной связи.

Устройство

схема механического терморегулятора

Температура всегда остаётся на одном уровне благодаря включению и выключению нагревательного прибора (ТЭН). Подобный принцип управления используется на всех незамысловатых конструкциях.

Может показаться, что схема терморегулятора очень проста, но как только дело доходит для сбора прибора, появляется масса вопросов, связанных с технической частью.

Устройство терморегулятора включает в себя:

1. Температурный датчик – создаётся на основе компаратора DD1.
2. Ключевой схемой терморегулятора является компаратор DA1, изготовленный на операционном усилителе.
3. Нужный температурный показатель выставляется резистором R2, который присоединяется к инвертирующему входу 2 платы DA1.
4. В роли термодатчика выступает терморезистор R5 (вида ММТ-4), присоединённый ко входу 3- го устройства.
5. Схема конструкции не имеет гальванической развязки с сетью, и берёт энергию от параметрического стабилизатора на деталях R10, VD1.
6. В роли блока питания для аппарата можно взять дешёвый сетевой адаптер. Во время его подключения нужно руководствоваться правилами и требованиями к новой проводке, так как условия помещения могут быть электроопасны.

Незначительный запас конденсатора C1 способствует постепенному нарастанию мощности, что приводит к плавному (не более 2 секунд) включению электрических ламп.

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.

Создание терморегулятора не требует особых усилий и денежных вложений

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.

Как сделать терморегулятор своими руками: пошаговая инструкция

Рассмотрим, как изготавливаются терморегуляторы (термореле) с датчиком температуры воздуха своими руками на 12 В. Сборка прибора осуществляется в такой последовательности:

1. Прежде всего, нужно подготовить корпус. Подойдет отслуживший свое счетчик, например, «Гранит-1».
2. Схему можно собрать на плате от того же счетчика. К прямому входу компаратора (помечен знаком «+») подключается потенциометр, позволяющий задавать температуру. К инверсному входу (знак «-») – термодатчик LM335. Если напряжение на прямом входе окажется более высоким, чем на инверсном, на выходе компаратора установится высокий уровень (единица) и транзистор подаст питание на реле, а оно – на нагреватель. Как только напряжение на инверсном входе окажется большим, чем на прямом, уровень на выходе компаратора станет низким (ноль) и реле отключится.
3. Чтобы обеспечить перепад температур, то есть срабатывание терморегулятора, к примеру, при 23-х градусах, а отключение – при 25-ти, необходимо при помощи резистора создать отрицательную обратную связь между выходом и прямым входом компаратора.
4. Трансформатор для питания терморегулятора можно изготовить из катушки от старого электросчетчика индукционного типа. На ней имеется место для вторичной обмотки. Чтобы получить напряжение в 12 В, необходимо намотать 540 витков. Их удастся уместить, если использовать провод диаметром 0,4 мм.

Простой самодельный термостат

Для включения нагревателя удобно использовать клеммник счетчика.

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.

Инструкция по сборке

Необходимые материалы, детали и инструменты:

• лупа;
• плоскогубцы;
• паяльник;
• изолирующая лента;
• несколько отвёрток;
• провода медные;
• полупроводники;
• стандартные красные светодиоды;
• плата;
• текстолит форгированный;
• лампы;
• стабилитрон;
• терморезистор;
• тиристор.
• дисплей и генератор внутреннего типа мощностью в 4Мгу (для создания цифровых устройств на микроконстроллере);

Пошаговая инструкция:

1. Прежде всего, необходима соответствующая микросхема, к примеру, К561ЛА7, CD4011
2. Плату необходимо подготовить к прокладыванию путей.
3. К подобным схемам неплохо подходят терморезисторы с мощностью 1 kOm до 15 kOm, и он обязан находиться внутри самого объекта.
4. Нагревающий прибор обязан быть включен в цепь резистора, из-за того, что перемена мощности, напрямую зависящая от снижения градусов, оказывает влияние на транзисторы.
5. Впоследствии, такой механизм будет согревать систему до того момента, пока мощность внутри термодатчика не возвратится к первоначальному значению.
6. Датчики регулятора подобного плана нуждаются в настройке. Во время значительных перепадов в окружающей атмосфере, необходимо контролировать нагрев внутри объекта.

Сборка цифрового прибора:

1. Микроконтроллер следует соединить вместе с датчиком температуры. Он должен иметь выходы портов, которые необходимы для установки стандартных светодиодов, работающих совместно с генератором.
2. После подключения устройства в сеть с напряжением в 220V, светодиоды будут автоматически включаться. Это будет свидетельством о том, что прибор находится в рабочем состоянии.
3. В конструкции микроконтроллера находиться память. Если настройки прибора сбиваются, память автоматически их возвращает в изначально оговоренные параметры.

Собирая конструкцию, нельзя забывать о техники безопасности. Во время применения термодатчика в водянистой или влажной атмосфере, его выводы обязаны герметично изолироваться. Значение терморезистора R5 может обозначаться от 10 до 51 кОм. При этом, сопротивление резистора R5 обязано иметь аналогичное значение.

Взамен обозначенных микросхемы К140УД6 можно использовать К140УД7, К140УД8, К140УД12, К153УД2. В роли стабилитрона VD1 можно внедрять любой инструмент с мощностью стабилизации 11…13 V.

В случае, когда нагреватель превышает напряжение в 100 ВТ, тогда диоды VD3-VD6 обязаны превосходить по мощности (к примеру, КД246 или их аналоги, с обратной мощностью минимум в 400В), при этом тринистор необходимо монтировать на маленькие радиаторы.

Значение FU1 также следует сделать более большим. Управление аппаратом сводится к подбору резистора R2, R6 с целью безопасного закрывания и открывания тринистора.

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:

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 грамотно установить

Чтобы продлить срок службы терморегулятора, пользуются следующими рекомендациями:

• не устанавливают электронику без дополнительной защиты на открытом воздухе, в помещениях с повышенным уровнем влажности;
• при необходимости в неблагоприятную среду выносят контрольный датчик;
• исключают расположение регулятора напротив тепловых пушек, других «генераторов» холода или тепла;
• для повышения точности выбирают место без активных конвекционных потоков.

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.

Пирометры или тепловизоры

Иначе их можно назвать бесконтактными. Рабочая схема датчика температуры такого типа состоит в том, что они считывают тепло от нагретых тел, на которые наводятся. Положительным моментом для этой разновидности является отсутствие необходимости в непосредственном контакте и приближении к среде измерения. Таким образом специалисты с легкостью устанавливают температурные показатели сильно горячих объектов вне радиуса опасной близости с ними.

Пирометры, в свою очередь, подразделяются на несколько разновидностей, среди которых можно отметить интерферометрические и флуоресцентные, а также датчики, работающие по принципу смены цвета раствора в зависимости от того, какая температура была замерена.

Типы термодатчиков и терморегуляторов для бойлеров и для котлов отопления

По своему конструктивному устройству и принципу действия термодатчики или, более подходяще, терморегуляторы для воды в бойлере или в системе отопления могут использоваться два основных типа устройств:

• механические
• электронные

Также имеют место и комбинированные системы, но они довольно сложны в изготовлении, поэтому речь о них в дальнейшем не пойдет. Рассмотрим именно более ходовые устройства, которые встречаются чаще и привычнее рядовым пользователям.

Механические в свою очередь также можно подразделить на несколько разновидностей:

• капельного типа
• стержневые

Принцип действия у обоих типов одинаков и заключается в температурном расширении газа, который находится во внутреннем контуре термостата.

Терморегулятор механический для котла

Активная часть, погруженная в воду или находящаяся в контролируемой среде, имеет увеличенный объем, чтобы в нем газ мог компенсаторно расширяться.

По специальному каналу он поступает в регулировочный механизм и давит на мембрану, которая в свою очередь давит на клапан регулирования потока воды.

Это в том случае, если речь идет о термостате.

Если речь идет о датчике температуры, то ответный механизм воздействует на стрелку, которая указывает показания на цилиндрическом циферблате.

Термостат включает механический индикатор, по которому можно видеть текущую температуру и прочие механизмы управления клапаном.

Терморегулятор механического типа в зависимости от предустановленных значений автоматически открывает и закрывает клапан подачи воды или подмеса холодной в контур, за счет чего и регулируется температура теплоносителя.

В бойлерах обычно стоят стержневого типа датчики и интегрированы вместе с ТЭНом, что удобно при выполнении ремонта. В системах отопления измерительная часть устанавливается на обратном патрубке и в любом другом месте, а термостат непосредственно перед насосом, что обеспечивает наиболее эффективную циркуляцию уже смешанной воды.

Благодаря гибкой медной трубке расстояние между активной частью и регулятором может быть до 1 м.

Пьезоэлектрические датчики

В данном случае заложенная в основу схема работы всего лишь одна. Такие устройства функционируют за счет кварцевого пьезорезонатора. Принцип же действия и схема датчика температуры заключаются в следующем. Пьезоэффект, включающий в себя изменение размеров используемого пьезоэлемента, подвергается определенному воздействию электрического тока.

Суть работы достаточна проста. Благодаря попеременной подаче электрического тока с разными фазами, но одинаковой частотой, происходят колебания пьезогенератора, частота которых зависит при этом от конкретной измеренной температуры тела или среды. В результате полученная информация интерпретируется в конкретные значения в градусах Цельсия или Фаренгейта. Подобный тип отличается одной из самых высоких точностей измерения. Кроме того, применяется пьезоэлектрический вариант в тех ситуациях, где требуется долговечность устройства, к примеру, в датчиках температуры воды.

Термоэлектрические или термопары

Достаточно распространенный способ измерения. Основной принцип работы заключается в возникновении в замкнутых контурах проводников или полупроводников электрического тока. При этом места спайки должны обязательно различаться по температурным показателям. Один конец помещается в ту среду, где нужно произвести замер, а второй служит для снятия показаний. Именно поэтому данный вариант считается выносным датчиком температуры.

Конечно же, не обошлось и без определенных недостатков. Самым значительным из них можно назвать весьма большую погрешность при измерениях. По этой причине такой способ редко применяется на многих технологических производствах, где такой разброс значений попросту недопустим. В качестве примера можно привести датчик для измерения температуры твердых тел «ТСП Метран-246». Его активно используют металлургические компании на производстве для контроля за данным параметром у подшипников. Устройство оборудовано аналоговым выходным сигналом для считывания, а диапазон допустимых измерений находится в пределах от -50 до +120 градусов по Цельсию.

Акустические датчики

Крайне простые приборы, занимающиеся измерением скорости звука в различных средах. Известно, что этот параметр во многом зависит от температуры. При этом следует учитывать и другие параметры измеряемой среды. В качестве одного из сценариев использования можно назвать измерение температуры воды. Датчик выдает данные, на основе которых можно сделать расчет, для которого также понадобится знать изначальные сведения об измеряемой среде.

Преимуществами такого метода считается возможность использования его в закрытых емкостях. Обычно используется там, где нет прямого доступа к измеряемой среде. Основные сферы-потребители данного способа по вполне закономерным причинам — это медицина и промышленность.

Полупроводниковые датчики

Принцип функционирования таких устройств заключается в изменении p-n характеристик и их перехода под воздействием температуры. Точность измерения весьма высока. Это обеспечивается постоянством зависимости напряжения на транзисторе от текущей температуры. Кроме того, прибор достаточно дешевый и простой в производстве.

Для примера подобного датчика температуры устройство LM75A может послужить как нельзя лучше. Диапазон измерений составляет от -55 до +150 градусов по Цельсию, а погрешность — не более двух градусов. Обладает также достаточно небольшим шагом порядка 0,125 градуса по Цельсию. Напряжение питания варьируется в пределах от 2,5 до 5,5 В, при этом время преобразования сигнала не превышает одной десятой доли секунды.

Простые терморегуляторы

Многим радиолюбителям известен так называемый «триггерный эффект» на пороге срабатывания термо-, фотореле, автоматического зарядного устройства и т.п. Устройство может сработать нормально десятки раз, но иногда бывает такой неприятный момент, когда исполнительное реле включится, сразу же выключится, опять включится и т.д. Такое явление может проявляться довольно длительное время — «подгорают» контакты реле, да и ресурс времени работы реле не безграничен. Если в схеме применены тиристоры, то при частом включении-выключении они могут греться и выходить из строя, а также давать помехи в питающую сеть. На рис.1 показана схема терморегулятора на реле, в котором такое вредное явление, как «триггерный эффект», отсутствует.

Предположим, что данный терморегулятор используют для регулировки температуры воздуха в инкубаторе. Если температура в инкубаторе ниже +38°С (выставляют переменным резистором R4), сопротивление терморезистора R3 сравнительно большое и компаратор на DA1 находится в режиме положительного насыщения, транзисторы VT1 и VT2 открыты, реле К1 притянуто, и происходит нагревание воздуха в инкубаторе. При достижении в инкубаторе температуры +38°С сопротивление терморезистора R3 становится меньше и компаратор перебрасывается в состояние отрицательного насыщения (на выходе потенциал общего провода), закрываются транзисторы VT1 и VT2, реле К1 отпускает. В связи с тем, что последовательно с резистором R1 включен резистор R2, который шунтируется нормально замкнутыми контактами реле К1, реле включается при одной температуре, а выключается при другой, т.е. поддерживается температура в инкубаторе в пределах, например, +37,5…38°С. Необходимая разность температур обеспечивается подбором резистора R2. Таким образом, такое вредное явление, как «триггерный эффект», в данной схеме терморегулятора отсутствует. Напряжение срабатывания реле К1 должно быть не ниже 10 В, контакты реле должны выдерживать коммутируемый переменный ток и быть рассчитаны на напряжение не менее 250 В. Печатная плата терморегулятора показана на рис.2.

На рис.3 показана схема терморегулятора с тиристором в силовой части, которая также свободна от явления «триггерного эффекта».

Предположим, что данный терморегулятор также используют для инкубатора, необходимая температура воздуха в нем должна быть в пределах +38…39°С (данный диапазон температур выставляют переменным резистором R4). На ОУ микросхемы DA1 выполнен двухпороговый компаратор. Если температура в инкубаторе ниже +38°С, сопротивление терморезистора R3 сравнительно большое, и оба компаратора находятся в состоянии положительного насыщения (уровень лог.»1″ на их выходах). На логических элементах DD1.2, DD1.3 построен RS-триггер. Если температура воздуха в инкубаторе ниже +38°С, на входе S RS-триггера присутствует лог.»0″ (после инвертора DD1.1), на входе R — лог.»1″, триггер находится в «единичном» состоянии (лог.»0″ на его инверсном выходе 4 DD1.3). При этом транзистор VT1 закрыт, на управляющий электрод тиристора VS1 подается положительный потенциал относительно его катода, тиристор открыт, нагревательный элемент Rн включен. При достижении температуры воздуха в инкубаторе +38°С сопротивление терморезистора R3 уменьшается, компаратор на DA1.1 перебрасывается из состояния положительного насыщения в состояние отрицательного насыщения, на его выходе устанавливается лог.»0″, на входе S триггера — лог.»1″, но триггер остается в «единичном» состоянии, нагревательный элемент RH включен. Когда температура воздуха в инкубаторе достигнет значения +39°С, лог.»0″ появится и на выходе компаратора DA1.2, который по входу R RS-триггера установит его в «нулевое» состояние. При этом на выводе 4 DD1.3 появится лог.»1″, которая откроет транзистор VT1, на управляющем электроде тиристора VS1 установится низкий потенциал относительно его катода, тиристор закроется, и нагреватель отключится от питающей сети. Когда температура воздуха в инкубаторе станет ниже +39°С, но выше +38°С, в состояние положительного насыщения установится компаратор DA1.2, но лог.»1″ на входе R триггера не изменит его нулевого состояния, и нагреватель по-прежнему будет отключен. И только при понижении температуры воздуха в инкубаторе ниже +38°С, в состояние положительного насыщения установится компаратор DА 1.1, на вход S триггера поступит лог.»0″, который включит в работу нагреватель Rн. Таким образом, температура в инкубаторе поддерживается в пределах +38…+39°С (необходимую разность температур достигают подбором сопротивления резистора R2), и явление «триггерного эффекта» в данной схеме терморегулятора отсутствует. Печатная плата терморегулятора показана на рис.4.

При налаживании и эксплуатации устройства необходимо соблюдать осторожность и не касаться деталей, так как в схеме присутствует потенциал сети. Целесообразно для более точной и плавной регулировки температуры подобрать переменный резистор R4 (также и в схеме рис.1). Диоды VD1-VD4 можно исключить. В этом случае на нагревателе Rн будет только одна полуволна сетевого напряжения, т.е. при мощности 500 Вт на нагревателе будет выделяться 250 Вт, и значительно возрастет надежность и долговечность самого нагревателя. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора Т1 должно быть в пределах 13…16 В.

Радіоаматор №12, 2005г.

Список радиоэлементов

Теги:

• Термостат

Варианты подключения

1. К системе тёплого пола;
2. К ТЭНу;
3. К обогревателю.

Подключение термостата к системе тёплого пола

Стандартный терморегулятор тёплого пола идёт в комплекте поставки с подробной инструкцией подключения прибора к системе тёплых полов. Можно подключать ТР самостоятельно, пользуясь обозначениями под клеммниками.

Нагревательный мат тёплого пола

На тыльной стороне регулятора расположены три пары клеммных гнёзд для проводов. Первая пара предназначена для подсоединения двужильного сетевого кабеля. Гнездо «L» – фаза, «N» – ноль.

Вторая пара гнёзд предназначена для соединения с выводами тёплого пола – L1 и N1. Пятую и шестую клемму используют для того, чтобы подключаться к датчику температуры.

Подключение терморегулятора

Регуляторы температуры полов могут быть вставленными в подрозетник или закреплёнными на стене. Термодатчик бывает, как встроенным в корпус прибора, так и установленным на конце выносного кабеля.

В первом случае происходит замер температуры воздуха внутри помещения. Во втором варианте датчик измеряет степень нагрева финишного покрытия пола.

Подключение термостата к ТЭНу

Подключение термостата к электрическому нагревателю приходится осуществлять через магнитный пускатель. Это связано с тем, что мощность регулятора далеко несопоставима с мощностью ТЭНов.

Магнитный пускатель (МП) нужен при управлении термостатом сразу несколькими приборами обогрева. МП врезают в фазовый провод параллельно с терморегулятором. Регулировка режимами работы тенов осуществляется термостатом, ток питания проходит через МП. Это даёт возможность использовать трёхфазную электросеть, что позволяет эксплуатировать нагревательные элементы большой мощности.

Многие ТР оснащены электронными микропроцессорами, которые выдают дополнительно показатели уровня влажности, давления и времени, необходимого для достижения величин заданных параметров.

Подсоединение терморегулятора к обогревателю

Термостаты бывают механического и электронного действия. Последнее время вторые модели активно вытесняют своих механических аналогов. Применение современной электроники позволяет более эффективно управлять температурным режимом в заданной среде.

ТР для обогревателей помещений встраивают в корпуса калориферов или выносят на удаление от приборов отопления. Регулятор, прежде всего, подключается к электрической сети, затем через схему управления соединяется непосредственно с термодатчиком.

Дополнительная информация. Инфракрасные обогреватели соединяются с термостатом в большинстве вариантов через магнитный пускатель. Чтобы выполнить правильное подключение прибора, нужно строго следовать пунктам прилагаемой инструкции.

Особенности, как подсоединяют устройства регуляции температурного режима, зависят от вида отопительных приборов. Это может быть одножильное или двужильное подключение ТР тёплых полов. Подключение двухфазного термостата к нагревательным элементам трёхфазного тока осуществляется только через магнитный пускатель. Для водяного отопления терморегулятор врезают прямо в радиатор. В каждом конкретном случае существует своя схема подключения терморегулятора.