Diy regulátor teploty: princip činnosti, zapnutí a vypnutí okruhu

Často je pro provoz zařízení nebo celého systému nutné udržovat určitý teplotní režim. To je důležité při provozu topných nebo chladicích okruhů, budování zařízení typu inkubátoru. Jedním z nejjednodušších zařízení pro regulaci teploty je termostat. Takové zařízení lze zakoupit ve specializovaných maloobchodních prodejnách, ale takový regulátor teploty si můžete vyrobit vlastníma rukama.

Jmenování a vlastnosti

Činnost tepelného relé je založena na schopnosti zařízení řídit zapínání a vypínání uzlů obvodu v závislosti na změnách teploty. Ve skutečnosti se jedná o zařízení umístěné mezi ovládanými prvky a teplotními čidly. Strukturálně zařízení je elektronický obvod nebo zařízení vyrobeného ze speciálního materiálu.

První typ zahrnuje použití vzdálených nebo vestavěných senzorů a druhý - využívá vlastnosti různých materiálů ke změně jejich parametrů, když se změní vlastnosti elektrické sítě. To znamená, že ovládání probíhá kontaktním nebo bezkontaktním způsobem. Ale i přes zásadní rozdíly je podstata práce termostatů stejná. Registrací změny teploty zařízení v automatickém režimu rozbije nebo připojí k němu připojené jednotky zařízení nebo zařízení.

Díky jejich použití má teplota vzduchu, vody, povrchů různých zařízení a radioprvků stabilní hodnotu.

Každé prostředí má své vlastní specifické umístění zařízení. Přesnost jeho odezvy závisí nejen na kvalitě samotného regulátoru, ale také na správném umístění.

Termostaty jsou k dispozici v různých typech. Mohou být klasifikovány podle následujících kritérií:

1. Po domluvě. Dělí se na vnitřní a venkovní.
2. Způsob instalace. Existují nezávislé termostaty, které mohou být umístěny na jakémkoli povrchu a umístěny pouze uvnitř zařízení.
3. Funkčnost. Termostaty mohou registrovat pouze jeden signál nebo několik signálů najednou. V tomto případě se druhý typ nazývá vícekanálový. Mohou udržovat hodnotu teploty jak na několika zařízeních současně, pomocí nezávislých kanálů, tak pouze na jednom.
4. Způsob nastavení. Ovládání provozních režimů a seřízení zařízení může být mechanické, elektronické nebo elektromechanické.
5. Hystereze. U termostatů se jím rozumí hodnota teploty, na kterou se signál změní opačné znaménko, stejně jako jev, kdy dochází ke zpoždění přepínání signálu v závislosti na velikost vlivu. Právě on umožňuje snížit frekvenci spínání například při zvýšení teploty v ohřívači. Je však třeba si uvědomit, že velká hodnota hystereze vede k teplotnímu skoku.
6. Typ teplotních čidel. Snímače připojené k termostatům mohou být kontaktní a bezkontaktní. Například pomocí infračerveného záření ve své práci nebo vlastnosti bimetalové desky.

Parametry přípravku

Stejně jako každé zařízení se i regulátory teploty vyznačují sadou parametrů. Na nich závisí především přesnost odezvy zařízení. Tyto vlastnosti závisí nejen na kvalitě prvků použitých při konstrukci okruhu termostatu, ale také na implementaci systému, což umožňuje vyhnout se vlivu vnějších faktorů. Mezi hlavní charakteristiky patří:

1. Spínací čas. Závisí na schématu implementace regulátoru a způsobu instalace senzoru, který určuje jeho setrvačnost.
2. Nastavitelný rozsah. Nastavuje mezní hodnoty teplotního režimu, ve kterém může zařízení pracovat.
3. Napájecí napětí. Jedná se o hodnotu provozního napětí potřebného pro normální provoz zařízení.
4. Aktivní zátěž. Ukazuje, jaký maximální výkon může regulátor teploty ovládat.
5. Třída ochrany. Charakterizuje bezpečnost zařízení. Určeno podle mezinárodní klasifikace elektrické bezpečnosti.
6. Bezpečnostní systém. Regulátor může využívat LED signalizační zařízení nebo displej z tekutých krystalů. Zaměřením na něj uživatel okamžitě vidí, v jakém režimu ovládací zařízení pracuje.
7. Pracovní teplota. Označuje rozsah, ve kterém je zajištěna správná činnost termostatu.
8. Typ tepelného senzoru. Jako snímací prvek funguje jako indikátor teploty, odesílá data do regulátoru. Takové teplotní senzory pro zapínání a vypínání zařízení jsou různých typů a provedení a liší se také způsobem přenosu dat.

Kromě toho kvalitativní charakteristiky zařízení zahrnují: snadnost použití, rozměry, další funkce, celkový vzhled.

Proto při montáži termostatu vlastníma rukama, abyste získali úplný vzhled zařízení, je vhodné promyslet nejen schéma zařízení, ale také případ, ve kterém bude umístěn.

Princip činnosti

Obecně lze termostat znázornit ve formě blokového schématu sestávajícího z teplotního čidla, procesní jednotky a regulačního mechanismu. Činnost mechanického tepelného relé je založena na schopnost bimetalové desky měnit svůj tvar v závislosti na teplotě. K jeho výrobě jsou použity dva materiály navzájem pevně spojené s různými koeficienty teplotní roztažnosti.

Když se taková deska zahřeje, ohne se. Právě této vlastnosti se využívá při výrobě tepelných relé. Během deformace deska uzavře nebo otevře skupinu kontaktů, v důsledku čehož dojde k přerušení nebo obnovení elektrického kontaktu. Takové relé lze použít ve střídavých i stejnosměrných obvodech a volba hraniční teploty v nich se obvykle nastavuje pomocí mechanického regulátoru.

Kromě toho existují polovodičová relé (elektronická). V jejich konstrukci nejsou žádné pohyblivé a mechanické části, ale je použit elektronický obvod, který počítá změny teploty.

Hlavními prvky takových zařízení jsou termistor a mikroprocesor. V prvním se elektrické parametry mění s kolísáním teploty a ve druhém probíhá a v závislosti na naprogramovaném algoritmu spíná skupiny kontaktů.

Obvody regulátoru

Vzhledem ke složitosti nastavení mechanického relé je jeho samostatná výroba téměř nemožná, proto radioamatéři vyrábějí polovodičové regulátory. K dnešnímu dni je známo velké množství tepelných reléových obvodů různých tříd. Vybrat ten správný pro případné opakování tedy nebude těžké.

Než se ale pustíte do výroby vlastního termostatu, musíte si připravit řadu nástrojů a materiálů. K tomu budete kromě elektrického obvodu a rádiových prvků, které jsou podle něj nezbytné, potřebovat:

1. Páječka nebo v případě použití složitých mikrokontrolérů pájecí stanice.
2. Jednostranná fólie ze skelného vlákna. Pokud elektrický obvod obsahuje velké množství radioprvků a patří do skupiny střední nebo vysoké složitosti, není možné jej provést závěsnou instalací. Proto se používá laminát ze skelných vláken, na který je nanesen tištěný spoj budoucího tepelného relé vhodnou metodou, například azurovou železou nebo fotolitografií.
3. Multimetr. Je nutné nakonfigurovat provoz zařízení a zkontrolovat správnou instalaci radioprvků.
4. Mini vrtačka. S jeho pomocí jsou vytvořeny otvory, do kterých jsou instalovány rádiové prvky.
5. Pracovní materiály. Patří mezi ně: tavidlo, pájka, alkoholový roztok, elektrická páska nebo teplem smrštitelná hadička.

Výrobní sekvence je následující. V první fázi je vybrán obvod a studován jeho popis, dostupnost radioelementů. Zároveň nezapomeňte, že téměř pro každý rádiový komponent existuje analog. Poté je vyroben tištěný spoj a na něm je již deska. K desce jsou připájeny radioprvky, komutační zdířky a vodiče. Jakmile je vše připraveno, provede se zkušební provoz a případně se práce upraví.

Jednoduchá zařízení

Nejjednodušší zařízení, které reaguje na změny teploty, lze sestavit z několika odporů a integrovaného zesilovače. Použité odpory jsou dvě poloviční ramena, která tvoří měřicí a referenční část obvodu. Jako R2 je použit termistor, tedy rezistor, jehož odpor se mění v závislosti na teplotě, která na něj působí.

Integrovaný zesilovač LM393 pracuje v režimu komparátoru, to znamená, že porovnává dva signály odebrané z R1-R2 a R3-R4. Jakmile je úroveň signálu na dvou vstupech mikroobvodu stejná, LM393 přepne zátěž na síť. Jako zátěž lze použít ventilátor. Jakmile ventilátor ochladí ovládané zařízení, začne se úroveň signálu na druhém a třetím vstupu komparátoru opět lišit. Zařízení opět přepne své výstupy a ze zátěže se odpojí napájení.

Jednoduchý obvod lze sestavit i na tyristoru. Jako jeho zátěž můžete použít topidlo, jehož teplotu bude regulovat domácí termostat.

Tento okruh lze použít v inkubátoru nebo akváriu.

Obvod je také založen na schopnosti komparátoru porovnávat napěťové úrovně na jeho vstupech a v závislosti na tom otevřít své výstupy. Při stejném signálu neprotéká proud tranzistorem VT1, což znamená, že řídicí výstup tyristoru VS1 je na nízké úrovni a je sepnutý. Objevené napětí na odporu R8 vede k jeho otevření. Obvod je napájen přes diodu VD2 a R10. Pro stabilizaci napájení je použita Zenerova dioda VD1. Seznam a hodnoty prvků jsou uvedeny v tabulce:

Označení	název	Analog
R1	10 kΩ
R2	22 kOhm
R3	100 kΩ
R4 = R6	6,8 kΩ
R5	1 kΩ
R8	470 ohmů
R9	5,1 kΩ
R10	27 kΩ
C1	0,33 μF
VT1	KT117	2N6027
VD1	KS212ZH	BZX30C12
VD2	105 KD	1N4004
VS1	KU208G	TAG307-800

Tepelné relé na mikrokontroléru

Po sestavení takového termostatu jej lze použít ve spojení s topným systémem, například ve spojení s kotlem. Konstrukce je založena na mikroobvodu DS1621, který kombinuje teploměr a termostat. Jeho digitální I/O poskytuje přesnost ± 0,5 °C.

Když je DS1621 používán jako termostat, jeho vnitřní energeticky nezávislá paměť (EEPROM) ukládá data o teplotě, která musí být udržována. A také kontrolní body, při jejichž dosažení teplota stoupá nebo klesá. Rozdíl mezi nimi tvoří hysterezi, přičemž na třetím pinu mikroobvodu se tvoří logická jednička nebo nula.

Data se do mikroobvodu zadávají pomocí mikrokontroléru na bázi ATTINY2313. Zařízení dokáže udržovat teploty mezi 10 a 40 stupni. Termočlánek kotle je řízen přes tyristor. Tlačítko S1 zapíná a vypíná teploměr. A tlačítky S2 a S3 se nastavuje teplota. LED HL1 signalizuje provozuschopnost zařízení. Když se termočlánek kotle zahřívá, bliká. Jako transformátor je použit TAIWAN 110-230V 6-0-6V 150TA.

Při programování v části Funkce vyberte: int. RC Osc. 4 MHz; Doba spouštění: 14 CK + 0 ms; [CKSEL = 0010 SUT = 00] a detekce Brown-out zakázána; [B0DLEVEL = 111] zaškrtněte políčko pro sériové stahování programů (SPI); [SPIEN = 0]. A také si všimněte pojistek: SUT1, SPIEN, SUTO, CKSEL3, CKSEL2, CKSELO. Správně sestavené zařízení funguje okamžitě a nepotřebuje seřizování.