Diy Temperaturregler: Funktionsprinzip, Ein- und Ausschaltkreis

Für den Betrieb eines Geräts oder eines gesamten Systems ist es oft erforderlich, ein bestimmtes Temperaturregime einzuhalten. Dies ist wichtig beim Betreiben von Heiz- oder Kühlkreisläufen, beim Bau von Geräten vom Typ Inkubator. Eines der einfachsten Geräte zur Temperaturregelung ist ein Thermostat. Ein solches Gerät kann im Fachhandel erworben werden, aber Sie können einen solchen Temperaturregler mit Ihren eigenen Händen herstellen.

Termine und Eigenschaften

Die Funktion des Thermorelais basiert auf der Fähigkeit des Geräts, das Ein- und Ausschalten von Schaltungsknoten in Abhängigkeit von Temperaturänderungen zu steuern. Tatsächlich handelt es sich um ein Gerät, das sich zwischen den gesteuerten Elementen und den Temperatursensoren befindet. Strukturell das Gerät ist eine elektronische Schaltung oder ein Gerät aus einem speziellen Material.

Der erste Typ beinhaltet die Verwendung von entfernten oder eingebauten Sensoren, und der zweite - nutzt die Eigenschaften verschiedener Materialien, um deren Parameter zu ändern, wenn sich die Eigenschaften des elektrischen Netzes ändern. Das heißt, die Steuerung erfolgt berührungslos oder berührungslos. Aber trotz der grundlegenden Unterschiede ist die Essenz der Arbeit von Thermostaten dieselbe. Durch die Erfassung der Temperaturänderung unterbricht oder verbindet das Gerät die angeschlossenen Geräte oder Geräte im Automatikbetrieb.

Dank ihrer Verwendung hat die Temperatur von Luft, Wasser, Oberflächen verschiedener Geräte und Funkelementen einen stabilen Wert.

Jede Umgebung hat ihre eigene spezifische Geräteplatzierung. Seine Ansprechgenauigkeit hängt nicht nur von der Qualität des Reglers selbst ab, sondern auch von der richtigen Platzierung.

Thermostate sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Sie lassen sich nach folgenden Kriterien klassifizieren:

1. Nach Vereinbarung. Sie sind in Indoor und Outdoor unterteilt.
2. Installationsmethode. Es gibt unabhängige Thermostate, die beide auf jeder Oberfläche angebracht werden können und sich nur im Inneren des Geräts befinden.
3. Funktionalität. Thermostate können nur ein Signal oder mehrere gleichzeitig registrieren. In diesem Fall wird der zweite Typ als Mehrkanal bezeichnet. Sie können den Temperaturwert sowohl an mehreren Geräten gleichzeitig über unabhängige Kanäle als auch an nur einem halten.
4. Einstellungsmethode. Die Steuerung der Betriebsarten und Einstellung des Gerätes kann mechanisch, elektronisch oder elektromechanisch erfolgen.
5. Hysterese. Bei Thermostaten wird darunter der Temperaturwert verstanden, bei dem das Signal auf wechselt das umgekehrte Vorzeichen, sowie das Phänomen, wenn das Signal verzögert umgeschaltet wird, abhängig von das Ausmaß des Einflusses. Er ist es, der es ermöglicht, die Schalthäufigkeit zu reduzieren, beispielsweise wenn die Temperatur in der Heizung ansteigt. Es versteht sich jedoch, dass ein großer Wert der Hysterese zu einem Temperatursprung führt.
6. Die Art der Temperatursensoren. Die an Thermostaten angeschlossenen Sensoren können berührungslos und berührungslos wirken. Zum Beispiel die Verwendung von Infrarotstrahlung bei ihrer Arbeit oder die Eigenschaft einer Bimetallplatte.

Geräteparameter

Wie bei jedem Gerät sind Temperaturregler durch eine Reihe von Parametern gekennzeichnet. Die Genauigkeit der Reaktion des Geräts hängt in erster Linie davon ab. Diese Eigenschaften hängen nicht nur von der Qualität der Elemente ab, die bei der Konstruktion des Thermostatkreislaufs verwendet werden, sondern auch von der Implementierung des Systems, die es ermöglicht, den Einfluss von Fremdfaktoren zu vermeiden. Zu den Hauptmerkmalen gehören:

1. Schaltzeit. Hängt vom Implementierungsschema des Controllers und der Sensorinstallationsmethode ab, die seine Trägheit bestimmt.
2. Einstellbarer Bereich. Legt die Grenzwerte des Temperaturregimes fest, in dem das Gerät betrieben werden kann.
3. Versorgungsspannung. Dies ist der Wert der Betriebsspannung, der für den normalen Betrieb des Gerätes benötigt wird.
4. Aktive Last. Zeigt an, welche maximale Leistung der Temperaturregler steuern kann.
5. Schutzklasse. Es charakterisiert die Sicherheit des Gerätes. Bezeichnet gemäß der internationalen elektrischen Sicherheitsklassifizierung.
6. Alarmsystem. Der Regler kann einen LED-Signalgeber oder eine Flüssigkristallanzeige verwenden. Konzentriert kann der Benutzer sofort erkennen, in welchem ​​Modus sich das Steuergerät befindet.
7. Arbeitstemperatur. Gibt den Bereich an, in dem der korrekte Betrieb des Thermostats gewährleistet ist.
8. Thermischer Sensortyp. Als Sensorelement fungiert es als Temperaturanzeige und sendet Daten an den Controller. Solche Temperatursensoren zum Ein- und Ausschalten des Gerätes sind unterschiedlicher Art und Bauart und unterscheiden sich auch in der Art der Datenübertragung.

Darüber hinaus gehören zu den Qualitätsmerkmalen des Geräts: Benutzerfreundlichkeit, Abmessungen, zusätzliche Funktionen, allgemeines Erscheinungsbild.

Wenn Sie einen Thermostat mit Ihren eigenen Händen zusammenbauen, ist es daher ratsam, nicht nur das Schema des Geräts, sondern auch den Fall, in dem es sich befindet, zu überdenken, um ein fertiges Aussehen des Geräts zu erhalten.

Arbeitsprinzip

Allgemein kann der Thermostat in Form eines Blockschaltbildes bestehend aus einem Temperatursensor, einer Verarbeitungseinheit und einem Regelmechanismus dargestellt werden. Die Wirkungsweise eines mechanischen Thermorelais basiert auf die Fähigkeit einer Bimetallplatte, ihre Form in Abhängigkeit von der Temperatur zu ändern. Für seine Herstellung werden zwei fest miteinander verbundene Materialien mit unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten verwendet.

Wenn eine solche Platte erhitzt wird, verbiegt sie sich. Diese Eigenschaft wird bei der Herstellung von Thermorelais genutzt. Bei der Verformung schließt oder öffnet die Platte die Kontaktgruppe, wodurch der elektrische Kontakt unterbrochen oder wiederhergestellt wird. Ein solches Relais kann sowohl in Wechselstrom- als auch in Gleichstromkreisen verwendet werden, und die Wahl der Grenztemperatur wird normalerweise mit einem mechanischen Regler eingestellt.

Darüber hinaus gibt es Halbleiterrelais (elektronisch). Es gibt keine beweglichen und mechanischen Teile in ihrem Design, aber es wird eine elektronische Schaltung verwendet, die Temperaturänderungen berechnet.

Die Hauptelemente solcher Geräte sind ein Thermistor und ein Mikroprozessor. Im ersten ändern sich die elektrischen Parameter bei Temperaturschwankungen, im zweiten verarbeitet und schaltet je nach programmiertem Algorithmus die Kontaktgruppe.

Reglerschaltung

Aufgrund der Komplexität der Einrichtung eines mechanischen Relais ist seine unabhängige Herstellung fast unmöglich, daher stellen Funkamateure Halbleiterregler her. Bis heute sind eine Vielzahl von Thermorelaisschaltungen unterschiedlicher Klassen bekannt. Die Auswahl des richtigen für eine mögliche Wiederholung wird also nicht schwierig sein.

Bevor Sie jedoch mit der Herstellung Ihres eigenen Thermostats beginnen, müssen Sie eine Reihe von Werkzeugen und Materialien vorbereiten. Dazu benötigen Sie neben dem Stromkreis und den danach notwendigen Funkelementen:

1. Lötkolben oder bei Verwendung komplexer Mikrocontroller eine Lötstation.
2. Einseitiges Folienfiberglas. Wenn der Stromkreis eine große Anzahl von Funkelementen enthält und zur Gruppe mittlerer oder hoher Komplexität gehört, ist eine hängende Installation nicht möglich. Daher wird Glasfaserlaminat verwendet, auf das eine gedruckte Schaltung des zukünftigen Thermorelais durch ein geeignetes Verfahren, beispielsweise Azur-Eisen oder Photolithographie, aufgebracht wird.
3. Multimeter. Es ist notwendig, den Betrieb des Geräts zu konfigurieren und die korrekte Installation der Funkelemente zu überprüfen.
4. Mini-Bohrer. Mit seiner Hilfe werden Löcher gebohrt, in die Funkelemente eingebaut werden.
5. Arbeitsmaterialien. Dazu gehören: Flussmittel, Lot, Alkohollösung, Isolierband oder Schrumpfschlauch.

Die Herstellungsreihenfolge ist wie folgt. In der ersten Stufe wird eine Schaltung ausgewählt und ihre Beschreibung sowie die Verfügbarkeit von Funkelementen untersucht. Vergessen Sie dabei nicht, dass es für fast jede Funkkomponente ein Analog gibt. Dann wird eine gedruckte Schaltung hergestellt und eine Platine ist bereits darauf. Auf der Platine sind Funkelemente, Kommutierungssockel und Drähte aufgelötet. Sobald alles fertig ist, wird ein Probelauf durchgeführt und ggf. die Arbeit angepasst.

Einfache Geräte

Das einfachste Gerät, das auf Temperaturänderungen reagiert, kann aus mehreren Widerständen und einem integrierten Verstärker zusammengesetzt werden. Die verwendeten Widerstände sind zwei Halbarme, die den Mess- und Referenzteil der Schaltung bilden. Als R2. wird ein Thermistor verwendetd.h. ein Widerstand, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von der auf ihn einwirkenden Temperatur ändert.

Der integrierte Verstärker LM393 arbeitet im Komparatormodus, dh er vergleicht die beiden Signale von R1-R2 und R3-R4. Sobald der Signalpegel an den beiden Eingängen der Mikroschaltung gleich ist, schaltet der LM393 die Last auf das Netz. Als Last kann ein Lüfter verwendet werden. Sobald der Lüfter das geregelte Gerät kühlt, unterscheiden sich die Signalpegel am zweiten und dritten Eingang des Komparators wieder. Das Gerät schaltet seine Ausgänge wieder und die Last wird spannungsfrei geschaltet.

Eine einfache Schaltung kann auch auf einem Thyristor aufgebaut werden. Als Last können Sie eine Heizung verwenden, deren Temperatur von einem hausgemachten Thermostat geregelt wird.

Dieser Kreislauf kann in einem Inkubator oder Aquarium verwendet werden.

Die Schaltung basiert auch auf der Fähigkeit des Komparators, Spannungspegel an seinen Eingängen zu vergleichen und abhängig davon seine Ausgänge zu öffnen. Bei gleichem Signal fließt kein Strom durch den Transistor VT1, was bedeutet, dass der Steuerausgang des Thyristors VS1 auf Low-Pegel liegt und dieser geschlossen ist. Die am Widerstand R8 auftretende Spannung führt zu dessen Öffnung. Die Schaltung wird über die Dioden VD2 und R10 gespeist. Zur Stabilisierung der Stromversorgung wird eine Zener-Diode VD1 verwendet. Die Liste und Werte der Elemente sind in der Tabelle angegeben:

Bezeichnung	Name	Analog
R1	10 kΩ
R2	22 kΩ
R3	100 kΩ
R4 = R6	6,8 kΩ
R5	1 kΩ
R8	470 Ohm
R9	5,1 kΩ
R10	27 kΩ
C1	0,33 μF
VT1	KT117	2N6027
VD1	KS212ZH	BZX30C12
VD2	KD105	1N4004
VS1	KU208G	TAG307-800

Thermorelais auf einem Mikrocontroller

Nach dem Zusammenbau eines solchen Thermostats kann er in Verbindung mit einer Heizungsanlage verwendet werden, beispielsweise in Verbindung mit einem Kessel. Das Design basiert auf der DS1621-Mikroschaltung, die ein Thermometer und einen Thermostat kombiniert. Sein digitaler I / O bietet eine Genauigkeit von ± 0,5 ° C.

Wenn der DS1621 als Thermostat verwendet wird, speichert sein interner nichtflüchtiger Speicher (EEPROM) Daten über die Temperatur, die gehalten werden muss. Und auch die Kontrollpunkte, bei denen die Temperatur steigt oder fällt. Die Differenz zwischen ihnen bildet eine Hysterese, während am dritten Pin der Mikroschaltung eine logische Eins oder Null gebildet wird.

Die Dateneingabe in die Mikroschaltung erfolgt über einen Mikrocontroller basierend auf ATTINY2313. Das Gerät kann Temperaturen zwischen 10 und 40 Grad halten. Das Kesselthermoelement wird über einen Thyristor gesteuert. Die Taste S1 schaltet das Thermometer ein und aus. Und die Tasten S2 und S3 stellen die Temperatur ein. Die HL1-LED signalisiert die Funktionsfähigkeit des Gerätes. Wenn das Thermoelement des Kessels aufheizt, blinkt es. Als Transformator wird TAIWAN 110-230V 6-0-6V 150TA verwendet.

Wählen Sie beim Programmieren in Funktionen: int. RC-Osc. 4 MHz; Anlaufzeit: 14 CK + 0 ms; [CKSEL = 0010 SUT = 00] und Brown-out-Erkennung deaktiviert; [B0DLEVEL = 111] Aktivieren Sie das Kontrollkästchen für Serial Program Downloading (SPI) aktiviert; [SPIEN = 0]. Und beachten Sie auch die Sicherungen: SUT1, SPIEN, SUTO, CKSEL3, CKSEL2, CKSELO. Ein richtig montiertes Gerät funktioniert sofort und muss nicht eingestellt werden.