Termoregolatore fai da te: principio di funzionamento, circuito acceso e spento

Spesso, per il funzionamento di un dispositivo o di un intero sistema, è necessario mantenere un determinato regime di temperatura. Questo è importante quando si utilizzano circuiti di riscaldamento o raffreddamento, e si costruiscono dispositivi di tipo incubatore. Uno dei dispositivi più semplici per controllare la temperatura è un termostato. Un tale dispositivo può essere acquistato presso punti vendita specializzati, ma puoi realizzare un tale termoregolatore con le tue mani.

Appuntamenti e caratteristiche

Il funzionamento del relè termico si basa sulla capacità del dispositivo di controllare l'accensione e lo spegnimento dei nodi del circuito in base alle variazioni di temperatura. Si tratta infatti di un dispositivo posto tra gli elementi controllati e i sensori di temperatura. Strutturalmente il dispositivo è un circuito elettronico o un dispositivo fatto di un materiale speciale.

Il primo tipo prevede l'uso di sensori remoti o integrati e il secondo utilizza le proprietà di vari materiali per modificare i loro parametri quando cambiano le caratteristiche della rete elettrica. Cioè, il controllo avviene in modo di contatto o senza contatto. Ma nonostante le differenze fondamentali, l'essenza del lavoro dei termostati è la stessa. Registrando una variazione di temperatura, il dispositivo rompe o collega le unità di apparecchiature o apparecchiature ad esso collegate in modalità automatica.

Grazie al loro utilizzo, la temperatura dell'aria, dell'acqua, delle superfici di vari dispositivi e dei radioelementi ha un valore stabile.

Ogni ambiente ha il proprio posizionamento specifico del dispositivo. La sua precisione di risposta dipende non solo dalla qualità del regolatore stesso, ma anche dal corretto posizionamento.

I termostati sono disponibili in vari tipi. Possono essere classificati secondo i seguenti criteri:

1. Su appuntamento. Si dividono in indoor e outdoor.
2. Metodo di installazione. Esistono termostati indipendenti, entrambi in grado di essere posizionati su qualsiasi superficie, e posizionati solo all'interno dell'apparecchiatura.
3. Funzionalità. I termostati possono registrare solo uno o più segnali contemporaneamente. In questo caso, il secondo tipo è chiamato multicanale. Possono mantenere il valore della temperatura sia su più dispositivi contemporaneamente, utilizzando canali indipendenti, sia su uno solo.
4. Metodo di impostazione. Il controllo delle modalità di funzionamento e la regolazione del dispositivo può essere meccanico, elettronico o elettromeccanico.
5. Isteresi. Nei termostati si intende il valore di temperatura al quale il segnale cambia in il segno opposto, così come il fenomeno quando c'è un ritardo nella commutazione del segnale a seconda di l'entità dell'influenza. È lui che consente di ridurre la frequenza di commutazione, ad esempio, quando la temperatura nel riscaldatore aumenta. Ma dovrebbe essere chiaro che un valore elevato dell'isteresi porta a un salto di temperatura.
6. Il tipo di sensori di temperatura. I sensori collegati ai termostati possono essere ad azione a contatto e senza contatto. Ad esempio, utilizzando la radiazione infrarossa nel loro lavoro o la proprietà di una lastra bimetallica.

Parametri dell'apparecchio

Come con qualsiasi apparecchiatura, i termoregolatori sono caratterizzati da una serie di parametri. L'accuratezza della risposta del dispositivo dipende principalmente da loro. Queste caratteristiche dipendono non solo dalla qualità degli elementi utilizzati nella costruzione del circuito del termostato, ma anche dalla realizzazione del sistema, che consente di evitare l'influenza di fattori estranei. Le caratteristiche principali includono:

1. Tempo di commutazione. Dipende dallo schema di implementazione del controller e dal metodo di installazione del sensore, che ne determina l'inerzia.
2. Gamma regolabile. Imposta i valori limite del regime di temperatura in cui il dispositivo può funzionare.
3. Tensione di alimentazione. Questo è il valore della tensione di esercizio necessaria per il normale funzionamento del dispositivo.
4. Carico attivo. Mostra quale potenza massima può controllare il termoregolatore.
5. Classe di protezione. Caratterizza la sicurezza del dispositivo. Designato secondo la classificazione internazionale di sicurezza elettrica.
6. Sistema d'allarme. Il regolatore può utilizzare un dispositivo di segnalazione a LED o un display a cristalli liquidi. Concentrandosi su di esso, l'utente può vedere immediatamente in quale modalità sta operando il dispositivo di controllo.
7. Temperatura di lavoro. Indica il range entro il quale è garantito il corretto funzionamento del termostato.
8. Tipo di sensore termico. Come elemento sensibile, funge da indicatore di temperatura, inviando dati al controller. Tali sensori di temperatura per l'accensione e lo spegnimento del dispositivo sono di diversi tipi e design e differiscono anche nel metodo di trasmissione dei dati.

Inoltre, le caratteristiche di qualità del dispositivo includono: facilità d'uso, dimensioni, funzionalità aggiuntive, aspetto generale.

Pertanto, quando si assembla un termostato con le proprie mani, al fine di ottenere un aspetto completo del dispositivo, è consigliabile riflettere non solo sullo schema del dispositivo, ma anche sul caso in cui verrà posizionato.

Principio di funzionamento

In generale, il termostato può essere rappresentato sotto forma di uno schema a blocchi costituito da un sensore di temperatura, un'unità di elaborazione e un meccanismo di regolazione. Il funzionamento di un relè termico meccanico si basa su la capacità di una piastra bimetallica di cambiare forma a seconda della temperatura. Per la sua fabbricazione vengono utilizzati due materiali, rigidamente legati tra loro con diversi coefficienti di dilatazione della temperatura.

Quando una tale piastra viene riscaldata, si piega. È questa proprietà che viene utilizzata nella produzione di relè termici. Durante la deformazione, la piastra chiude o apre il gruppo di contatti, a seguito del quale il contatto elettrico viene interrotto o ripristinato. Tale relè può essere utilizzato sia nei circuiti CA che CC e la scelta della temperatura limite in essi viene solitamente impostata utilizzando un regolatore meccanico.

Inoltre, ci sono relè a stato solido (elettronici). Non ci sono parti in movimento e meccaniche nel loro design, ma viene utilizzato un circuito elettronico che calcola le variazioni di temperatura.

Gli elementi principali di tali dispositivi sono un termistore e un microprocessore. Nel primo, i parametri elettrici cambiano con le fluttuazioni di temperatura e il secondo elabora e, a seconda dell'algoritmo programmato, cambia i gruppi di contatti.

Circuiti del regolatore

A causa della complessità della configurazione di un relè meccanico, la sua produzione indipendente è quasi impossibile, quindi i radioamatori realizzano regolatori a stato solido. Ad oggi, è noto un gran numero di circuiti di relè termici di diverse classi. Quindi scegliere quello giusto per un'eventuale ripetizione non sarà difficile.

Ma prima di iniziare a creare il tuo termostato, devi preparare una serie di strumenti e materiali. Per questo, oltre al circuito elettrico e agli elementi radio necessari in base ad esso, avrai bisogno di:

1. Saldatore o, nel caso di utilizzo di microcontrollori complessi, una stazione saldante.
2. Lamina in fibra di vetro su un lato. Se il circuito elettrico contiene un numero elevato di radioelementi e appartiene al gruppo di media o alta complessità, non è possibile realizzarlo mediante installazione sospesa. Pertanto, viene utilizzato un laminato in fibra di vetro, sul quale viene applicato un circuito stampato del futuro relè termico con un metodo conveniente, ad esempio ferro azzurro o fotolitografia.
3. multimetro. È necessario configurare il funzionamento del dispositivo e verificare la corretta installazione dei radioelementi.
4. Mini trapano. Con l'aiuto di esso, vengono praticati dei fori in cui sono installati gli elementi radio.
5. Materiali di lavoro. Questi includono: flusso, saldatura, soluzione alcolica, nastro isolante o guaina termorestringente.

La sequenza di produzione è la seguente. Nella prima fase, viene selezionato un circuito e viene studiata la sua descrizione, la disponibilità di radioelementi. Allo stesso tempo, non dimenticare che esiste un analogo per quasi tutti i componenti radio. Quindi, viene realizzato un circuito stampato e su di esso è già presente una scheda. Alla scheda vengono saldati radioelementi, prese di commutazione e fili. Non appena tutto è pronto, viene eseguita una prova e, se necessario, il lavoro viene regolato.

Dispositivi semplici

Il dispositivo più semplice che reagisce alle variazioni di temperatura può essere assemblato da diverse resistenze e un amplificatore integrato. I resistori utilizzati sono due mezzi bracci che costituiscono le parti di misura e di riferimento del circuito. Un termistore viene utilizzato come R2, cioè un resistore la cui resistenza cambia a seconda della temperatura che agisce su di esso.

L'amplificatore integrato LM393 opera in modalità comparatore, ovvero confronta i due segnali prelevati da R1-R2 e R3-R4. Non appena il livello del segnale ai due ingressi del microcircuito è uguale, l'LM393 commuta il carico sulla rete. Un ventilatore può essere utilizzato come carico. Non appena la ventola raffredda il dispositivo controllato, il livello del segnale al secondo e terzo ingresso del comparatore inizierà a differire di nuovo. Il dispositivo commuterà nuovamente le sue uscite e l'alimentazione verrà rimossa dal carico.

Un semplice circuito può anche essere montato su un tiristore. Come carico, puoi utilizzare un riscaldatore, la cui temperatura sarà regolata da un termostato fatto in casa.

Questo circuito può essere utilizzato in un'incubatrice o in un acquario.

Il circuito si basa anche sulla capacità del comparatore di confrontare i livelli di tensione ai suoi ingressi e, a seconda di ciò, aprire le sue uscite. Con lo stesso segnale, la corrente non scorre attraverso il transistor VT1, il che significa che l'uscita di controllo del tiristore VS1 è a un livello basso ed è chiusa. La tensione apparsa attraverso la resistenza R8 porta alla sua apertura. Il circuito è alimentato tramite il diodo VD2 e R10. Un diodo Zener VD1 viene utilizzato per stabilizzare l'alimentazione. L'elenco e i valori degli elementi sono riportati nella tabella:

Designazione	Nome	Analogico
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
do1	0,33 μF
VT1	KT117	2N6027
VD1	KS212ZH	BZX30C12
VD2	KD105	1N4004
VS1	KU208G	TAG307-800

Relè termico su un microcontrollore

Avendo assemblato un tale termostato, può essere utilizzato in combinazione con un sistema di riscaldamento, ad esempio in combinazione con una caldaia. Il design si basa sul microcircuito DS1621, che combina un termometro e un termostato. Il suo I/O digitale fornisce una precisione di ±0,5°C.

Quando il DS1621 viene utilizzato come termostato, la sua memoria non volatile interna (EEPROM) memorizza i dati sulla temperatura che deve essere mantenuta. E anche i punti di controllo, al raggiungimento dei quali la temperatura sale o scende. La differenza tra loro forma un'isteresi, mentre sul terzo pin del microcircuito si forma uno o zero logico.

I dati vengono inseriti nel microcircuito utilizzando un microcontrollore basato su ATTINY2313. Il dispositivo può mantenere temperature comprese tra 10 e 40 gradi. Il termoelemento della caldaia è controllato tramite un tiristore. Il pulsante S1 accende e spegne il termometro. E i pulsanti S2 e S3 impostano la temperatura. Il LED HL1 segnala l'operatività del dispositivo. Quando la termocoppia caldaia si sta riscaldando, lampeggia. TAIWAN 110-230V 6-0-6V 150TA viene utilizzato come trasformatore.

Durante la programmazione in Funzionalità, selezionare: int. RC Osc. 4MHz; Tempo di avvio: 14 CK + 0 ms; [CKSEL = 0010 SUT = 00] e rilevamento Brown-out disabilitato; [B0DLEVEL = 111] spunta la casella Download programma seriale (SPI) abilitato; [SPIENA = 0]. E nota anche i fusibili: SUT1, SPIEN, SUTO, CKSEL3, CKSEL2, CKSELO. Un dispositivo correttamente assemblato funziona immediatamente e non necessita di regolazione.