בקר טמפרטורה בעצמך: עקרון הפעולה, מעגל הפעלה וכיבוי

לעתים קרובות, להפעלת מכשיר או מערכת שלמה, יש צורך לשמור על משטר טמפרטורה מסוים. זה חשוב בעת הפעלת מעגלי חימום או קירור, בניית מכשירים מסוג חממה. אחד המכשירים הפשוטים ביותר לשליטה בטמפרטורה הוא תרמוסטט. מכשיר כזה ניתן לרכוש בחנויות קמעונאיות מיוחדות, אבל אתה יכול לעשות בקר טמפרטורה כזה במו ידיך.

מינויים ומאפיינים

פעולת הממסר התרמי מבוססת על יכולת המכשיר לשלוט בכיבוי והדלקה של צמתי המעגל בהתאם לשינויי הטמפרטורה. למעשה, מדובר במכשיר הממוקם בין האלמנטים המבוקרים וחיישני הטמפרטורה. מבחינה מבנית המכשיר הוא מעגל אלקטרוני או מכשיר העשוי מחומר מיוחד.

הסוג הראשון כולל שימוש בחיישנים מרוחקים או מובנים, והשני - משתמש במאפיינים של חומרים שונים כדי לשנות את הפרמטרים שלהם כאשר המאפיינים של רשת החשמל משתנים. כלומר, השליטה מתבצעת בצורה מגע או ללא מגע. אבל למרות ההבדלים המהותיים, המהות של עבודת התרמוסטטים זהה. על ידי רישום שינוי בטמפרטורה, המכשיר שובר או מחבר את יחידות הציוד או הציוד המחוברים אליו במצב אוטומטי.

הודות לשימוש בהם, לטמפרטורת האוויר, המים, המשטחים של מכשירים שונים ואלמנטים רדיו יש ערך יציב.

לכל סביבה יש מיקום מכשיר ספציפי משלה. דיוק התגובה שלו תלוי לא רק באיכות הרגולטור עצמו, אלא גם במיקום הנכון.

תרמוסטטים זמינים במגוון סוגים. ניתן לסווג אותם לפי הקריטריונים הבאים:

1. בתיאום מראש. הם מחולקים לפנים וחוץ.
2. שיטת התקנה. ישנם תרמוסטטים עצמאיים, שניהם מסוגלים להיות ממוקמים על כל משטח, וממוקמים רק בתוך הציוד.
3. פונקציונליות. תרמוסטטים יכולים לרשום רק אות אחד או כמה בבת אחת. במקרה זה, הסוג השני נקרא רב-ערוצי. הם יכולים לשמור על ערך הטמפרטורה הן במספר מכשירים בו זמנית, באמצעות ערוצים עצמאיים, או רק באחד.
4. שיטת הגדרה. השליטה על מצבי ההפעלה והתאמת המכשיר יכולה להיות מכנית, אלקטרונית או אלקטרומכנית.
5. היסטרזיס. בתרמוסטטים, זה מובן כערך הטמפרטורה שבו האות משתנה הסימן ההפוך, כמו גם התופעה כאשר יש עיכוב בהחלפת האות בהתאם גודל ההשפעה. הוא זה שמאפשר להפחית את תדירות המיתוג, למשל, כאשר הטמפרטורה במחמם עולה. אבל צריך להבין שערך גדול של ההיסטרזיס מוביל לקפיצת טמפרטורה.
6. סוג חיישני הטמפרטורה. החיישנים המחוברים לתרמוסטטים יכולים להיות בעלי מגע וללא מגע. לדוגמה, שימוש בקרינה אינפרא אדומה בעבודתם או בתכונה של צלחת דו מתכתית.

פרמטרים של מתקן

כמו בכל ציוד, בקרי טמפרטורה מאופיינים על ידי סט של פרמטרים. דיוק התגובה של המכשיר תלוי בעיקר בהם. מאפיינים אלה תלויים לא רק באיכות האלמנטים המשמשים בבניית מעגל התרמוסטט, אלא גם ביישום המערכת, המאפשרת הימנעות מהשפעת גורמים זרים. המאפיינים העיקריים כוללים:

1. זמן החלפה. תלוי בסכימת יישום הבקר ובשיטת התקנת החיישן, שקובעת את האינרציה שלו.
2. טווח מתכוונן. מגדיר את ערכי הגבול של משטר הטמפרטורה שבו המכשיר יכול לפעול.
3. מתח אספקה. זהו הערך של מתח ההפעלה הנדרש לפעולה רגילה של המכשיר.
4. עומס פעיל. מראה באיזה הספק מקסימלי יכול בקר הטמפרטורה לשלוט.
5. מעמד הגנה. זה מאפיין את בטיחות המכשיר. מיועד לפי סיווג בטיחות החשמל הבינלאומי.
6. מערכת אזעקה. הרגולטור יכול להשתמש במכשיר איתות LED או בצג גביש נוזלי. בהתמקדות בו, המשתמש יכול לראות מיד באיזה מצב מכשיר הבקרה פועל.
7. טמפרטורת עבודה. מציין את הטווח שבו מובטחת הפעולה הנכונה של התרמוסטט.
8. סוג חיישן תרמי. כאלמנט חישה, הוא פועל כמחוון טמפרטורה, ושולח נתונים לבקר. חיישני טמפרטורה כאלה להפעלה וכיבוי של המכשיר הם מסוגים ועיצובים שונים, ונבדלים גם בשיטת העברת הנתונים.

בנוסף, מאפייני האיכות של המכשיר כוללים: נוחות שימוש, מידות, תכונות נוספות, מראה כללי.

לכן, כאשר מרכיבים תרמוסטט במו ידיכם, על מנת לקבל מראה שלם של המכשיר, מומלץ לחשוב לא רק על סכמת המכשיר, אלא גם על המקרה בו הוא ימוקם.

עקרון הפעולה

באופן כללי, התרמוסטט יכול להיות מיוצג בצורה של דיאגרמת בלוק המורכבת מחישן טמפרטורה, יחידת עיבוד ומנגנון ויסות. הפעולה של ממסר תרמי מכני מבוססת על היכולת של צלחת דו מתכתית לשנות את צורתה בהתאם לטמפרטורה. לייצורו משתמשים בשני חומרים המחוברים זה לזה בקשיחות עם מקדמי התפשטות טמפרטורה שונים.

כאשר צלחת כזו מחוממת, היא מתכופפת. תכונה זו היא המשמשת לייצור ממסרים תרמיים. במהלך דפורמציה, הצלחת סוגרת או פותחת את קבוצת המגעים, וכתוצאה מכך המגע החשמלי נשבר או משוחזר. ניתן להשתמש בממסר כזה גם במעגלי AC וגם במעגלי DC, והבחירה של טמפרטורת הגבול בהם נקבעת בדרך כלל באמצעות ווסת מכני.

בנוסף, ישנם ממסרי מצב מוצק (אלקטרוני). בתכנון שלהם אין חלקים נעים ומכניים, אבל נעשה שימוש במעגל אלקטרוני שמחשב שינויי טמפרטורה.

האלמנטים הבסיסיים של מכשירים כאלה הם תרמיסטור ומיקרו-מעבד. בראשון, הפרמטרים החשמליים משתנים עם תנודות הטמפרטורה, והשני מעבד ובהתאם לאלגוריתם המתוכנת, מחליף את קבוצות המגעים.

מעגלי רגולטור

בשל המורכבות של הקמת ממסר מכני, הייצור העצמאי שלו הוא כמעט בלתי אפשרי, ולכן חובבי רדיו מייצרים ווסתי מצב מוצק. עד כה, ידוע על מספר רב של מעגלי ממסר תרמיים ממעמדות שונים. אז הבחירה הנכונה עבור חזרה אפשרית לא תהיה קשה.

אבל לפני שתתחיל לייצר תרמוסטט משלך, אתה צריך להכין מספר כלים וחומרים. לשם כך, בנוסף למעגל החשמלי ולרכיבי הרדיו הדרושים על פיו, תזדקק ל:

1. מלחם או, במקרה של שימוש במיקרו-בקרים מורכבים, עמדת הלחמה.
2. פיברגלס נייר כסף חד צדדי. אם המעגל החשמלי מכיל מספר רב של אלמנטים רדיואקטיביים ושייך לקבוצת המורכבות הבינונית או הגבוהה, אז לא ניתן לבצע אותו על ידי התקנה תלויה. לכן, נעשה שימוש לרבד סיבי זכוכית, שעליו מוחל מעגל מודפס של הממסר התרמי העתידי בשיטה נוחה, למשל, ברזל תכלת או פוטוליטוגרפיה.
3. מודד. יש צורך להגדיר את פעולת המכשיר ולבדוק את ההתקנה הנכונה של אלמנטים רדיו.
4. מיני מקדחה. בעזרתו נעשים חורים שאליהם מותקנים אלמנטים רדיו.
5. חומרי עבודה. אלה כוללים: שטף, הלחמה, תמיסת אלכוהול, סרט חשמלי או צינורות לכווץ חום.

רצף הייצור הוא כדלקמן. בשלב הראשון, מעגל נבחר ותיאורו, זמינות אלמנטים רדיו נלמדים. יחד עם זאת, אל תשכח שיש אנלוגי כמעט לכל רכיב רדיו. לאחר מכן, נוצר מעגל מודפס, וכבר נמצא עליו לוח. אלמנטים רדיו, שקעי התמורה וחוטים מולחמים ללוח. ברגע שהכל מוכן, מתבצעת ריצת מבחן ובמידת הצורך מותאמת העבודה.

מכשירים פשוטים

המכשיר הפשוט ביותר המגיב לשינויי טמפרטורה ניתן להרכיב ממספר התנגדויות ומגבר משולב. הנגדים המשמשים הם שתי חצאי זרועות היוצרות את חלקי המדידה והייחוס של המעגל. תרמיסטור משמש כ-R2, כלומר, נגד שהתנגדותו משתנה בהתאם לטמפרטורה הפועלת עליו.

המגבר המשולב LM393 פועל במצב השוואת, כלומר, הוא משווה את שני האותות שנלקחו מ-R1-R2 ו-R3-R4. ברגע שרמת האות בשתי הכניסות של המיקרו-מעגל שווה, ה-LM393 מעביר את העומס לרשת החשמל. מאוורר יכול לשמש כמטען. ברגע שהמאוורר מקרר את המכשיר הנשלט, רמת האות בכניסה השנייה והשלישית של המשווה תתחיל להיות שונה שוב. המכשיר יחליף שוב את היציאות שלו והחשמל יוסר מהעומס.

ניתן להרכיב מעגל פשוט על תיריסטור. בתור העומס שלו, אתה יכול להשתמש בתנור חימום, שהטמפרטורה שלו תהיה מווסתת על ידי תרמוסטט תוצרת בית.

ניתן להשתמש במעגל זה באינקובטור או אקווריום.

המעגל מבוסס גם על יכולתו של המשווה להשוות את רמות המתח בכניסותיו ובהתאם לכך לפתוח את יציאותיו. עם אותו אות, הזרם אינו זורם דרך הטרנזיסטור VT1, כלומר פלט הבקרה של התיריסטור VS1 הוא ברמה נמוכה, והוא סגור. המתח שהופיע על פני ההתנגדות R8 מוביל לפתיחתה. המעגל מופעל דרך הדיודה VD2 ו-R10. דיודת זנר VD1 משמשת לייצוב אספקת החשמל. הרשימה והערכים של האלמנטים ניתנים בטבלה:

יִעוּד	שֵׁם	אנלוגי
R1	10 קילוואט
R2	22 קילו אוהם
R3	100 קילוואט
R4 = R6	6.8 קילוואט
R5	1 kΩ
R8	470 אוהם
R9	5.1 קילוואט
R10	27 קילוואט
C1	0.33 מיקרון פרנץ'
VT1	KT117	2N6027
VD1	KS212ZH	BZX30C12
VD2	KD105	1N4004
VS1	KU208G	TAG307-800

ממסר תרמי על מיקרו-בקר

לאחר הרכבת תרמוסטט כזה, ניתן להשתמש בו בשילוב עם מערכת חימום, למשל, בשילוב עם דוד. העיצוב מבוסס על המיקרו-מעגל DS1621, המשלב מדחום ותרמוסטט. ה-I/O הדיגיטלי שלו מספק דיוק של ± 0.5 מעלות צלזיוס.

כאשר ה-DS1621 משמש כתרמוסטט, הזיכרון הפנימי הבלתי נדיף שלו (EEPROM) מאחסן נתונים על הטמפרטורה שיש לשמור. וגם נקודות הבקרה, שבהן מגיעות הטמפרטורה עולה או יורדת. ההבדל ביניהם יוצר היסטרזיס, בעוד שאחד הגיוני או אפס נוצר על הפין השלישי של המיקרו-מעגל.

הנתונים מוכנסים למיקרו-מעגל באמצעות מיקרו-בקר המבוסס על ATTINY2313. המכשיר יכול לשמור על טמפרטורות בין 10 ל-40 מעלות. התרמו-אלמנט של הדוד נשלט באמצעות תיריסטור. כפתור S1 מפעיל ומכבה את מד החום. והלחצנים S2 ו-S3 קובעים את הטמפרטורה. נורית HL1 מסמנת את יכולת הפעולה של המכשיר. כאשר הצמד התרמי של הדוד מתחמם, הוא מהבהב. TAIWAN 110-230V 6-0-6V 150TA משמש כשנאי.

בעת תכנות בתכונות, בחר: int. RC Osc. 4 מגה-הרץ; זמן הפעלה: 14 CK + 0 ms; [CKSEL = 0010 SUT = 00] וזיהוי בראון מושבת; [B0DLEVEL = 111] סמן את התיבה עבור הורדת תוכנית סדרתית (SPI) מופעלת; [SPIEN = 0]. ושימו לב גם לנתיכים: SUT1, SPIEN, SUTO, CKSEL3, CKSEL2, CKSELO. מכשיר שהורכב כהלכה פועל באופן מיידי ואינו זקוק להתאמה.