Diy regulator temperatury: zasada działania, obwód włączania i wyłączania

Często do działania urządzenia lub całego systemu konieczne jest utrzymanie określonego reżimu temperaturowego. Jest to ważne przy obsłudze obwodów grzewczych lub chłodzących, budując urządzenia typu inkubator. Jednym z najprostszych urządzeń do kontroli temperatury jest termostat. Takie urządzenie można kupić w wyspecjalizowanych punktach sprzedaży detalicznej, ale taki regulator temperatury można wykonać własnymi rękami.

Spotkania i cechy charakterystyczne

Działanie przekaźnika termicznego opiera się na zdolności urządzenia do sterowania załączaniem i wyłączaniem węzłów obwodu w zależności od zmian temperatury. W rzeczywistości jest to urządzenie znajdujące się pomiędzy sterowanymi elementami a czujnikami temperatury. Formalnie urządzenie jest obwodem elektronicznym lub urządzenie wykonane ze specjalnego materiału.

Pierwszy typ polega na zastosowaniu zdalnych lub wbudowanych czujników, a drugi - wykorzystuje właściwości różnych materiałów do zmiany ich parametrów, gdy zmieniają się charakterystyki sieci elektrycznej. Oznacza to, że sterowanie odbywa się w sposób kontaktowy lub bezkontaktowy. Ale pomimo zasadniczych różnic istota działania termostatów jest taka sama. Rejestrując zmianę temperatury, urządzenie łamie lub łączy jednostki sprzętu lub sprzętu do niego podłączonego w trybie automatycznym.

Dzięki ich zastosowaniu temperatura powietrza, wody, powierzchni różnych urządzeń i radioelementów ma stałą wartość.

Każde środowisko ma swoje własne rozmieszczenie urządzeń. Jego dokładność odpowiedzi zależy nie tylko od jakości samego regulatora, ale także od prawidłowego umieszczenia.

Termostaty dostępne są w różnych typach. Można je sklasyfikować według następujących kryteriów:

1. Po wcześniejszym umówieniu. Dzielą się na wewnętrzne i zewnętrzne.
2. Metoda instalacji. Istnieją niezależne termostaty, które można umieścić na dowolnej powierzchni i umieścić tylko wewnątrz urządzenia.
3. Funkcjonalność. Termostaty mogą rejestrować tylko jeden lub kilka sygnałów jednocześnie. W tym przypadku drugi typ nazywa się wielokanałowym. Mogą utrzymywać wartość temperatury zarówno na kilku urządzeniach jednocześnie, wykorzystując niezależne kanały, jak i tylko na jednym.
4. Metoda ustawiania. Sterowanie trybami pracy i regulacja urządzenia może być mechaniczna, elektroniczna lub elektromechaniczna.
5. Histereza. W termostatach rozumie się przez to wartość temperatury, przy której sygnał zmienia się na znak przeciwny, a także zjawisko opóźnień w przełączaniu sygnału w zależności od: wielkość wpływu. To on umożliwia zmniejszenie częstotliwości przełączania, na przykład, gdy wzrasta temperatura w nagrzewnicy. Należy jednak rozumieć, że duża wartość histerezy prowadzi do skoku temperatury.
6. Rodzaj czujników temperatury. Czujniki podłączone do termostatów mogą działać stykowo i bezdotykowo. Na przykład wykorzystując w swojej pracy promieniowanie podczerwone lub właściwość bimetalicznej płyty.

Parametry urządzenia

Jak każdy sprzęt, regulatory temperatury charakteryzują się zestawem parametrów. Od nich zależy przede wszystkim dokładność odpowiedzi urządzenia. Cechy te zależą nie tylko od jakości elementów użytych do budowy obwodu termostatu, ale także od wykonania układu, co pozwala uniknąć wpływu czynników zewnętrznych. Główne cechy to:

1. Czas przełączania. Zależy od schematu implementacji sterownika i sposobu montażu czujnika, który określa jego bezwładność.
2. Regulowany zakres. Ustawia wartości graniczne reżimu temperatury, w którym urządzenie może pracować.
3. Napięcie zasilania. Jest to wartość napięcia roboczego wymagana do normalnej pracy urządzenia.
4. Obciążenie czynne. Pokazuje, jaką maksymalną moc może kontrolować regulator temperatury.
5. Klasa ochrony. Charakteryzuje bezpieczeństwo urządzenia. Oznaczony zgodnie z międzynarodową klasyfikacją bezpieczeństwa elektrycznego.
6. System alarmowy. W regulatorze można zastosować sygnalizator LED lub wyświetlacz ciekłokrystaliczny. Skupiając się na nim, użytkownik od razu widzi, w jakim trybie pracuje urządzenie sterujące.
7. Temperatura pracy. Wskazuje zakres, w którym zapewnione jest prawidłowe działanie termostatu.
8. Typ czujnika termicznego. Jako element czujnikowy pełni funkcję wskaźnika temperatury, przesyłając dane do sterownika. Takie czujniki temperatury do włączania i wyłączania urządzenia są różnego rodzaju i konstrukcji, a także różnią się sposobem transmisji danych.

Ponadto do cech jakościowych urządzenia należą: łatwość obsługi, wymiary, dodatkowe funkcje, ogólny wygląd.

Dlatego montując termostat własnymi rękami, aby uzyskać gotowy wygląd urządzenia, warto przemyśleć nie tylko schemat urządzenia, ale także obudowę, w której będzie się znajdował.

Zasada działania

Ogólnie rzecz biorąc, termostat można przedstawić w postaci schematu blokowego składającego się z czujnika temperatury, jednostki przetwarzającej i mechanizmu regulacyjnego. Działanie mechanicznego przekaźnika termicznego opiera się na: zdolność płyty bimetalicznej do zmiany kształtu w zależności od temperatury. Do jego produkcji wykorzystywane są dwa materiały, sztywno ze sobą połączone o różnych współczynnikach rozszerzalności temperaturowej.

Kiedy taka płyta jest podgrzewana, wygina się. To właśnie ta właściwość jest wykorzystywana w produkcji przekaźników termicznych. Podczas deformacji płyta zamyka lub otwiera grupę styków, w wyniku czego styk elektryczny zostaje przerwany lub przywrócony. Taki przekaźnik można zastosować zarówno w obwodach prądu przemiennego, jak i stałego, a wybór temperatury granicznej w nich ustawiany jest zwykle za pomocą regulatora mechanicznego.

Ponadto istnieją przekaźniki półprzewodnikowe (elektroniczne). W ich konstrukcji nie ma ruchomych i mechanicznych części, ale zastosowano obwód elektroniczny, który oblicza zmiany temperatury.

Głównymi elementami takich urządzeń są termistor i mikroprocesor. W pierwszym parametry elektryczne zmieniają się wraz ze zmianami temperatury, a drugi przetwarza i w zależności od zaprogramowanego algorytmu komutuje grupy styków.

Obwody regulatora

Ze względu na złożoność konfiguracji przekaźnika mechanicznego jego niezależna produkcja jest prawie niemożliwa, dlatego radioamatorzy wytwarzają regulatory półprzewodnikowe. Do tej pory znana jest duża liczba obwodów przekaźników termicznych różnych klas. Tak więc wybór odpowiedniego do ewentualnej powtórki nie będzie trudny.

Ale zanim zaczniesz tworzyć własny termostat, musisz przygotować szereg narzędzi i materiałów. W tym celu oprócz obwodu elektrycznego i niezbędnych zgodnie z nim elementów radiowych będziesz potrzebować:

1. Lutownica lub w przypadku stosowania złożonych mikrokontrolerów stacja lutownicza.
2. Jednostronna folia z włókna szklanego. Jeżeli obwód elektryczny zawiera dużą liczbę radioelementów i należy do grupy o średniej lub dużej złożoności, to nie jest możliwe wykonanie go przez wiszącą instalację. Dlatego stosuje się laminat z włókna szklanego, na którym obwód drukowany przyszłego przekaźnika termicznego jest nakładany dogodną metodą, na przykład lazurem lub fotolitografią.
3. Multimetr. Niezbędne jest skonfigurowanie działania urządzenia oraz sprawdzenie poprawności montażu radioelementów.
4. Wiertarka mini. Za jego pomocą wykonuje się otwory, w których instalowane są elementy radiowe.
5. Materiały robocze. Należą do nich: topnik, lut, roztwór alkoholu, taśma elektryczna lub rurki termokurczliwe.

Kolejność produkcji jest następująca. W pierwszym etapie wybierany jest obwód i jego opis, badana jest dostępność radioelementów. Jednocześnie nie zapominaj, że prawie każdy komponent radiowy ma odpowiednik. Następnie powstaje obwód drukowany, na którym jest już płytka. Do płytki przylutowane są elementy radiowe, gniazda komutacyjne oraz przewody. Gdy wszystko jest gotowe, przeprowadzany jest test i, jeśli to konieczne, praca jest dostosowywana.

Proste urządzenia

Najprostsze urządzenie reagujące na zmiany temperatury można złożyć z kilku rezystancji i zintegrowanego wzmacniacza. Zastosowane rezystory to dwa półramiona, które tworzą część pomiarową i referencyjną obwodu. Termistor jest używany jako R2, czyli rezystor, którego rezystancja zmienia się w zależności od działającej na niego temperatury.

Wzmacniacz zintegrowany LM393 pracuje w trybie komparatora, czyli porównuje dwa sygnały pobrane z R1-R2 i R3-R4. Gdy tylko poziom sygnału na dwóch wejściach mikroukładu jest równy, LM393 przełącza obciążenie na sieć. Jako obciążenie może służyć wentylator. Gdy tylko wentylator ochłodzi sterowane urządzenie, poziom sygnału na drugim i trzecim wejściu komparatora zacznie się ponownie różnić. Urządzenie ponownie przełączy swoje wyjścia i zasilanie zostanie odłączone od obciążenia.

Prosty obwód można również zmontować na tyrystorze. Jako obciążenie można użyć grzejnika, którego temperaturę będzie regulował domowy termostat.

Ten obwód może być używany w inkubatorze lub akwarium.

Układ opiera się również na zdolności komparatora do porównywania poziomów napięć na jego wejściach i, w zależności od tego, otwierania swoich wyjść. Przy tym samym sygnale prąd nie przepływa przez tranzystor VT1, co oznacza, że ​​wyjście sterujące tyrystora VS1 jest na niskim poziomie i jest zamknięte. Pojawiające się napięcie na rezystancji R8 prowadzi do jej otwarcia. Obwód zasilany jest przez diodę VD2 i R10. Do stabilizacji zasilania służy dioda Zenera VD1. Lista i wartości elementów podane są w tabeli:

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

Przekaźnik termiczny na mikrokontrolerze

Po zmontowaniu takiego termostatu można go używać w połączeniu z systemem grzewczym, na przykład w połączeniu z kotłem. Konstrukcja oparta jest na mikroukładzie DS1621, który łączy termometr i termostat. Jego cyfrowe wejścia / wyjścia zapewniają dokładność ± 0,5 ° C.

Gdy DS1621 jest używany jako termostat, jego wewnętrzna nieulotna pamięć (EEPROM) przechowuje dane o temperaturze, która musi być utrzymywana. A także punkty kontrolne, po osiągnięciu których temperatura wzrasta lub spada. Różnica między nimi tworzy histerezę, podczas gdy na trzecim styku mikroukładu powstaje logiczna jedynka lub zero.

Dane są wprowadzane do mikroukładu za pomocą mikrokontrolera opartego na ATTINY2313. Urządzenie może utrzymywać temperaturę od 10 do 40 stopni. Termoelement kotła sterowany jest tyrystorem. Przycisk S1 włącza i wyłącza termometr. A przyciski S2 i S3 ustawiają temperaturę. Dioda HL1 LED sygnalizuje sprawność urządzenia. Gdy termopara kotła nagrzewa się, miga. TAJWAN 110-230V 6-0-6V 150TA służy jako transformator.

Podczas programowania we Właściwościach wybierz: wewn. RC Osc. 4 MHz; Czas rozruchu: 14 CK + 0 ms; [CKSEL = 0010 SUT = 00] i Wykrywanie Brown-out wyłączone; [B0DLEVEL = 111] zaznacz pole, aby włączyć pobieranie programu szeregowego (SPI); [SPIEŃ = 0]. A także zwróć uwagę na bezpieczniki: SUT1, SPIEN, SUTO, CKSEL3, CKSEL2, CKSELO. Prawidłowo zmontowane urządzenie działa natychmiast i nie wymaga regulacji.