Как сделать термореле своими руками
Простой терморегулятор своими руками
Огромное количество электрических приборов, используемых в быту и промышленности, основывают свою работу на определении уровня температуры окружающей среды. Измерительный элемент в них представляет собой датчик температуры, срабатывающий при нагревании или охлаждении до установленного уровня. Их можно приобрести в большинстве магазинов, ими комплектуются духовки, контроллеры и прочие устройства, но гораздо интереснее изготовить терморегулятор своими руками.
Пример простого терморегулятора
Далее мы рассмотрим принцип действия и варианты изготовления такой самоделки.
Немного теории
Любой терморегулятор конструктивно включает в себя три основных блока:
Теоретически температурный датчик можно представить набором из четырех сопротивлений, среди которых три резистора будут представлены элементами с постоянными электрическими параметрами, а четвертый переменным. Они собираются в схему измерительного полуплеча, приведенную на рисунке 1 ниже:
Рис. 1. Датчик из полуплеча резисторов
На схеме показан принцип соединения резисторов для получения температурного датчика. Как видите, сопротивление R2 является переменным и меняет физическую величину в соответствии с изменениями температуры окружающей среды. При подаче одного и того напряжения питания в терморегуляторе, при изменении сопротивления в плече будет возрастать ток в цепи.
На основании изменений происходит анализ температурных колебаний в результате которого рабочий орган вызывает срабатывание терморегулятора и последующее отключение или включение оборудования.
Для измерения сопротивления резисторов в качестве логического элемента устанавливается микросхема, работающая в режиме компаратора. Ее задача сравнить электрические сигналы в двух плечах. Пример схемы регулятора температуры приведен на рисунке:
Рис. 2. Принципиальная схема терморегулятора
Здесь блок микросхемы U1A принимает сигналы от измерителя температуры на входы 2 и 3. При достижении температуры срабатывания, в плечах начнет протекать разный ток, и компаратор выдаст на управляющий элемент электронного терморегулятора сигнал о включении.
При остывании датчика термометра ток в плечах терморегулятора уравняется, и электронный блок выдаст управляющий сигнал на отключение. Приведенная электронная схема работает в двух устойчивых состояниях – отключенном и включенном, чередование рабочих режимов происходит в соответствии с заданной логикой.
Эта схема терморегулятора используется в работе куллера персонального компьютера, получая электроснабжение от блока питания, происходит сравнение тока в плечах. Когда блок питания перегреется, терморегулятор переведет транзистор в противоположное состояние и вентилятор запустится.
Такой принцип может применяться не только в вентиляторах, но и в ряде других устройств:
Сфера применения терморегулятора ничем не ограничена, везде, где вы хотите получить контроль уровня температуры в автоматическом режиме с управлением питания, такое устройство станет отличным помощником.
Обзор схем
В зависимости от типа элементов, входящих в состав терморегулятора, различают механические и цифровые терморегуляторы. Работа первых основана на срабатывании реле, вторые имеют электронный блок, управляющий процессами. Примеры работы нескольких схем рассмотрим далее.
Рис. 3. Схема терморегулятора №1
На приведенной схеме измерение происходит за счет резисторов R1 и R2, при температурных колебаниях переменный резистор R2 изменит величину падения напряжения. После чего через усилитель терморегулятора, представленный парой транзисторов, начнется протекание электротока через катушку реле K1.
Когда величина тока в соленоиде создаст магнитный поток достаточной силы, сердечник притянется и переключит контакты в другое положение. Недостатком такого терморегулятора является наличие магнитопроводящих частей, которые из-за гистерезиса вносят дополнительную поправку на температуру помимо измерительного органа.
Рис. 4. Схема терморегулятора №2
Данный терморегулятор, в отличии от механического термостата, не использует подключение реле, поэтому является более точным. Его применение оправдано в тех ситуациях, когда несколько градусов могут сыграть весомую роль, к примеру, при контроле температуры нагрева двигателя или в инкубаторе.
Здесь изменение температурного режима фиксируется резистором R5, благодаря которому терморегулятор изменяет электрические параметры работы. Для сравнения и усиления разницы поступающего с полуплеч электрического параметра применяется микросхема К140УД7.
Для контроля нагрузки в схеме устанавливается тиристор VS1, в данном примере терморегулятора ограничение составляет 150Вт, но при желании может подбираться и другой параметр. Но следует учитывать, что эксплуатация тиристора в качестве ключа приводит к его нагреванию, поэтому с увеличением мощности необходимо установить радиатор для лучшей теплоотдачи.
Создаем простой терморегулятор
При ремонте бытовой электротехники вы могли сталкиваться с ситуацией, когда со строя выходил терморегулятор. Хоть это и небольшая микросхема, устанавливаемая для контроля величины нагрева или охлаждения чего-либо.
Увы, стоимость такого элемента заводского изготовления довольно высока, поэтому куда выгоднее собрать терморегулятор самому. Схема достаточно простого самодельного терморегулятора приведена на рисунке ниже.
Рис. 5. Схема простейшего терморегулятора
Для его изготовления вам понадобится:
Процесс изготовления состоит из таких этапов:
В данном случае клеммник взят со старого прибора, располагавшегося в корпусе.
После сборки терморегулятора его можно установить в любое место, к примеру, для обогрева и подключить в цепь питания электрического котла. В случае, когда радиаторы отопления нагреют помещение до установленной температуры, контакты реле разорвут цепь и прекратят электроснабжение. При остывании цифрового термометра, снова произойдет включение отопления и снова пойдет нагрев. Если вас не устраивает температурный режим, его можно изменить настройкой датчика.
Видео по теме
Терморегулятор для электрического обогревателя
Предлагается рассмотреть вариант изготовления регулятора температуры для инфракрасного комнатного обогревателя. Прибор имеет простую и надежную конструкцию, электробезопасное исполнение, собран из доступных деталей.
Для создания комфортных условий при ночевке в летнем домике, при нашей переменчивой и часто прохладной погоде, был приобретен инфракрасный обогреватель BALLU. Этот бытовой электронагревательный прибор имеет суммарную мощность 1,5 кВт и рассчитан на площадь обогрева в 25 кв.м.
В конструкции расположены три одинаковых нагревательных элемента мощностью 0,5 кВт, заключённые в стеклянных трубках из кварцевого стекла. Прибор компактный и безопасный, имеет возможность ступенчатого регулирования отдаваемой мощности, за счет выбора количества включенных нагревательных элементов.
Преимущество этого обогревателя в том, что в отличие от нагревателей конвективного отопления, инфракрасное излучение в первую очередь нагревает тела, предметы и стены помещения, от которых затем нагревается окружающий воздух. Это позволяет при включении, быстро почувствовать тепло и комфорт, а за счет прохладного воздуха создается эффект свежести в комнате.
Но обнаружился и недостаток в конструкции приобретенного прибора. Это отсутствие возможности поддержания установленной температуры в помещении. А появилась проблема, будем ее решать.
Постановка задачи
Необходим терморегулятор, способный поддерживать заданную комфортную температуру в комнате, а также экономить электроэнергию.
Обеспечить электробезопасность изготовленного устройства и обогревателя в целом.
Использовать простую и надежную схему устройства, ее настройку и работу.
Схема устройства
Изготовим терморегулятор для инфракрасного обогревателя, по приведенной ниже схеме.
Для сравнения напряжений, в диагональ моста включен компаратор на операционном усилителе DА1. На прямой вход компаратора (выв.3) поступает напряжение с первого зависимого от температуры делителя, а на его инверсный вход (выв.2) напряжение со второго делителя.
Заданную температуру установим переменным сопротивлением R4. Он изменяет опорное напряжение на инверсном входе ОУ, таким образом, устанавливая точку равновесия (баланса) измерительного моста. Точка баланса наступает при той температуре, которую необходимо поддерживать.
Датчиком температуры R2 служит полупроводниковый терморезистор ММТ-4 с номинальным сопротивлением 68 кОм. Возможно использование аналогичных терморезисторов другого номинала сопротивления, в пределах 10 … 100 кОм. Но при этом сопротивление резистора R1 должно быть равно номинальному сопротивлению R2. Терморезистор оптимально расположить на высоте около метра от пола в помещении, в котором установлен нагреватель.
Операционный усилитель DА1 КР140УД608 возможно заменить другим операционным усилителем общего назначения. Например, КР140УД708, К140УД6, К140УД7 или аналогичным импортным.
Транзистор КТ315 заменим п-р-п транзистором малой или средней мощности.
Питается микросхема DA1 от выпрямителя на диодах VD2, VD3 сборки КД205Д, стабилизатора напряжения на стабилитроне VD1 Д814Д (12v) и конденсаторе С3. Потребление схемы управления на микросхеме DA1 составляет 8…10 mA, а потребление прибора от сети в дежурном режиме – не более 20 mA. Прибор позволяет управлять нагрузкой мощностью до 2 кВт.
В связи с тем, что прибор работает от сети 230 вольт, в целях электробезопасности, требуется полностью исключить гальваническую связь схемы управления прибора от сети. Для этого, нагреватели терморегулятора включаются с помощью оптронных тиристоров U1, U2, а цепь питания схемы управления отделена от силовой сети разделительным трансформатором Tr1.
1. Комплектация устройства.
Комплектуем устройство радиокомпонентами согласно схеме.
2. Изготовление блока питания для схемы управления терморегулятора
Так как для питания схемы управления требуется небольшой ток (до 20 mA), то этот блок питания можно построить по комбинированной схеме. Погасим излишнее напряжение с помощью конденсатора К73-17 0,33мкф х 500в (как вариант – см. схему, два последовательно соединенных конденсатора С5 и С6 по 0,68мкф х 250в). Затем включим небольшой разделительный понижающий трансформатор на входное напряжение 30…40 / 15В (например, от старого радиоприемника или абонентского динамика). Достаточно трансформатора мощностью 100 мвт.
Устанавливаем трансформатор на вырезанную из фольгированного текстолита плату. Рядом припаиваем гасящие конденсаторы, резистор для их разряда после отключения, диоды, подключаем выводы обмоток трансформатора. При наличии трансформатора со средней точкой во вторичной обмотке, диодный мост выпрямителя можно заменить на два диода в соответствии с приведенной выше схемой.
3. Изготовление блока включения нагревателей
Для включения нагревателей в изготовляемом терморегуляторе используем оптронный тиристор ТО125-12.5-4 фланцевого исполнения. Он предназначен для работы в цепях постоянного или переменного тока частотой до 500 Гц в различном электротехническом оборудовании. Охлаждение воздушное естественное или принудительное.
В данной конструкции терморегулятора, для работы на переменном токе, используются два тиристора соединенные по приведенной схеме.
На фланцы каждого тиристора закрепляем теплоотводящие радиаторы. Устанавливаем и закрепляем винтами тиристоры на общей пластмассовой плате, в заранее вырезанных окнах. Соединяем пайкой выводы согласно схеме. Следует помнить, что фланец тиристора является его анодом, следовательно радиатор будет под опасным напряжением.
5. Сборка и отладка схемы управления нагревателем
Собираем детали схемы управления на универсальной монтажной плате. Для контроля работы схемы, вместо (или дополнительно) светодиода оптотиристора включаем контрольный светодиод. Запитаем схему от стабилизированного источника питания напряжением 12В.
После установки (балансировки) моста переменным сопротивлением R4 на выбранную температуру, можно проследить за работой терморегулятора.
При нарушении баланса моста после уменьшении окружающей температуры срабатывает компаратор. Он переключится в состояние повышенного напряжения (около 10В) на выходе (выв.6 DA1), так как напряжение на прямом входе (выв.3), будет больше напряжения на инверсном входе (выв.2). Повышенное напряжение с выхода компаратора поступает на базу транзистора VT1. Транзистор открывается и контрольный светодиод зажигается. При добавлении в схему оптронных тиристоров U1 и U2, ток пойдет через их управляющие светодиоды. При этом оптотиристоры откроются и нагреватель включится.
6. Монтаж схемы управления нагревателем
Вырезаем плату для размещения деталей и монтажа схемы управления нагревателем.
7. Изготовление и сборка терморегулятора
Подбираем корпус для размещения деталей прибора. Как вариант, можно использовать для этого пластмассовую коробку размером 150 х 150 х 40 мм, ранее используемую под дискеты.
Собираем и проверяем работу схемы прибора в целом. Нагрузкой служит лампа мощностью 60 вт.
Регулятором температуры (переменным сопротивлением) установим заданную температуру. При температуре в помещении выше установленной, лампа не горит.
Терморегулятор своими руками
Для автоматического поддержания температурного режима можно создать терморегулятор своими руками. Качественная самоделка будет выполнять свои функции не хуже, чем фабричный аналог. После тщательного изучения процесса сборки модернизация и ремонт не вызовут затруднений.
Понятие о температурных регуляторах
Изделия этой категории применяют для решения разных задач. По соответствующей настройке температурного порога подают питание (отключают):
Из приведенных примеров понятны базовые требования к точности, которую должна обеспечить подходящая схема терморегулятора. В некоторых ситуациях необходимо поддержание заданного уровня не ниже, чем ±1C°. Для контроля рабочих параметров нужна оперативная индикация. Существенное значение имеют нагрузочные способности.
Перечисленные особенности поясняют назначение типовых функциональных узлов:
К сведению. Кроме рассмотренных частей, схема термореле может содержать дополнительные компоненты для подачи питания на электронагреватель, другую мощную нагрузку.
Принцип работы
Любая схема термостата действует на одинаковых принципах. Информация о температуре сравнивается с установленным значением. Пересечение определенного уровня активизирует исполнительное устройство для коррекции контролируемого параметра нужным образом.
Виды
В простейшем варианте (реле холодильника) применяют механический переключатель. Для более точной регулировки (обороты двигателя) используют не только микроэлектронику, но и специализированное программное обеспечение.
Терморегулятор на трех элементах
Чтобы сделать простой терморегулятор своими руками схема для блока питания персонального компьютера подходит лучше других вариантов.
Термистором измеряют температуру в контрольной точке. Потенциометром устанавливают оптимальное значение для включения вентилятора. Изменять обороты данная схема не способна. Подключает индуктивную нагрузку MOSFET транзистор. Допустимо применение аналога с подходящими силовыми характеристиками.
Терморегуляторы для котлов отопления
Регулятор температуры своими руками можно сделать в рамках проекта модернизации старого котла. Не имеет значения вид топлива, хотя проще обеспечить хороший результат с применением газового оборудования.
Цифровой терморегулятор
В этом примере разработчики создавали устройство поддержания температурного режима в хранилище фруктов (овощей). Для анализа поступающих данных выбрана микросхема со следующими блоками:
При соответствующем положении переключателей светодиодная матрица показывает актуальное значение температуры или контрольный уровень. Кнопками в пошаговом режиме устанавливают нужный порог срабатывания.
Самодельный регулятор температуры
Создать функциональный термостат своими руками не слишком сложно. Тем не менее, надо реалистично оценивать собственные возможности. Следующие инструкции помогут принять правильное решение.
Простейшая схема
Чтобы исключить лишние трудности, применяют схему с блоком питания без трансформатора. Для выпрямления питающего напряжения используют обычный диодный мост. Необходимый уровень постоянной составляющей поддерживают стабилитроном. Конденсатором устраняют броски.
Типовой делитель подойдет для контроля напряжения. В одном плече устанавливают резистор, который реагирует на изменение температуры. Для управления исполнительным устройством подойдет реле.
Прибор для помещения
Это устройство можно использовать для поддержания температурного режима в мини-теплице, другом ограниченном объеме. Основной элемент – микросхема операционного усилителя, которая включена в режиме сравнения напряжений. Точную и грубую настройку порога срабатывания выполняют с помощью резисторов R5 и R4, соответственно.
На микросхеме LM 311
Этот вариант предназначен для подключения электрических теплых полов, других мощных нагрузок. Следует обратить внимание на повышенную надежность изделия, которая обеспечена гальванической развязкой цепей со слабыми и сильными токами.
Необходимые материалы и инструменты
В некоторых ситуациях понадобятся навыки изготовления сложной печатной платы. Простейшие схемы собирают за несколько минут с применением паяльника и технологии навесного монтажа. До выполнения рабочих операций необходимо приобрести:
Список покупок составляют на основе выбранной электрической схемы. Для защиты устройства от неблагоприятных внешних воздействий и улучшения внешнего вида создают соответствующий корпус.
Достоинства и недостатки
Плюсы и минусы отдельных схем оценивают с учетом реальных условий эксплуатации. Иногда выгодно затратить время и деньги на стадии реализации идеи с целью продления срока службы готового изделия. Нет смысла создавать самоделку, если фабричный аналог с официальными гарантиями стоит дешевле.
Как грамотно установить
Чтобы продлить срок службы терморегулятора, пользуются следующими рекомендациями:
Как отремонтировать
Самодельный термодатчик своими руками восстановить нетрудно, так как известна технология проверки (настройки). Инструкции по ремонту фабричных изделий можно найти на официальном сайте производителя.