Как сделать термостат для водонагревателя
Термодатчик своими руками: типы, конструкции и принцип работы
Обустраивая свой загородный дом, наверное, каждый уважающий себя человек подумывал о том, как сделать термодатчик своими руками для бойлера или для котла отопления.
Ведь не всегда удобно вставать с нагретой постели и идти в котельную, чтобы отрегулировать температуру воды в системе или горячем водоснабжении для более комфортного мытья.
Тем более, что делать, если придется отъехать зимой на некоторое время, а оставлять котел без присмотра совсем не хочется.
Регулятор температуры вполне можно изготовить и самостоятельно, тем более, что вариантов схем предостаточно.
Типы термодатчиков и терморегуляторов для бойлеров и для котлов отопления
По своему конструктивному устройству и принципу действия термодатчики или, более подходяще, терморегуляторы для воды в бойлере или в системе отопления могут использоваться два основных типа устройств:
Также имеют место и комбинированные системы, но они довольно сложны в изготовлении, поэтому речь о них в дальнейшем не пойдет. Рассмотрим именно более ходовые устройства, которые встречаются чаще и привычнее рядовым пользователям.
Механические в свою очередь также можно подразделить на несколько разновидностей:
Принцип действия у обоих типов одинаков и заключается в температурном расширении газа, который находится во внутреннем контуре термостата.
Терморегулятор механический для котла
Активная часть, погруженная в воду или находящаяся в контролируемой среде, имеет увеличенный объем, чтобы в нем газ мог компенсаторно расширяться.
По специальному каналу он поступает в регулировочный механизм и давит на мембрану, которая в свою очередь давит на клапан регулирования потока воды.
Это в том случае, если речь идет о термостате.
Если речь идет о датчике температуры, то ответный механизм воздействует на стрелку, которая указывает показания на цилиндрическом циферблате.
Термостат включает механический индикатор, по которому можно видеть текущую температуру и прочие механизмы управления клапаном.
Терморегулятор механического типа в зависимости от предустановленных значений автоматически открывает и закрывает клапан подачи воды или подмеса холодной в контур, за счет чего и регулируется температура теплоносителя.
В бойлерах обычно стоят стержневого типа датчики и интегрированы вместе с ТЭНом, что удобно при выполнении ремонта. В системах отопления измерительная часть устанавливается на обратном патрубке и в любом другом месте, а термостат непосредственно перед насосом, что обеспечивает наиболее эффективную циркуляцию уже смешанной воды.
Благодаря гибкой медной трубке расстояние между активной частью и регулятором может быть до 1 м.
Электронный термодатчик
Электронные терморегуляторы имеют немного иной принцип регулирования температуры воды в системе отопления или в бойлере. Для контроля используется термодачтик, который может быть полупроводниковым, проволочным или платиновым.
Показания с него считываются контроллером или сформированный сигнал с него поступает на схему, которая в зависимости от температуры воды включает или отключает нагревательный элемент или циркуляционный насос.
Установка такого термормодатчика своими руками для воды может быть осуществлена в любом удобном месте, но недалеко от бойлера или котла, а точнее их активных компонентов. Для контроля температуры воды в нагревателе лучше применять датчики стержневого типа и устанавливать его на место бывшего реостата.
Если нагреватель воды самодельный, то место установки датчика выбирается исходя из удобства и корректности показаний. Лучшим вариантом будет размещение в центральной части емкости.
Что касается размещения термодатчика в системе отопления, то его следует монтировать на обратном контуре и крепить прямо к металлической трубе. Преимуществом электронных устройств является то, что можно размещать несколько датчиков и управлять температурой в разных помещениях и делать это более гибко, чем при использовании механических треморегуляторов.
Принцип работы бойлера накопительного типа
Горизонтальный накопительный водонагреватель
Существует несколько типов устройств бойлеров накопительного типа.
Но в любом случае они имеют похожий принцип работы.
В конструкции водонагревателя имеется преимущественно стальной бак, встречаются пластиковые и медные, в котором установлен нагревательный элемент – ТЭН, клапан забора воды, датчик температуры, выпускной клапан и прочее.
Вода попадает через впускной кран в емкость, где при достижении определенного уровня включается ТЭН и нагревает ее.
Нагревательный элемент запитывается через коммутатор, управляемый контроллером или электрической аналоговой схемой.
При включении ТЭНа на панели управления бойлером загорается сигнальная лампа. Кроме этого может присутствовать и дополнительная индикация, сигнализирующая об аварии, которая отключит нагреватель от сети при возникновении аварийной ситуации.
Но, как правило, это предусмотрено в более дорогих моделях нагревателей, в бюджетных кроме сигнальной лампы индикации нагрева и предохранителя ничего больше нет.
Установив электронный регулятор температуры воды в бойлере, можно не только осуществлять гибкое регулирование, но и обеспечить ряд защит и дополнительных функций.
Способы регулирования температуры воды в бойлере
Сегодня в продаже имеется большое количество готовых электронных устройств, позволяющих регулировать и контролировать температуру воды в бойлере. Их грубо можно разделить на два типа:
Первый тип может использоваться в системе умный дом, позволяя регулировать температуру воды в любом удобном месте и комнате. Благодаря их наличию вам не придется идти в котельную.
Контроллер может работать как по проводной, так и по радиочастотной связи, передавая команды управления на управляющий блок, а от туда принимать данные о текущем состоянии системы управления.
Такие устройства имеют пульт управления, дисплей, удобный дизайн исполнения и прочее. Но можно покупать и более дешевые терморегуляторы, изготовленные в корпусе для DIN-рейки и устанавливаемые в электрическом шкафу.
Изготовить термодатчик своими руками для воды контроллерного типа не составит особого труда. Существует достаточно большое количество готовых схем с исходниками программ управления для микропроцессоров, которые будут обеспечить заданную температуру воды, управлять ее набором в емкость, контролировать давление, течи и прочее.
Кроме этого, при помощи таких систем можно устанавливать график подогрева воды, что значительно упростит вашу жизнь. Но мы рассмотрим боле простые автоматы управления процессом нагрева воды, зарекомендовавшие себя с лучшей стороны годами активной эксплуатации.
Вариант схемы терморегулятора на аналоговой микросхеме LM235H
Рассматривая большое множество схем, в каждой можно найти некоторые недоработки и даже возможно ошибки. Представленное устройство лишено таких нюансов, как пробой по высокому напряжению через датчик вследствие чего, выгорание схемы и повреждение электрическим током хозяина бойлера.
Это реализовано путем гальванической развязки. Кроме этого схема лишена таких проблем, как искрение и дребезг контактов, потому что их вовсе в схеме нет.
Для построения действительно надежной и долговечной системы подогрева воды лучше выбирать схемы без механических контакторов.
Используя представленную схему, изготовить термодатчик своими руками для воды не так то и сложно, тем более, что все используемые компоненты в ней всегда имеются на радиорынке. А возможно, найдутся и у вас дома с каких-нибудь других бытовых приборов и техники.
Активным элементом, контролируемым температуры воды, является готовый термодатчик интегрального типа LM235Н. Преимуществом этой детали является то, что точность измерения составляет не менее 0,01В при изменении температуры воды всего на 1 градус Цельсия.
При осуществлении монтажа датчика на бойлере его рекомендуется соединять через экранированный кабель.
Температура воды в нагревателе устанавливается потенциометром R5, а аналоговая микросхема А1 управляет оптроном. Когда температура жидкости начнет падать после нагрева, на 3 выводе начнет расти напряжение, и когда оно будет равно предустановленному резистором R5, включится светодиод оптрона, тем самым открыв симмистор VS1, через который будет подано напряжение на ТЭН.
При достижении температуры воды заданного порога, а напряжения на 3 выводе А1 станет равным опорному, нагревательный элемент перестанет греть и так далее.
Для первого пуска схемы потребуется осуществить наладку автомата путем подстройки диапазона изменения напряжения регулирования с термодатчика, которое должно составлять не более 1,65В. Это осуществляется при помощи резистора R2. В качестве сетевого трансформатора может быть использован любой с вторичной обмоткой минимум на 12 В и мощностью не менее 20 Вт.
Возможные проблемы при регулировании температуры воды в бойлере
Регулировка температуры в бойлере
При регулировании температуры воды в бойлере могут происходить различного рода аварийные и даже опасные для жизни человека ситуации.
Например, важно не допустить включения ТЭНа, когда внутри емкости недостаточно жидкости.
Это может привести к выходу из строя нагревательного элемента и перегрева его изолятора на монтажном креплении.
Чтобы это избежать, необходимо предусмотреть дополнительную защиту.
Сделать это можно при помощи датчика уровня или давления воды в бойлере.
В первом случае лучше всего применить поплавковый тип с постоянным магнитом и герконом.
Но в тогда возникнут трудности с местом установки устройства. При монтаже датчика давления проблем с выбором места намного меньше, при желании его можно поместить непосредственно на выходе из емкости или на ее входе.
Второй проблемой при регулировании температуры воды в бойлере может стать возможный перегрев на случай выхода из строя симмистора. Контролировать перегрузку можно опять-таки с помощью второго датчика давления, настроенного на больший предел.
Или еще одного модуля контроля температуры, собранного по той же схеме, но настроенного на перегрев. Только в данном случае микросхемой К554СА3А можно управлять транзистором и промежуточным реле или вторым оптроном, который разомкнет цепь питания оптопары А3.
Принцип работы твердотопливного котла
Чтобы изготовить термодатчик своими руками для котла, необходимо разобраться с его принципом действия. Но учитывая то, что в таком нагревателе управлять интенсивностью пламени будет очень сложно, что сравнимо с системой управления двигателем внутреннего сгорания, лучшим вариантом будет именно управление потоком воды в контуре отопления.
Тем более, что для более интенсивного прогрева всей системы, как правило, уже имеется насос.
В данном случае управление температурой обеспечивается за счет включения и выключения двигателя, который прокачивает систему, что и обеспечивает ее нагрев. Вода нагревается в системе за счет водяной рубашки, которая охватывает всю топку и часть дымохода.
Способы регулирования температуры воды в системе отопления
Для управления насосом можно использовать ту же схему, что и при регулировании температуры воды в бойлере, потому как в ней уже предусмотрено управление малоомной нагрузкой. Так как двигатель имеет куда меньшую мощность, то управлять его циклами включения и выключения можно при помощи обычного реле с контактами на 220 В и током 0,5 А. Обычно потребляемая мощность бытовых помп составляет на более 100 Вт.
Для увеличения надежности и долговечности работы системы отопления можно дополнительно установить термодатчик своими руками на двигатель, чтобы контролировать его температуру и не допустить перегрев обмоток.
Также для обеспечения стабильности температуры внутри помещения при использовании твердотопливных котлов хорошей идеей будет использование в контуре отопления трехходовых клапанов с термостатами. Насос будет прокачивать систему, а термостат при необходимости добавлять в горячий контур холодной воды с целью достижения заданных температурных режимов на радиаторах.
Как управлять потоком воды в системе отопления понятно, но вот как самостоятельно изготовить термостат для управления температурой на каждом из радиаторов, то здесь не стоит мудрить. Легче и дешевле использовать готовые устройства, монтируемые прямо на отопители.
Конечно, можно пойти другим путем, например, если в доме обустроена система подогрева пола. Управлять потоком воды можно путем электромагнитных клапанов, которые будут коммутироваться контроллером или автоматическим устройством.
Механические устройства для регулирования температуры котла отопления
Механический термостат представляет собой универсальный прибор, который позволяет достаточно гибко регулировать температуру на конкретном отопительном приборе. Поэтому установка термодатчика своими руками осуществляется непосредственно на входе радиатора или целого контура.
Современные модели термостатов имеют достаточно большие пределы регулирования температуры воды в системе вплоть до 82 0 С. Но такие режимы обычно не используются и самым оптимальным в наших широтах является порог на пределе 65 0 С.
Механические таймеры для котла отопления
Имея в своем распоряжении котел отопления, будет вселенским грехом не оснастить его автоматическими регулирующими устройствами. Если нет желания и умения делать электронные аппараты, можно приобрести готовый механический таймер.
С его помощью можно контролировать и устанавливать нужную температуру, но в данном случае речь идет об электрическом котле с ТЭНом или нагревателем индукционного типа.
Установка электронного термодатчика для котла отопления
Для управления системой отопления в частном доме можно использовать не только стационарные устройства, устанавливаемые непосредственно на отопителях. Сегодня в продаже имеется большое количество готовых электронных контроллерных систем с выносным пультом управления, который можно установить в любом удобном месте.
Сигнал с ПУ посредством проводной связи или радиочастотного канала передается на командный пункт, который, в свою очередь, управляет каждым контуром, общим насосом и другими устройствами в системе отопления.
Вопрос отопления и создания наиболее благоприятного микроклимата внутри помещения всегда стоял на первом месте, поэтому стоит отнестись к нему с высокой серьезностью и ответственностью.
Но при этом нет причины для расстройства, если не хватает денег для покупки готовых терморегулирующих устройств, потому что термодатчик для воды в бойлере можно изготовить своими руками.
О том, как подключить термостат к газовому котлу, представлено на видео:
Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить нам.
Терморегулятор водонагревателя
Автоматическое управление подачей теплоносителя используется во многих технологических процессах, в том числе и для бытовых отопительных систем. Фактором определяющим действие терморегулятора, является наружная температура, значение которой анализируется и при достижении установленного предела, расход сокращается либо увеличивается.
Терморегуляторы бывают различного исполнения и сегодня в продаже достаточно много промышленных версий, работающих по различному принципу и предназначенных для использования в разных областях. Также доступны и простейшие электронные схемы, собрать которые может любой, при наличии соответствующих познаний в электронике.
Описание
Терморегулятор представляет собой устройство, устанавливаемое в системах энергоснабжения и позволяющее оптимизировать затраты энергии на обогрев. Основные элементы терморегулятора:
Современный терморегулятор – это микросхема на основе диодов, триодов или стабилитрона, могущих преобразовывать энергию тепла в электрическую. Как в промышленном, так и самодельном варианте, это единый блок, к которому подключается термопара, выносная или располагаемая здесь же. Терморегулятор включается последовательно в электрическую цепь питания исполняющего органа, таким образом, уменьшая или увеличивая значение питающего напряжения.
Общее понятие о температурных регуляторах
Приборы, фиксирующие и одновременно регулирующие заданное температурное значение, в большей степени встречаются на производстве. Но и в быту они также нашли своё место. Для поддержания необходимого микроклимата в доме часто используются терморегуляторы для воды. Своими руками делают такие аппараты для сушки овощей или отопления инкубатора. Где угодно может найти своё место подобная система.
В данном видео узнаем что из себя представляет регулятор температуры:
В действительности большинство терморегуляторов являются лишь частью общей схемы, которая состоит из таких составляющих:
Это три основные части системы поддержания заданных температурных параметров. Хотя, помимо них, в схеме могут участвовать и другие части наподобие промежуточного реле. Но они исполняют лишь дополнительную функцию.
Принцип работы
Датчик температуры подает электрические импульсы, величина тока которых зависит от уровня температуры. Заложенное соотношение этих величин позволяет устройству очень точно определить температурный порог и принять решение, например, на сколько градусов должна быть открыта заслонка подачи воздуха в твердотопливный котел, либо открыта задвижка подачи горячей воды. Суть работы терморегулятора заключается в преобразовании одной величины в другую и соотнесении результата с уровнем силы тока.
Простые самодельные регуляторы, как правило, имеют механическое управление в виде резистора, передвигая который, пользователь устанавливает необходимый температурный порог срабатывания, то есть, указывая, при какой наружной температуре необходимо будет увеличить подачу. Имеющие более расширенный функционал, промышленные приборы, могут программироваться на более широкие пределы, при помощи контроллера, в зависимости от различных диапазонов температуры. У них отсутствуют механические элементы управления, что способствует долгой работе.
Схема работы простого терморегулятора
Терморегулятор для погреба
Обычно для поддержания заданной температуры используются схемы на основе реле. Основными элементами, входящими в данное оборудование, являются:
В качестве датчика можно использовать полупроводниковые элементы, термисторы, термометры сопротивления, термопары и биметаллические термореле.
Схема терморегулятор реагирует на превышения параметра над заданным уровнем и включает исполнительное устройство. Самым простым вариантом такого прибора является элемент на биполярных транзисторах. Термореле выполнено на основе триггера Шмидта. В роли датчика температуры выступает терморезистор – элемент, сопротивление которого изменяется в зависимости от повышения или понижения градусов.
R1 – это потенциометр, который устанавливает начальное смещение на терморезисторе R2 и потенциометре R3. За счет регулировки происходит срабатывание исполнительного устройства и коммутации реле K1, когда сопротивление терморезистора изменяется. При этом рабочее напряжение реле должно соответствовать рабочему питанию оборудования. Чтобы защитить выходной транзистор от импульсов напряжения, параллельно подсоединен полупроводниковый диод. Величина нагрузки подключаемого элемента зависит от максимального тока электромагнитного реле.
Схема работы терморегулятора
Внимание! В интернете можно увидеть картинки с чертежами термостата для разного оборудования. Но довольно часто изображение и описание не соответствуют друг другу. Иногда на рисунках могут быть представлены просто другие устройства. Поэтому изготовление можно начинать только после тщательного изучения всей информации.
Перед началом работ следует определиться с мощностью будущего терморегулятора и температурным диапазоном, в котором предстоит ему работать. Для холодильника потребуются одни элементы, а для отопления –другие.
Схемы авторегуляторов
В настоящее время, у любителей самодельной электроники, популярностью пользуются две схемы автоматического управления:
Необходимые материалы и инструменты
Сборка самостоятельно не займет много времени, однако обязательно потребуются некоторые знания в области электроники и электротехники, а также опыт работы с паяльником. Для работы необходимо следующее:
Пошаговое руководство
Область применения самодельных терморегуляторов
В быту, применение терморегулятора встречается чаще всего у дачников, эксплуатирующих самодельные инкубаторы и как показывает практика, они не менее эффективны, чем заводские модели. По сути, использовать такое устройство можно везде, где необходимо произвести какие-то действия зависящие от показаний температуры. Аналогично можно оснастить автоматикой систему опрыскивания газона или полива, выдвижения светозащитных конструкций или просто звуковую, либо световую сигнализацию, предупреждающую о чем-либо.
Ремонт своими руками
Собранные собственноручно, эти приборы служат достаточно долго, однако существует несколько стандартных ситуаций, когда может потребоваться ремонт:
Инструкция по сборке
Необходимые материалы, детали и инструменты:
Пошаговая инструкция:
Сборка цифрового прибора:
Взамен обозначенных микросхемы К140УД6 можно использовать К140УД7, К140УД8, К140УД12, К153УД2. В роли стабилитрона VD1 можно внедрять любой инструмент с мощностью стабилизации 11…13 V.
В случае, когда нагреватель превышает напряжение в 100 ВТ, тогда диоды VD3-VD6 обязаны превосходить по мощности (к примеру, КД246 или их аналоги, с обратной мощностью минимум в 400В), при этом тринистор необходимо монтировать на маленькие радиаторы.
Значение FU1 также следует сделать более большим. Управление аппаратом сводится к подбору резистора R2, R6 с целью безопасного закрывания и открывания тринистора.
Преимущества и недостатки
Несомненно, использование автоматического регулирования, уже само по себе является преимуществом, так как потребитель энергии получает такие возможности:
Автоматическое управление нашло особенно большое применение в системах отопления многоквартирных домов. Оборудуемые терморегуляторами вводные задвижки автоматически управляют подачей теплоносителя, благодаря чему жители получают значительно меньшие счета.
Недостатком такого прибора можно считать его стоимость, что впрочем, не относится к тем, что изготовлены своими руками. Дорогостоящими являются только устройства промышленного исполнения, предназначенные для регулирования подачи жидких и газообразных сред, так как исполнительный механизм включает в себя специальный двигатель и другую запорную арматуру.
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.
Советы и рекомендации
Хотя сам прибор достаточно нетребователен к условиям эксплуатации, точность реагирования зависит от качества первичного сигнала и особенно это касается автоматики работающей в условиях повышенной влажности или контактирующей с агрессивными средами. Термодатчики в таких случаях, не должны контактировать с теплоносителем напрямую.
Выводы закладываются в гильзу из латуни, и герметично запаиваются эпоксидным клеем. Оставить на поверхности можно торец терморезистора, что будет способствовать большей чувствительности.