Содержание

пошаговая инструкция изготовления самодельного устройства

Приведенная ниже схема является развитием темы . В данном случае добавляются термочувствительный и нагревательный элементы благодаря которым и поддерживается требуемая температура. Включая-отключая нагрузку, которой служит электронагреватель, терморегулятор регулирует температуру микросреды инкубатора, аквариума или другого замкнутого пространства.

Схема терморегулятора

  • R1 – 10 кОм;
  • R2 – 22 кОм;
  • R3 – 100 кОм;
  • R4 – 6,8 кОм;
  • R5 – 1 кОм;
  • R6 – 6,8 кОм;
  • R7 – 470 Ом;
  • R8 – 51 Ом;
  • R9 – 5,1 кОм;
  • R10 – 27 кОм 2Вт ;
  • С1 – 0,33 мкФ;
  • DA1 – КР140УД6;
  • VT1 – КТ117;
  • VD1 – КС212Ж;
  • VD2 – КД105;
  • VS1 – КУ208Г.

Принцип работы терморегулятора

Итак, рассмотрим как работает схема терморегулятора для инкубатора своими руками: основой данного устройства является операционный усилитель DA1, работающий в режиме компаратора напряжений.

На один вход подается изменяющееся напряжение с терморезистора R2, а на второй, задаваемое переменным резистором R5 и подстроечным R4. Для точной и грубой регулировки. В зависимости от области применения, подстроечный резистор можно и исключить.
При равенстве входных напряжений транзистор VT1, управляемый выходом компаратор – закрыт, на управляющем электроде VS1 ноль, а значит закрыт и симистор. При изменении температуры меняется сопротивление R2, а на разницу напряжений на входах компаратор отреагирует подачей открывающего сигнала на VT1. Появившееся на R8 напряжение откроет тиристор, пустив через нагрузку ток. Когда напряжения на входах операционного усилителя выравняются, он отключит нагрузку.
Питание управляющего каскада осуществляется через выпрямительный диод VD2 и гасящее сопротивление R10. При его сверхмалом потреблении тока – это вполне допустимо, как и использование для стабилизации питающего напряжения всего одного стабилитрона VD1. К тому же, управляющие цепи запитываются через нагрузку, на которой тоже происходит падение напряжения, особенно в нагретом состоянии.

Замены деталей

Обратите внимание на мощность резистора R10 — 2Вт, так же этот резистор должен выдерживать мгновенное напряжение 400В, если такой резистор не удается найти, его можно заменить несколькими последовательно включенными резисторами на меньшую мощность и напряжение.
В качестве стабилитрона VD1 можно установить BZX30C12 или любой другой стабилитрон на 12В близкий по параметрам.
Вместо VD2 можно поставить диод с обратным напряжением не менее 400В и током не менее 0,3А: например из серии
На место DA1 можно установить практически любой операционный усилитель, главное чтобы он работал в диапазоне питающих напряжений 10..15В.

А вот однопереходный транзистор КТ117 (VT1) не такой общераспространенный компонент электронных схем (зарубежные однопереходные транзисторы: 2N6027, 2N6028), зато его можно заменить схемой из двух биполярных транзисторов разной структуры и одного резистора 47 кОм. В схеме используются распространенные КТ315 и КТ361, но вполне могут использоваться и другие маломощные комплиментарные биполярные транзисторы.


Области применения терморегулятора

В основном, данное устройство применялось для термостабилизации птичьих инкубаторов. Где в роли тэнов выступали маломощные электрические лампочки по 60 Вт, соединенные параллельно по 4, 6 и 8 штук, в зависимости от размеров инкубатора и количества инкубируемых яиц.

Как монтировать обогреватель для инкубатора

  • лампы должны быть равномерно расположены над поверхностью яиц, на расстоянии 25-30 см от их поверхности;
  • терморезистор должен находиться как можно ближе к поверхности яиц, но не касаться их;
  • использовать вместо лампочек можно и другие нагреватели, но с малой теплоемкостью, к примеру, вольфрамовую проволоку, натянутую на керамическую рамку в форме тетраэдра.

Обогреватель для аквариума

Реже, такой терморегулятор применялся для поддержания заданной температуры в аквариумах с тропическими рыбками. Такая необходимость возникала из-за того, что большинство, выпускаемых для этих целей термообогревателей, имеет механический терморегулятор объединенный с тэном в одном корпусе. А следовательно, они поддерживают в заданных пределах свою, а не окружающую температуру. Это хорошо работает только в помещениях со стабильной, в пределах одного-двух градусов, своей температурой воздуха.

Особенности монтажа

  • из-за инертности воды, датчик и обогреватель должны быть разнесены, но в пределах прямой видимости (без перекрытия растениями и элементами декора) друг от друга;
  • из-за электропроводимости воды, датчик должен быть изолирован, либо средствами с хорошей теплопроводностью, либо тонким слоем обычного герметика;
  • допускается использование как обычных аквариумных обогревателей, так и регулируемых, с выставленной на максимум температурой.

Можно найти и другие сферы применения данному, несложному в изготовлении устройству. К примеру для рассадных парничков, сушильных шкафов, различных термованночек. На что вашей фантазии хватит. Только, если нагрузка допускает возможность короткого замыкания, необходимо добавить плавкий предохранитель на 1 А.

P.S.
Как говорилось выше данный простой терморегулятор применялся в инкубаторах раньше, сейчас на его смену пришли терморегуляторы с микроконтроллерным управлением, способные в автоматическом режиме понижать температуру в течении цикла инкубации. Да и сами инкубаторы обзавелись функцией регулирования влажности и переворачивания яиц.

Терморегуляторы широко используются в современных бытовых приборах, автомобилях, системах отопления и кондиционирования, на производстве, в холодильном оборудовании и при работе печей. Принцип действия любого терморегулятора основан на включении или выключении различных приборов после достижения определенных значений температуры.

Современные цифровые терморегуляторы управляются при помощи кнопок: сенсорных или обычных. Многие модели также оснащены цифровой панелью, на которой отображается заданная температура. Группа программируемых терморегуляторов является самой дорогостоящей. С помощью прибора можно предусмотреть изменение температуры по часам или задать необходимый режим на неделю вперед. Управлять прибором можно дистанционно: через смартфон или компьютер.

Для сложного технологического процесса, например, сталеплавильной печи, сделать терморегулятор своими руками – задача довольно непростая, которая требует серьезных знаний. Но собрать небольшое устройство для кулера или инкубатора под силу любому домашнему мастеру.

Для того, чтобы понять, как работает регулятор температуры, рассмотрим простое устройство, которое используется для открывания и закрывания заслонки шахтового котла и срабатывает при нагреве воздуха.

Для работы устройства были использованы 2 алюминиевые трубы, 2 рычага, пружина для возврата, цепочка, которая идет к котлу, и регулировочный узел в виде кран-буксы. Все комплектующие были смонтированы на котел.

Как известно, коэффициент линейного теплового расширения алюминия составляет 22х10-6 0С. При нагревании алюминиевой трубы длиной полтора метра, шириной 0,02 м и толщиной 0,01 м до 130 градусов Цельсия происходит удлинение на 4,29 мм. При нагреве трубы расширяются, за счет этого происходит смещение рычагов, и заслонка закрывается. При остывании трубы уменьшаются в длине, а рычаги открывают заслонку. Основной проблемой при использовании данной схемы является то, что точно определить порог срабатывания терморегулятора очень сложно. Сегодня предпочтение отдается устройствам на основе электронных элементов.

Схема работы простого терморегулятора

Обычно для поддержания заданной температуры используются схемы на основе реле. Основными элементами, входящими в данное оборудование, являются:

  • температурный датчик;
  • пороговая схема;
  • исполнительное или индикаторное устройство.

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.

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.

Терморегулятор на трех элементах

Одним из элементарных устройств, на примере которого можно собрать и понять принцип работы, является простой терморегулятор своими руками, предназначенный для вентилятора в ПК. Все работы производятся на макетной плате. Если же существуют проблемы с пальником, то можно взять беспаечную плату.

Схема терморегулятор в этом случае состоит всего лишь из трех элементов:

  • силового транзистора MOSFET (N канальный), можно использовать IRFZ24N MOSFET 12 В и 10 А или IFR510 Power MOSFET;
  • потенциометра 10 кОм;
  • NTC термистора в 10 кОм, который будет выполнять роль сенсора температуры.

Термодатчик реагирует на повышение градусов, за счет чего срабатывает вся схема, и вентилятор включается.

Теперь переходим к настройке. Для этого включаем компьютер и регулируем потенциометр, задавая значение для выключенного вентилятора. В тот момент, когда температура приближается к критической, максимально уменьшаем сопротивление до того, как лопасти будут вращаться очень медленно. Лучше сделать настройку несколько раз, чтобы убедиться в эффективности работы оборудования.

Современная электронная промышленность предлагает элементы и микросхемы, значительно отличающиеся по виду и техническим характеристикам. У каждого сопротивления или реле есть несколько аналогов. Необязательно использовать только те элементы, которые указаны в схеме, можно брать и другие, совпадающие по параметрам с образцами.

Терморегуляторы для котлов отопления

При регулировке отопительных систем важно точно откалибровать прибор. Для этого потребуется измеритель напряжения и тока. Для создания работающей системы можно воспользоваться следующей схемой.

С помощью этой схемы можно создать наружное оборудование для контроля за твердотопливным котлом. Роль стабилитрона здесь выполняет микросхема К561ЛА7. Работа устройства основана на способности терморезистора уменьшать сопротивление при нагреве. Резистор подключается в сеть делителя напряжения электричества. Необходимую температуру можно задать с помощью переменного резистора R2. Напряжение поступает на инвертор 2И-НЕ. Полученный ток подается на конденсатор С1. К 2И-НЕ, который контролирует работу одного триггера, подключен конденсатор. Последний соединен со вторым триггером.

Контроль температуры идет по следующей схеме:

  • при понижении градусов напряжение в реле растет;
  • при достижении определенного значения вентилятор, который соединен с реле, выключается.

Напайку лучше производить на слепыше. В качестве элемента питания можно взять любое устройство, работающее в пределах 3-15 В.

Осторожно! Установка самодельных приборов любого назначения на системы отопления может привести к выходу из строя оборудования. Более того, использование подобных устройств может быть запрещено на уровне служб, осуществляющих подвод коммуникаций в вашем доме.

Цифровой терморегулятор

Для того чтобы создать полноценно функционирующий терморегулятор с точной калибровкой, без цифровых элементов не обойтись. Рассмотрим прибор для контроля температур в небольшом хранилище для овощей.

Основным элементом здесь является микроконтроллер PIC16F628A. Эта микросхема обеспечивает управление разными электронными устройствами. В микроконтроллере PIC16F628A собраны 2 аналоговых компаратора, внутренний генератор, 3 таймера, модули сравнения ССР и обмена передачи данных USART.

При работе терморегулятора значение существующей и заданной температуры подается на MT30361 – трехразрядный индикатор с общим катодом. Для того чтобы задать необходимую температуру, используются кнопки: SB1 – для уменьшения и SB2 – для увеличения. Если проводить настойку с одновременным нажатием кнопки SB3, то можно установить значения гистерезиса. Минимальным значением гистерезиса для этой схемы является 1 градус. Подробный чертеж можно увидеть на плане.

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:

  1. Температурные датчики – контролируют уровень температуры, формируя электрические импульсы соответствующей величины.
  2. Аналитический блок – обрабатывает электрические сигналы поступающие от датчиков и производит конвертацию значения температуры в величину, характеризующую положение исполнительного органа.
  3. Исполнительный орган – регулирует подачу, на величину указанную аналитическим блоком.

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.

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.

Как сделать своими руками

Сделанные собственноручно регуляторы получили широкое применение в бытовых условиях, тем более, что необходимые электронные детали и схемы всегда можно найти. Подогрев воды в аквариуме, включение вентилирования помещения при повышении температуры и многие другие несложные технологические операции вполне можно переложить на такую автоматику.

Схемы авторегуляторов

В настоящее время, у любителей самодельной электроники, популярностью пользуются две схемы автоматического управления:

  1. На основе регулируемого стабилитрона типа TL431 – принцип работы состоит в фиксации превышения порога напряжения в 2,5 вольт. Когда на управляющем электроде он будет пробит, стабилитрон приходит в открытое положение и через него проходит нагрузочный ток. В том случае, когда напряжение не пробивает порог в 2,5 вольт, схема приходит в закрытое положение и отключает нагрузку. Достоинство схемы в предельной простоте и высокой надежности, так как стабилитрон оснащается только одним входом, для подачи регулируемого напряжения.
  2. Тиристорная микросхема типа К561ЛА7, либо ее современный зарубежный аналог CD4011B – основным элементом является тиристор Т122 или КУ202, выполняющий роль мощного коммутирующего звена. Потребляемый схемой ток в нормальном режиме не превышает 5 мА, при температуре резистора от 60 до 70 градусов. Транзистор приходит в открытое положение при поступлении импульсов, что в свою очередь является сигналом для открытия тиристора. При отсутствии радиатора, последний приобретает пропускную способность до 200 Вт. Для увеличения этого порога, понадобится установка более мощного тиристора, либо оснащение уже имеющегося радиатором, что позволит довести коммутируемую способность до 1 кВт.

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:

  • Паяльник импульсный или обычный с тонким нагревательным элементом.
  • Печатная плата.
  • Припой и флюс.
  • Кислота для вытравливания дорожек.
  • Электронные детали согласно выбранной схемы.

Схема терморегулятора

Пошаговое руководство

  1. Электронные элементы необходимо разместить на плате с таким расчетом, чтобы их легко было монтировать, не задевая паяльником соседние, возле деталей активно выделяющих тепло, расстояние делают несколько большим.
  2. Дорожки между элементами протравливаются согласно рисунку, если такого нет, то предварительно выполняется эскиз на бумаге.
  3. Обязательно проверяется работоспособность каждого элемента и только после этого выполняется посадка на плату с последующим припаиванием к дорожкам.
  4. Необходимо проверять полярность диодов, триодов и других деталей в соответствии со схемой.
  5. Для пайки радиодеталей не рекомендуется использовать кислоту, поскольку она может закоротить близкорасположенные соседние дорожки, для изоляции, в пространство между ними добавляется канифоль.
  6. После сборки, выполняется регулировка устройства, путем подбора оптимального резистора для максимально точного порога открывания и закрывания тиристора.

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:

  • Выход из строя регулировочного резистора – случается наиболее часто, поскольку изнашиваются медные дорожки, внутри элемента, по которым скользит электрод, решается заменой детали.
  • Перегрев тиристора или триода – неправильно была подобрана мощность или прибор находится в плохо вентилируемой зоне помещения. Чтобы в дальнейшем избежать подобного, тиристоры оборудуются радиаторами, либо же следует переместить терморегулятор в зону с нейтральным микроклиматом, что особенно актуально для влажных помещений.
  • Некорректная регулировка температуры – возможно повреждение терморезистора, коррозия или грязь на измерительных электродах.

Преимущества и недостатки

Несомненно, использование автоматического регулирования, уже само по себе является преимуществом, так как потребитель энергии получает такие возможности:

  • Экономия энергоресурсов.
  • Постоянная комфортная температура в помещении.
  • Не требуется участие человека.

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.

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.

В быту и подсобном хозяйстве часто требуется поддерживать температурный режим какого-либо помещения. Ранее для этого требовалась достаточно огромная схема, выполненная на аналоговых элементах, одну такую мы рассмотрим для общего развития. Сегодня все намного проще, если возникает необходимо поддерживать температуру в диапазоне от -55 до +125°C, то с поставленной целью может отлично справиться программируемый термометр и термостат DS1821.


Схема терморегулятора на специализированном температурном датчике. Этот термодатчик DS1821 можно дешево купить в АЛИ Экспресс (для заказа кликните на рисунок чуть выше)

Порог температуры включения и отключения термостата задается значениями TH и TL в памяти датчика, которые требуется запрограммировать в DS1821. В случае превышения температуры выше значения записанного в ячейку TH на выходе датчика появится уровень логической единицы. Для защиты от возможных помех, схема управления нагрузкой реализована так, что первый транзистор запирается в ту полуволну сетевого напряжения, когда оно равно нулю, подавая тем самым напряжение смещения на затвор второго полевого транзистора, который включает оптосимистор, а тот уже открывает смистор VS1 управляющий нагрузкой. В качестве нагрузки может быть любое устройство, например электродвигатель или обогреватель. Надежность запирания первого транзистора нужно настроить путем подбора нужного номинала резистора R5.

Датчик температуры DS1820 способен фиксировать температуру от -55 до 125 градусов и работать в режиме термостата.


Схема терморегулятора на датчике DS1820

Если температуры превысит верхний порог TH, то на выходе DS1820 будет логическая единица, нагрузка отключится сети. Если температура опустится ниже нижнего запрограммированного уровня TL то на выходе температурного датчика появится логический ноль и нагрузка будет включена. Если остались непонятные моменты, самодельная конструкция была позаимствована из №2 за 2006 год.

Сигнал с датчика проходит на прямой вывод компаратора на операционном усилителе CA3130. На инвертирующий вход этого же ОУ, поступает опорное напряжение с делителя. Переменным сопротивлением R4 задают требуемый температурный режим.


Схема терморегулятора на датчике LM35

Если на прямом входе потенциал ниже установленного на выводе 2, то на выходе компаратора будем иметь уровень, около 0,65 вольта, а если наоборот, то на выходе компаратора получим высокий уровень около 2,2 вольта. Сигнал с выхода ОУ через транзисторы управляет работой электромагнитного реле. При высоком уровне оно включается, а при низком выключается, коммутируя своими контактами нагрузку.

TL431 – это программируемый стабилитрон. Используется в роли источника опорного напряжения и источника питания для схем с малым потреблением. Требуемый уровень напряжения, на управляющем выводе микросборки TL431, задается с помощью делителя на резисторах Rl, R2 и терморезисторе с отрицательным ТКС R3.

Если на управляющем выводе TL431 напряжение выше 2,5В, микросхема пропускает ток и включает электромагнитное реле. Реле коммутирует управляющий вывод симистора и подключает нагрузку. С увеличением температуры, сопротивление термистора и потенциал на управляющем контакте TL431 снижается ниже 2,5В, реле отпускает свои фронтовые контакты и отключает обогреватель.

С помощью сопротивления R1 регулируем уровень нужной температуры, для включения обогревателя. Данная схема способна управлять нагревательным элементом до 1500 Вт. Реле подойдет РЭС55А с рабочим напряжением 10…12 В или его аналог.

Конструкция аналогового терморегулятора используется для поддержания заданной температуры внутри инкубатора, или в ящике на балконе для хранения овощей зимой. Питание организовано от автомобильного аккумулятора на 12 вольт.

Конструкция состоит из реле в случае падения температуры и отключает при повышении заложенного порога.


Температура, срабатывания реле термостата задается уровнем напряжения на контактах 5 и 6 микросхемы К561ЛЕ5, а температура отключения реле – потенциалом на выводах 1 и 21. Разницу температур контролируется падением напряжения на резисторе R3. В роли температурного датчика R4 используется терморезистор с отрицательным ТКС, т.е .

Конструкция небольшая и состоит всего из двух блоков- измерительного на базе компаратора на ОУ 554СА3 и коммутатора нагрузки до 1000 Вт построенного на регуляторе мощности КР1182ПМ1.

На третий прямой вход ОУ поступает постоянное напряжение с делителя напряжения состоящего из сопротивлений R3 и R4. На четвертый инверсный вход подается напряжение с другого делителя на сопротивлении R1 и терморезистор ММТ-4 R2.


Датчиком температуры является терморезистор находящейся в стеклянной колбе с песком, которую располагают в аквариуме. Главным узлом конструкции является м/с К554САЗ – компаратор напряжения.

От делителя напряжений в состав которого входит и терморезистор, управляющее напряжение идет на прямой вход компаратора. Другой вход компаратора используется для регулировки требуемой температуры. Из сопротивлений R3, R4, R5 выполнен делитель напряжения, который образуют чувствительный к изменениям температуры мост. При изменяется температуры воды в аквариуме, сопротивление терморезистора тоже меняется. Это создает дисбаланс напряжений на входах компаратора.

В зависимости от разности напряжений на входах будет изменяться выходное состояние компаратора. Нагреватель сделан так, что при снижении температуры воды терморегулятор аквариума автоматически запускался, а при повышении, наоборот выключался. Компаратор имеет два выхода, коллекторный и эмиттерный. Для управления полевым транзистором требуется положительное напряжение, поэтому, именно коллекторный выход компаратора подключен к плюсовой линии схемы. Управляющий сигнал получается с эмиттерного вывода. Сопротивления R6 и R7 являются выходной нагрузки компаратора.

Для включения и выключения нагревательного элемента в терморегуляторе использован полевой транзистор IRF840. Для разряда затвора транзистора присутствует диод VD1.

В схеме терморегулятора использован бестрансформаторный блок питания. Лишнее переменное напряжение уменьшается за счет реактивного сопротивления емкости С4.

Основа первой конструкции терморегулятора – микроконтроллер PIC16F84A с датчик температуры DS1621 обладающим интерфейс l2C. В момент включения питания, микроконтроллер сначала инициализирует внутренние регистры температурного датчика, а затем проводит его настройку. Терморегулятор на микроконтроллере во втором случае выполнен уже на PIC16F628 с датчиком DS1820 и управляет подключенной нагрузкой с помощью контактов реле.


Датчик температуры своими руками

Зависимость падения напряжения на p-n переходе полупроводников от температуры, как нельзя лучше подходит для создания нашего самодельного датчика.

Для обеспечения полноценного развития растений в различных теплицах (особенно с круглогодичным циклом выращивания) требуется автоматизированная поддержка температурного режима на определенном уровне. Формирование и регулировка внешней среды вокруг растений в теплице осуществляется одновременно несколькими системами – вентиляционной, отопительной, увлажняющей воздух и почву, испарительным охлаждением и пр. Как сделать терморегулятор в теплице для всех этих систем мы расскажем в этой статье.

Контроль этих систем с последующей корректировкой производится с помощью регулятора температуры воздуха, являющегося важнейшей деталью для получения полноценного урожая, т. к. даже минимальные изменения данных могут негативно сказаться на развитии посадок, не исключая их гибель.

Скрупулезное следование температурному режиму – гарантия достойных урожаев

Индивидуальная настройка терморегулятора позволяет контролировать уровень температуры на протяжение всех суток, стабилизируя защитную функцию котла от перегрева.

Для большинства насаждений наиболее комфортная t равна 16 – 25 °C, любые даже незначительные отклонения тормозят развитие растений, могут привести к развитию заболеваний и увяданию посадок. Контроль необходим не только для температуры воздуха теплицы, но и для t грунта. Эти два показателя являются главенствующими при создании условий для развития растений. От них зависит правильность усвоения полезных веществ, находящихся в почве, и они непосредственно воздействуют на рост и полноценное развитие растений.

Для грунта следует придерживаться диапазона t 13 – 25 °C, точные ее показатели определяются в зависимости от разновидности культуры.

Учтите! Перепады значений температуры грунта зачастую более пагубны для посадок, чем снижение температуры воздуха.

Основы функционирования терморегулирующих устройств

Принцип работы конструкций подобного типа незамысловат: контролирующее устройство получает сигнал, после чего разные модели установки могут реагировать подобным образом:

  • увеличивать либо уменьшать мощность отопительной системы;
  • включать либо выключать вентиляцию помещения;
  • открывать либо прикрывать створки естественной вентиляции;
  • подсоединять либо полностью отключать подогрев поливной воды и почвы на грядках.

Появление импульсов сигнала осуществляется при помощи реле термостата, который, в свою очередь, получает данные с датчиков, размещенных в теплице. Как датчики, наиболее чаще применяются такие устройства:

  • В качестве температурного датчика очень часто применяется термистор. В самодельных установках как термочувствительный элемент зачастую применяется p-n переход полупроводникового транзистора либо диода.
  • Как датчик освещенности используется фоторезистор, а в самодельных конструкциях может использоваться опять p-n переход полупроводникового транзистора либо диода, у которого обратное сопротивление напрямую зависит от освещенности. Чтобы получить доступ света к системе, у транзистора отрезается колпачок из металлического корпуса, а у диода удаляется краска со стекла.

  • Параметры влажности регулируются промышленными датчиками, показатели которых зависят от влагопроницаемости среды, находящейся между обкладками конденсатора. Также могут учитываться изменения сопротивления при взаимодействии с увлажненным воздухом оксида алюминия. При корректировке влажности воздуха учитывается и результат перемены длины синтетического волокна либо человеческого волоса и пр. Для самодельных приспособлений подобным датчиком является отрезок фольгированного стеклотекстолита с вырезанными канавками.

К сведению! Для небольших теплиц личного пользования с точки зрения экономичности, абсолютно невыгодно приобретать дорогостоящую систему промышленного образца. В таких ситуациях успешно внедряются терморегуляторы для теплиц, созданные своими руками.

Принципы устройства терморегулятора для теплицы своими руками

Самостоятельная постройка регулятора температуры вполне реальная задача. Но для этого потребуются элементарные инженерные знания и технические навыки.

Основное функционирование системы осуществляется за счет внедрения в конструкцию – 8 битового микроконтроллера марки PIC16F84A.

Как температурный датчик, встраивается цифровой градусник интегральной разновидности DS18B20, имеющий рабочий функционал в диапазоне t -55 – +125°C. Также возможно использование цифрового температурного датчика TCN75-5,0, который по параметрам, компактным размерам и относительной легкости конструкции вполне соответствует для применения в различных автоматических устройствах.

Подобные цифровые датчики по сути имеют незначительные погрешности в измерениях, поэтому параллельное применение нескольких видов датчиков позволяет фактически без погрешностей наблюдать температуру обогрева.

Возможность управлять степенью нагрузки осуществляется при помощи малогабаритного типа реле К1, которое соответствует напряжению срабатывания равному 12 В. Через контакты к реле подсоединяется нагрузка и это позволяет ему производить ее коммутацию. Индикация производится с использованием любых четырехразрядных светодиодов.

Степень температурной реакции задается: SB1-SB2 (микропереключателями). Память микроконтроллера энергетически автономна и хранит заданные параметры. Применяя рабочий режим на индикаторной жидкокристаллической панели устройства можно видеть действующие показатели замеряемой температуры.

На заметку! Подобные электронные терморегуляторы становятся все более популярными, т. к. они обладают способностью чувствовать температуру в любой точке внутри теплицы, а датчик мониторинга может быть помещен между растениями, в почвенный субстрат, либо подвешенным возле крыши. Такой обширный диапазон размещения позволяет терморегулятору иметь точные данные о состоянии внутренней среды теплицы.

Как сделать своими руками терморегулятор для теплицы

Упрощенные терморегуляторы для личных теплиц умельцы изготавливают своими руками. До выбора схемы автоматизации теплицы, нужно сначала установить данные объектов управления.

На фото указана схема терморегулятора с двумя транзисторами типа VT1 и VT2. Как выходное устройство задействовано реле РЭС-10. Датчик температуры – терморезистор ММТ-4.

Одной из моделей терморегулятора, изготовленного своими руками, может послужить, например, вот такая конструкция. В ней в качестве датчика температуры можно использовать стрелочный термометр, подвергшийся переделке:

  • Конструкция термометра полностью разбирается.
  • В шкале регулирования, сверлится отверстие 2,5 мм.
  • Напротив устанавливают фототранзистор в специально сконструированный уголок из тоненькой жести либо листового алюминия, в котором предварительно высверливают отверстия 0 2,8 мм. На фототранзистор наносят по кромке клей и помещают в гнездо.
  • Уголок с фототранзистором крепят к шкале клеем «Момент».
  • Ниже отверстия крепится упор.
  • С другой стороны термометра устанавливают небольшую 9 вольтовую лампочку. Между шкалой и лампочкой размещают линзу – для четкой реакции устройства на показатели.
  • Тоненькие провода фототранзистора прокладывают через центральное отверстие шкалы.
  • Для проводов лампочки сверлится отверстие в пластмассовом корпусе. Жгут продевается в хлорвиниловую трубочку и фиксируется зажимом.

Кроме датчика, терморегулятор должен включать фотореле и стабилизатор напряжения.

Стабилизатор собирается по обычной схеме. Фотореле тоже не сложно сделать. Фотоэлементом служит транзистор ГТ109.

Лучше всего подойдет механизм, основанный на переделанном заводском реле. Работа осуществляется по принципу электромагнита, где якорь втягивается в катушку. Переключатель (2А, 220 В) регулирует электромагнитный пускатель для подачи питания на устройства нагрева.

Фотореле и блоки питания размещаются в общем корпусе. К нему прикрепляется термометр. С лицевой стороны крепится тумблер и лампочка, оповещающая о включении элементов нагрева.

Схема вентилирования

Если теплица проветривается с помощью электровентилятора, можно применять двухпозиционные терморегуляторы. Для создания нужного режима функционирования вентилятора, подсоединяют промежуточное реле.

Если в теплицу встроены форточки, нужно обеспечить их электроприводом (электромагниты либо электродвигательные механизмы).

Но легче решить вопрос вентиляции теплиц при использовани терморегуляторов прямого действия. В них исполнительный механизм и терморегулятор находятся в одном устройстве. Однако у регуляторов подобного вида разброс показателей температуры может составлять до 5 °С. Для достижения более точной регулировки лучше избрать электронным регуляторам.

Регулирование влажности

Идеальное решение – использование датчиков влажности грунта и регулировка полива по указанной влажности. В основу одного из принципов измерения влажности положен учет изменений объема почвы при увлажнении. Также часто подключают электронный регулятор. Как датчик влажности, вмонтируется деполяризатор со стержнями батарейки 3336Л. При относительной влажности показатели сопротивления равняются где-то 1500 Ом. Переменный резистор R1 помогает срабатывать регулятору на определенном уровне, резистор R2 помогает устанавливать начальную влажность.

Регулирование полива

Очень заманчиво контролировать систему полива электроникой, но необходимо помнить, что более надежными оказываются простые устройства. Упрощенное обустройство полива делается своими руками без использования электронных схем. Это позволяет применять его при перерывах в электроснабжении.

При электронном регулировании подачи воды, используют электромагнитный вентиль с электроприводом. Электромагнитный клапан можно сделать самостоятельно. Одну из конструкций можно увидеть на фото.

1 – электромагнит; 2 – емкость; 3 – груз; 4 – клапан

Главный недостаток системы терморегуляции – полная подчиненность источнику электроснабжения. Отключение электроэнергии может вызвать гибель растений. Во избежание подобных недоразумений, применяются запасные источники питания: генератор, солнечная либо аккумуляторная батарея и пр.

Также следует помнить, что все термостаты со временем теряют точность показаний, поскольку они становятся старше. Поэтому нужно проверять их точность каждый год. Во время проверки функционирования термостата необходимо почистить датчики терморегулятора, тщательно вытереть все выводы и соединения.

Как сделать электронный термостат для холодильника. Простой электронный термостат для холодильника на LM35

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:

  1. Температурные датчики – контролируют уровень температуры, формируя электрические импульсы соответствующей величины.
  2. Аналитический блок – обрабатывает электрические сигналы поступающие от датчиков и производит конвертацию значения температуры в величину, характеризующую положение исполнительного органа.
  3. Исполнительный орган – регулирует подачу, на величину указанную аналитическим блоком.

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.

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.

Как сделать своими руками

Сделанные собственноручно регуляторы получили широкое применение в бытовых условиях, тем более, что необходимые электронные детали и схемы всегда можно найти. Подогрев воды в аквариуме, включение вентилирования помещения при повышении температуры и многие другие несложные технологические операции вполне можно переложить на такую автоматику.

Схемы авторегуляторов

В настоящее время, у любителей самодельной электроники, популярностью пользуются две схемы автоматического управления:

  1. На основе регулируемого стабилитрона типа TL431 – принцип работы состоит в фиксации превышения порога напряжения в 2,5 вольт. Когда на управляющем электроде он будет пробит, стабилитрон приходит в открытое положение и через него проходит нагрузочный ток. В том случае, когда напряжение не пробивает порог в 2,5 вольт, схема приходит в закрытое положение и отключает нагрузку. Достоинство схемы в предельной простоте и высокой надежности, так как стабилитрон оснащается только одним входом, для подачи регулируемого напряжения.
  2. Тиристорная микросхема типа К561ЛА7, либо ее современный зарубежный аналог CD4011B – основным элементом является тиристор Т122 или КУ202, выполняющий роль мощного коммутирующего звена. Потребляемый схемой ток в нормальном режиме не превышает 5 мА, при температуре резистора от 60 до 70 градусов. Транзистор приходит в открытое положение при поступлении импульсов, что в свою очередь является сигналом для открытия тиристора. При отсутствии радиатора, последний приобретает пропускную способность до 200 Вт. Для увеличения этого порога, понадобится установка более мощного тиристора, либо оснащение уже имеющегося радиатором, что позволит довести коммутируемую способность до 1 кВт.

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:

  • Паяльник импульсный или обычный с тонким нагревательным элементом.
  • Печатная плата.
  • Припой и флюс.
  • Кислота для вытравливания дорожек.
  • Электронные детали согласно выбранной схемы.

Схема терморегулятора

Пошаговое руководство

  1. Электронные элементы необходимо разместить на плате с таким расчетом, чтобы их легко было монтировать, не задевая паяльником соседние, возле деталей активно выделяющих тепло, расстояние делают несколько большим.
  2. Дорожки между элементами протравливаются согласно рисунку, если такого нет, то предварительно выполняется эскиз на бумаге.
  3. Обязательно проверяется работоспособность каждого элемента и только после этого выполняется посадка на плату с последующим припаиванием к дорожкам.
  4. Необходимо проверять полярность диодов, триодов и других деталей в соответствии со схемой.
  5. Для пайки радиодеталей не рекомендуется использовать кислоту, поскольку она может закоротить близкорасположенные соседние дорожки, для изоляции, в пространство между ними добавляется канифоль.
  6. После сборки, выполняется регулировка устройства, путем подбора оптимального резистора для максимально точного порога открывания и закрывания тиристора.

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:

  • Выход из строя регулировочного резистора – случается наиболее часто, поскольку изнашиваются медные дорожки, внутри элемента, по которым скользит электрод, решается заменой детали.
  • Перегрев тиристора или триода – неправильно была подобрана мощность или прибор находится в плохо вентилируемой зоне помещения. Чтобы в дальнейшем избежать подобного, тиристоры оборудуются радиаторами, либо же следует переместить терморегулятор в зону с нейтральным микроклиматом, что особенно актуально для влажных помещений.
  • Некорректная регулировка температуры – возможно повреждение терморезистора, коррозия или грязь на измерительных электродах.

Преимущества и недостатки

Несомненно, использование автоматического регулирования, уже само по себе является преимуществом, так как потребитель энергии получает такие возможности:

  • Экономия энергоресурсов.
  • Постоянная комфортная температура в помещении.
  • Не требуется участие человека.

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.

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.

В этой статье мы будем рассматривать устройства, поддерживающие определенный тепловой режим, или же сигнализирующие о достижении нужного значения температуры. Такие устройства имеют очень широкую сферу применения: они могут поддерживать заданную температуру в инкубаторах и аквариумах, теплых полах и даже являться частью умного дома. Для вас мы предоставили инструкцию о том, как сделать терморегулятор своими руками и с минимумом затрат.

Немного теории

Простейшие измерительные датчики, в том числе и реагирующие на температуру, состоят из измерительного полуплеча из двух сопротивлений, опорного и элемента, меняющего свое сопротивление в зависимости от прилаживаемой к нему температуры. Более наглядно это представлено на картинке ниже.

Как видно из схемы, резистор R2 является измерительным элементом самодельного терморегулятора, а R1, R3 и R4 опорным плечом устройства. Это терморезистор. Он представляет собой проводниковый прибор, который изменяет своё сопротивление при изменении температуры.

Элементом терморегулятора, реагирующим на изменение состояния измерительного плеча, является интегральный усилитель в режиме компаратора. Данный режим переключает скачком выход микросхемы из состояния выключено в рабочее положение. Таким образом, на выходе компаратора мы имеем всего два значения «включено» и «выключено». Нагрузкой микросхемы является вентилятор для ПК. При достижении температуры определенного значения в плече R1 и R2 происходит смещение напряжения, вход микросхемы сравнивает значение на контакте 2 и 3 и происходит переключение компаратора. Вентилятор охлаждает необходимый предмет, его температура падает, сопротивление резистора меняется и компаратор отключает вентилятор. Таким образом поддерживается температура на заданном уровне, и производится управление работой вентилятора.

Обзор схем

Напряжение разности с измерительного плеча поступает на спаренный транзистор с большим коэффициентом усиления, а в качестве компаратора выступает электромагнитное реле. При достижении на катушке напряжения, достаточного для втягивания сердечника, происходит ее срабатывание и подключение через ее контакты исполнительных устройств. При достижении заданной температуры, сигнал на транзисторах уменьшается, синхронно падает напряжение на катушке реле, и в какой-то момент происходит расцепление контактов и отключение полезной нагрузки.

Особенностью такого типа реле является наличие – это разница в несколько градусов между включением и отключением самодельного терморегулятора, из-за присутствия в схеме электромеханического реле. Таким образом, температура всегда будет колебаться на несколько градусов возле нужного значения. Вариант сборки, предоставленный ниже, практически лишен гистерезиса.

Принципиальная электронная схема аналогового терморегулятора для инкубатора:

Данная схема была очень популярна для повторения в 2000 годах, но и сейчас она не потеряла актуальность и с возложенной на нее функцией справляется. При наличии доступа к старым деталям, можно собрать терморегулятор своими руками практически бесплатно.

Сердцем самоделки является интегральный усилитель К140УД7 или К140УД8. В данном случае он подключен с положительной обратной связью и является компаратором. Термочувствительным элементом R5 служит резистор типа ММТ-4 с отрицательным ТКЕ, это значит, что при нагревании его сопротивление уменьшается.

Выносной датчик подключается через экранированный провод. Для уменьшения и ложного срабатывания устройства, длина провода не должна превышать 1 метр. Нагрузка управляется через тиристор VS1 и максимально допустимая мощность подключаемого нагревателя зависит от его номинала. В данном случае 150 Ватт, электронный ключ – тиристор необходимо установить на небольшой радиатор, для отвода тепла. В таблице ниже представлены номиналы радиоэлементов, для сборки терморегулятора в домашних условиях.

Устройство не имеет гальванической развязки от сети 220 Вольт, при настройке будьте внимательны, на элементах регулятора присутствует сетевое напряжение, которое опасно для жизни. После сборки обязательно изолируйте все контакты и поместите устройство в токонепроводящий корпус. На видео ниже рассматривается, как собрать терморегулятор на транзисторах:

Самодельный термостат на транзисторах

Теперь расскажем как сделать регулятор температуры для теплого пола. Рабочая схема срисована с серийного образца. Пригодится тем, кто хочет ознакомиться и повторить, или как образец для поиска неисправности прибора.

Центром схемы является микросхема стабилизатора, подключенная необычным способом, LM431 начинает пропускать ток при напряжении выше 2,5 Вольт. Именно такой величины у данной микросхемы внутренний источник опорного напряжения. При меньшем значении тока она ни чего не пропускает. Эту ее особенность стали использовать во всевозможных схемах терморегуляторов.

Как видим, классическая схема с измерительным плечом осталась: R5, R4 – дополнительные резисторы , а R9 — терморезистор. При изменении температуры происходит сдвиг напряжения на входе 1 микросхемы, и в случае, если оно достигло порога срабатывания, то напряжение идет дальше по схеме. В данной конструкции нагрузкой для микросхемы TL431 являются светодиод индикации работы HL2 и оптрон U1, для оптической развязки силовой схемы от управляющих цепей.

Как и в предыдущем варианте, устройство не имеет трансформатора, а получает питание на гасящей конденсаторной схеме C1, R1 и R2, поэтому оно так же находится под опасным для жизни напряжением, и при работе со схемой нужно быть предельно осторожным. Для стабилизации напряжения и сглаживания пульсаций сетевых всплесков, в схему установлен стабилитрон VD2 и конденсатор C3. Для визуальной индикации наличия напряжения на устройстве установлен светодиод HL1. Силовым управляющим элементом является симистор ВТ136 с небольшой обвязкой для управления через оптрон U1.

При данных номиналах диапазон регулирования находится в пределах 30-50°С. При кажущейся на первый взгляд сложности конструкция проста в настройке и легка в повторении. Наглядная схема терморегулятора на микросхеме TL431, с внешним питанием 12 вольт для использования в системах домашней автоматики представлена ниже:

Данный терморегулятор способен управлять компьютерным вентилятором, силовым реле, световыми индикаторами, звуковыми сигнализаторами. Для управления температурой паяльника существует интересная схема с использованием все той же интегральной микросхемы TL431.

Для измерения температуры нагревательного элемента используют биметаллическую термопару, которую можно позаимствовать с выносного измерителя в мультиметре или купить в специализированном магазине радиодеталей. Для увеличения напряжения с термопары до уровня срабатывания TL431, установлен дополнительный усилитель на LM351. Управление осуществляется через оптрон MOC3021 и симистор T1.

При включении терморегулятора в сеть необходимо соблюдать полярность, минус регулятора должен быть на нулевом проводе, иначе фазное напряжение появится на корпусе паяльника, через провода термопары. В этом и является главный недостаток этой схемы, ведь не каждому хочется постоянно проверять правильность подключения вилки в розетку, а если пренебречь этим, то можно получить удар током или повредить электронные компоненты во время пайки. Регулировка диапазона производится резистором R3. Данная схема обеспечит долгую работу паяльника, исключит его перегрев и увеличит качество пайки за счет стабильности температурного режима.

Еще одна идея сборки простого терморегулятора рассмотрена на видео:

Регулятор температуры на микросхеме TL431

Простой регулятор для паяльника

Разобранных примеров регуляторов температуры вполне достаточно для удовлетворения нужд домашнего мастера. Схемы не содержат дефицитных и дорогих запчастей, легко повторяются и практически не нуждаются в настройке. Данные самоделки запросто можно приспособить для регулирования температуры воды в баке водонагревателя, следить за теплом в инкубаторе или теплице, модернизировать утюг или паяльник. Помимо этого можно восстановить старенький холодильник, переделав регулятор для работы с отрицательными значениями температуры, путем замены местами сопротивлений в измерительном плече. Надеемся наша статья была интересна, вы нашли ее для себя полезной и поняли, как сделать терморегулятор своими руками в домашних условиях! Если же у вас все еще остались вопросы, смело задавайте их в комментариях.

Простой электронный терморегулятор своими руками. Предлагаю способ изготовления самодельного терморегулятора для поддержания комфортной температуры в помещении в холодное время. Термостат позволяет коммутировать мощность до 3,6 кВт. Самая важная часть любой радиолюбительской конструкции это корпус. Красивый и надежный корпус позволит обеспечить длительную жизнь любому самодельному устройству. В показанном ниже варианте терморегулятора применен удобный малогабаритный корпус и вся силовая электроника от продаваемого в магазинах электронного таймера. Самодельная электронная часть построена на микросхеме компараторе LM311.

Описание работы схемы

Датчиком температуры является терморезистор R1 номиналом 150к типа ММТ-1. Датчик R1 вместе с резисторами R2,R3,R4 и R5 образуют измерительный мост. Конденсаторы С1-С3 установлены для подавления помех. Переменный резистор R3 осуществляет балансировку моста, то есть задает температуру.

Если температура термодатчика R1 снизится ниже заданной, то его сопротивление повысится. Напряжение на входе 2 микросхемы LM311 станет больше чем на входе 3. Компаратор сработает и на его выходе 4 установится высокий уровень, поданное напряжение на электронную схему таймера через светодиод HL1 приведет к срабатываю реле и включению устройства обогрева. Одновременно загорится светодиод HL1, показывая включение нагрева. Сопротивление R6 создает отрицательную обратную связь между выходом 7 и входом 2 . Это позволяет установить гистерезис, то есть нагрев включается при температуре меньшей, чем выключается.Питание на плату подается от электронной схемы таймера. Резистор R1 помещаемый снанужи требует тщательной изоляции, так как питание терморегулятора безтрансформаторное и не имеет гальванической развязки от сети, то есть опасное сетевое напряжение присутствует на элементах устройства . Порядок изготовления терморегулятора и как осуществлена изоляция терморезистора показано ниже.

Как сделать терморегулятор своими руками

1. Вскрывается донор корпуса и силовой схемы — электронный таймер CDT-1G. На сером трехжильном шлейфе установлен микроконтроллер таймера. Отпаиваем шлейф от платы. Отверстия для проводов шлейфа имеют маркировку (+) — питание +5 Вольт, (О) — подача управляющего сигнала, (-) — минус питания. Коммутировать нагрузку будет электромагнитное реле.

2. Так как питание схемы от силового блока не имеет гальванической развязки от сети, то все работы по проверки и настройке схемы проводим от безопасного источника питания 5 вольт. Сначала на стенде проверяем работоспособность элементов схемы.

3. После проверки элементов схемы конструкция собирается на плате. Плата для устройства не разрабатывалась и собрана на куске макетной платы. После сборки также проводится проверка работоспособности на стенде.

4. Термодатчик R1 установлен снаружи на боковой поверхности корпуса блок- розетки, проводники изолированы термоусадочной трубкой. Для недопущения контакта с датчиком, но и сохранения доступа наружного воздуха к датчику сверху установлена защитная трубка. Трубка изготовлена из средней части шариковой авторучки. В трубке вырезано отверстие для установки на датчик. Трубка приклеена к корпусу.

5. Переменный резистор R3 установлен на верхней крышке корпуса, там же сделано отверстие для светодиода. Корпус резистора полезно для безопасности покрыть слоем изоленты.

6. Ручка регулировки для резистора R3 самодельная и изготовлена своими руками из старой зубной щетки подходящей формы:).

Резистор R3

В быту и подсобном хозяйстве часто требуется поддерживать температурный режим какого-либо помещения. Ранее для этого требовалась достаточно огромная схема, выполненная на аналоговых элементах, одну такую мы рассмотрим для общего развития. Сегодня все намного проще, если возникает необходимо поддерживать температуру в диапазоне от -55 до +125°C, то с поставленной целью может отлично справиться программируемый термометр и термостат DS1821.


Схема терморегулятора на специализированном температурном датчике. Этот термодатчик DS1821 можно дешево купить в АЛИ Экспресс (для заказа кликните на рисунок чуть выше)

Порог температуры включения и отключения термостата задается значениями TH и TL в памяти датчика, которые требуется запрограммировать в DS1821. В случае превышения температуры выше значения записанного в ячейку TH на выходе датчика появится уровень логической единицы. Для защиты от возможных помех, схема управления нагрузкой реализована так, что первый транзистор запирается в ту полуволну сетевого напряжения, когда оно равно нулю, подавая тем самым напряжение смещения на затвор второго полевого транзистора, который включает оптосимистор, а тот уже открывает смистор VS1 управляющий нагрузкой. В качестве нагрузки может быть любое устройство, например электродвигатель или обогреватель. Надежность запирания первого транзистора нужно настроить путем подбора нужного номинала резистора R5.

Датчик температуры DS1820 способен фиксировать температуру от -55 до 125 градусов и работать в режиме термостата.


Схема терморегулятора на датчике DS1820

Если температуры превысит верхний порог TH, то на выходе DS1820 будет логическая единица, нагрузка отключится сети. Если температура опустится ниже нижнего запрограммированного уровня TL то на выходе температурного датчика появится логический ноль и нагрузка будет включена. Если остались непонятные моменты, самодельная конструкция была позаимствована из №2 за 2006 год.

Сигнал с датчика проходит на прямой вывод компаратора на операционном усилителе CA3130. На инвертирующий вход этого же ОУ, поступает опорное напряжение с делителя. Переменным сопротивлением R4 задают требуемый температурный режим.


Схема терморегулятора на датчике LM35

Если на прямом входе потенциал ниже установленного на выводе 2, то на выходе компаратора будем иметь уровень, около 0,65 вольта, а если наоборот, то на выходе компаратора получим высокий уровень около 2,2 вольта. Сигнал с выхода ОУ через транзисторы управляет работой электромагнитного реле. При высоком уровне оно включается, а при низком выключается, коммутируя своими контактами нагрузку.

TL431 – это программируемый стабилитрон. Используется в роли источника опорного напряжения и источника питания для схем с малым потреблением. Требуемый уровень напряжения, на управляющем выводе микросборки TL431, задается с помощью делителя на резисторах Rl, R2 и терморезисторе с отрицательным ТКС R3.

Если на управляющем выводе TL431 напряжение выше 2,5В, микросхема пропускает ток и включает электромагнитное реле. Реле коммутирует управляющий вывод симистора и подключает нагрузку. С увеличением температуры, сопротивление термистора и потенциал на управляющем контакте TL431 снижается ниже 2,5В, реле отпускает свои фронтовые контакты и отключает обогреватель.

С помощью сопротивления R1 регулируем уровень нужной температуры, для включения обогревателя. Данная схема способна управлять нагревательным элементом до 1500 Вт. Реле подойдет РЭС55А с рабочим напряжением 10…12 В или его аналог.

Конструкция аналогового терморегулятора используется для поддержания заданной температуры внутри инкубатора, или в ящике на балконе для хранения овощей зимой. Питание организовано от автомобильного аккумулятора на 12 вольт.

Конструкция состоит из реле в случае падения температуры и отключает при повышении заложенного порога.


Температура, срабатывания реле термостата задается уровнем напряжения на контактах 5 и 6 микросхемы К561ЛЕ5, а температура отключения реле – потенциалом на выводах 1 и 21. Разницу температур контролируется падением напряжения на резисторе R3. В роли температурного датчика R4 используется терморезистор с отрицательным ТКС, т.е .

Конструкция небольшая и состоит всего из двух блоков- измерительного на базе компаратора на ОУ 554СА3 и коммутатора нагрузки до 1000 Вт построенного на регуляторе мощности КР1182ПМ1.

На третий прямой вход ОУ поступает постоянное напряжение с делителя напряжения состоящего из сопротивлений R3 и R4. На четвертый инверсный вход подается напряжение с другого делителя на сопротивлении R1 и терморезистор ММТ-4 R2.


Датчиком температуры является терморезистор находящейся в стеклянной колбе с песком, которую располагают в аквариуме. Главным узлом конструкции является м/с К554САЗ – компаратор напряжения.

От делителя напряжений в состав которого входит и терморезистор, управляющее напряжение идет на прямой вход компаратора. Другой вход компаратора используется для регулировки требуемой температуры. Из сопротивлений R3, R4, R5 выполнен делитель напряжения, который образуют чувствительный к изменениям температуры мост. При изменяется температуры воды в аквариуме, сопротивление терморезистора тоже меняется. Это создает дисбаланс напряжений на входах компаратора.

В зависимости от разности напряжений на входах будет изменяться выходное состояние компаратора. Нагреватель сделан так, что при снижении температуры воды терморегулятор аквариума автоматически запускался, а при повышении, наоборот выключался. Компаратор имеет два выхода, коллекторный и эмиттерный. Для управления полевым транзистором требуется положительное напряжение, поэтому, именно коллекторный выход компаратора подключен к плюсовой линии схемы. Управляющий сигнал получается с эмиттерного вывода. Сопротивления R6 и R7 являются выходной нагрузки компаратора.

Для включения и выключения нагревательного элемента в терморегуляторе использован полевой транзистор IRF840. Для разряда затвора транзистора присутствует диод VD1.

В схеме терморегулятора использован бестрансформаторный блок питания. Лишнее переменное напряжение уменьшается за счет реактивного сопротивления емкости С4.

Основа первой конструкции терморегулятора – микроконтроллер PIC16F84A с датчик температуры DS1621 обладающим интерфейс l2C. В момент включения питания, микроконтроллер сначала инициализирует внутренние регистры температурного датчика, а затем проводит его настройку. Терморегулятор на микроконтроллере во втором случае выполнен уже на PIC16F628 с датчиком DS1820 и управляет подключенной нагрузкой с помощью контактов реле.


Простой термостат для холодильника

Своими руками

Хотите сделать точный электронный термостат для вашего холодильника? Схема твердотельного термостата, описанная в этой статье, удивит вас своей «крутой» производительностью.

Введение

Устройство, однажды построенное и интегрированное с любым соответствующим устройством, мгновенно начнет демонстрировать улучшенный контроль системы, экономя электроэнергию, а также увеличит срок службы прибора.Обычные холодильные термостаты являются дорогостоящими и не очень точными. Более того, они подвержены износу и поэтому не постоянны. Здесь обсуждается простой и эффективный электронный рефрижераторный термостат.
Термостат, как мы все знаем, – это устройство, которое способно воспринимать определенный заданный уровень температуры и отключать или переключать внешнюю нагрузку. Такие устройства могут быть электромеханическими типами или более сложными электронными типами.
Термостаты обычно связаны с устройствами кондиционирования, охлаждения и нагрева воды. Для таких применений устройство становится важной частью системы, без которой прибор может достичь и начать работать в экстремальных условиях и в конечном итоге получить повреждение.
Регулировка переключателя управления, предусмотренного в вышеуказанных устройствах, гарантирует, что термостат отключит питание прибора после того, как температура пересечет требуемый предел и переключится, как только температура вернется к нижнему порогу.
Таким образом, температура внутри холодильников или комнатная температура через кондиционер поддерживается в благоприятных диапазонах.
Идея схемы холодильного термостата, представленная здесь, может использоваться снаружи над холодильником или любым аналогичным устройством для управления его работой.
Управление их работой может быть выполнено путем присоединения чувствительного элемента термостата к внешней теплоотводящей решетке, обычно расположенной за большинством охлаждающих устройств, которые используют фреон.
Конструкция более гибкая и широкая по сравнению со встроенными термостатами и способна демонстрировать лучшую эффективность. Схема может легко заменить обычные низкотехнологичные конструкции, и, кроме того, она намного дешевле по сравнению с ними.
Давайте разобраться, как работает схема:

Описание схемы
Простая схема термостата холодильника

На диаграмме показана простая схема, построенная вокруг IC 741, которая в основном сконфигурирована как компаратор напряжения. Здесь используется трансформатор с меньшим потреблением энергии, чтобы сделать схему компактной и твердотельной.
Конфигурация моста, содержащая R3, R2, P1 и NTC R1 на входе, формирует основные чувствительные элементы схемы.
Инвертирующий вход IC зажимается на половину напряжения питания с использованием сети делителя напряжения R3 и R4.
Это устраняет необходимость обеспечения двойного питания ИС, и схема может обеспечить оптимальные результаты даже при однополюсном напряжении питания.
Опорное напряжение на неинвертирующий вход IC фиксируются через заданный P1 по отношению к NTC (отрицательному температурному коэффициенту).
В случае, если температура под контролем имеет тенденцию дрейфовать выше желаемых уровней, сопротивление NTC падает, а потенциал на неинвертирующем входе IC пересекает заданное значение.
Это мгновенно переключает выходной сигнал ИС, который, в свою очередь, переключает выходной каскад, содержащий транзистор, сеть с триаксом, отключая нагрузку (нагрев или систему охлаждения), пока температура не достигнет нижнего порога.
Сопротивление обратной связи R5 в некоторой степени помогает вызвать гистерезис в цепь, важный параметр, без которого схема может быстро вращаться в ответ на внезапные изменения температуры.

Как только сборка завершена, настройка схемы очень проста и выполняется со следующими пунктами:

ПОМНИТЕ ВНЕШНЮЮ ЦЕПЬ НА ОСНОВЕ ПОТЕНЦИАЛА ПОСТОЯННОГО ИСТОЧНИКА, ОСТОРОЖНО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНЫ, ЧТОБЫ ПРОТИВ ИСПЫТАНИЙ И ПРОЦЕДУР УСТАНОВКИ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЕРЕВЯННОГО ПЛАНКА ИЛИ ЛЮБОГО ДРУГОГО ИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ПО ВАШЕЙ НОГЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ СТРОГО; ТАКЖЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ, КОТОРЫЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ ИЗОЛИРОВАНЫ ВБЛИЗИ ВБЛИЗИ ПЛОЩАДКИ.

Как настроить этот электронный термостат холодильного контураВам понадобится образец источника тепла, точно отрегулированный до желаемого порогового уровня отсечки цепи термостата.
Включите схему и введите и прикрепите вышеуказанный источник тепла к NTC.
Теперь настройте предустановку так, чтобы выход просто переключился (загорается светодиод выхода).Удалите источник тепла от NTC, в зависимости от гистерезиса цепи выход должен отключиться в течение нескольких секунд.
Повторите процедуру много раз, чтобы подтвердить ее правильное функционирование.
Это завершает настройку этого холодильного термостата и готова к интеграции с любым холодильником или аналогичным устройством для точного и постоянного регулирования его работы.

Список деталей

R2 = Предустановка 10KR3,

R9 = 56 OHM / 1watt

С1 = 105 / 400В

С2 = 100uF / 25V

Z1 = 12 В, 1 Вт стабилитрон

*вариант через оптопару, добавлен выключатель и диодный мост в блок питанания

Как создать автоматическую цепь контроллера температуры холодильника

Идея этой схемы была предложена мне одним из острых читателей этого блога г-ном Густаво. Я опубликовал одну подобную схему автоматического термостата холодильника, однако схема была предназначена для определения более высокого уровня температуры, доступного в задней части решетки холодильников.

Введение

Г-н Густаво не совсем понял эту идею, и он попросил меня разработать схему термостата холодильника, которая могла бы ощущать холодные температуры внутри холодильника, а не горячие температуры в задней части холодильника.
Поэтому с некоторыми усилиями я мог бы найти настоящую ЦЕПНУЮ СХЕМУ контроллера температуры холодильника, давайте изучим эту идею со следующими моментами:
Как функции цепей
Концепция не очень новая, ни уникальная, это обычная концепция компаратора, которая была включена здесь.

IC 741 был сфальсифицирован в стандартном режиме компаратора, а также в качестве схемы без инвертирующего усилителя.
Термистор NTC становится основным чувствительным компонентом и специально отвечает за чувствительность к холодным температурам.
NTC означает отрицательный температурный коэффициент, что означает, что сопротивление термистора будет возрастать по мере того, как температура вокруг него падает.
Следует отметить, что NTC должен быть оценен в соответствии с данными спецификациями, иначе система не будет функционировать должным образом.
Предустановленный P1 используется для установки точки отключения IC.
Когда температура внутри холодильника падает ниже порогового уровня, сопротивление термистора становится достаточно высоким и уменьшает напряжение на инвертирующем штифте ниже уровня неинвертирующего пин-напряжения.
Это мгновенно делает вывод IC высоким, активируя реле и выключая компрессор холодильника.
P1 должен быть установлен таким образом, чтобы выход операционного усилителя становился высоким при нулевом градусе Цельсия.
Небольшой гистерезис, введенный схемой, приходит как благо или, скорее, замаскированное благословение, потому что из-за этого схема не переключается быстро на пороговых уровнях, а реагирует только после того, как температура поднялась примерно на пару градусов выше уровня отключения.
Например, предположим, что если уровень срабатывания установлен на нулевом уровне, IC отключит реле в этой точке, а компрессор холодильника также будет выключен, температура внутри холодильника теперь начнет расти, но ИС не переключится немедленно, но сохраняет свое положение до тех пор, пока температура не повысится, по крайней мере, до 3 градусов по Цельсию выше нуля.


Если у вас есть дополнительные вопросы относительно этой автоматической схемы регулятора температуры холодильника, вы можете выразить то же самое через свои комментарии

Регулирование RP1, RP2 может быть заданными точками контроля температуры, 555 временной схемой инвертирования схем Шмитта с использованием реле для достижения автоматического управления.


Датчик температуры своими руками

Зависимость падения напряжения на p-n переходе полупроводников от температуры, как нельзя лучше подходит для создания нашего самодельного датчика.

Рекомендуем также

схема и пошаговая инструкция по изготовлению самодельного устройства. Так же часто применяют полупроводниковые детали

Простой электронный терморегулятор своими руками. Предлагаю способ изготовления самодельного терморегулятора для поддержания комфортной температуры в помещении в холодное время. Термостат позволяет коммутировать мощность до 3,6 кВт. Самая важная часть любой радиолюбительской конструкции это корпус. Красивый и надежный корпус позволит обеспечить длительную жизнь любому самодельному устройству. В показанном ниже варианте терморегулятора применен удобный малогабаритный корпус и вся силовая электроника от продаваемого в магазинах электронного таймера. Самодельная электронная часть построена на микросхеме компараторе LM311.

Описание работы схемы

Датчиком температуры является терморезистор R1 номиналом 150к типа ММТ-1. Датчик R1 вместе с резисторами R2,R3,R4 и R5 образуют измерительный мост. Конденсаторы С1-С3 установлены для подавления помех. Переменный резистор R3 осуществляет балансировку моста, то есть задает температуру.

Если температура термодатчика R1 снизится ниже заданной, то его сопротивление повысится. Напряжение на входе 2 микросхемы LM311 станет больше чем на входе 3. Компаратор сработает и на его выходе 4 установится высокий уровень, поданное напряжение на электронную схему таймера через светодиод HL1 приведет к срабатываю реле и включению устройства обогрева. Одновременно загорится светодиод HL1, показывая включение нагрева. Сопротивление R6 создает отрицательную обратную связь между выходом 7 и входом 2 . Это позволяет установить гистерезис, то есть нагрев включается при температуре меньшей, чем выключается.Питание на плату подается от электронной схемы таймера. Резистор R1 помещаемый снанужи требует тщательной изоляции, так как питание терморегулятора безтрансформаторное и не имеет гальванической развязки от сети, то есть опасное сетевое напряжение присутствует на элементах устройства . Порядок изготовления терморегулятора и как осуществлена изоляция терморезистора показано ниже.

Как сделать терморегулятор своими руками

1. Вскрывается донор корпуса и силовой схемы — электронный таймер CDT-1G. На сером трехжильном шлейфе установлен микроконтроллер таймера. Отпаиваем шлейф от платы. Отверстия для проводов шлейфа имеют маркировку (+) — питание +5 Вольт, (О) — подача управляющего сигнала, (-) — минус питания. Коммутировать нагрузку будет электромагнитное реле.

2. Так как питание схемы от силового блока не имеет гальванической развязки от сети, то все работы по проверки и настройке схемы проводим от безопасного источника питания 5 вольт. Сначала на стенде проверяем работоспособность элементов схемы.

3. После проверки элементов схемы конструкция собирается на плате. Плата для устройства не разрабатывалась и собрана на куске макетной платы. После сборки также проводится проверка работоспособности на стенде.

4. Термодатчик R1 установлен снаружи на боковой поверхности корпуса блок- розетки, проводники изолированы термоусадочной трубкой. Для недопущения контакта с датчиком, но и сохранения доступа наружного воздуха к датчику сверху установлена защитная трубка. Трубка изготовлена из средней части шариковой авторучки. В трубке вырезано отверстие для установки на датчик. Трубка приклеена к корпусу.

5. Переменный резистор R3 установлен на верхней крышке корпуса, там же сделано отверстие для светодиода. Корпус резистора полезно для безопасности покрыть слоем изоленты.

6. Ручка регулировки для резистора R3 самодельная и изготовлена своими руками из старой зубной щетки подходящей формы:).

Предлагаемый проверенный и неплохо себя зарекомендовавший термостат работает в диапазоне 0 – 100°С. Он осуществляет электронный контроль температуры, коммутируя нагрузку через реле. Схема собрана с использованием доступных микросхем LM35 (датчик температуры), LM358 и TL431.

Схема электрическая термостата

Детали для устройства

  • IC1: LM35DZ температурный датчик
  • IC2: TL431 прецизионный источник опорного напряжения
  • IC3: двойной однополярный ОУ LM358.
  • LED1: 5 мм светодиод
  • В1: PNP транзистор A1015
  • Д1 – Д4: 1n4148 и 1N400x кремниевые диоды
  • ZD1: стабилитрон на 13 В, 400 мВт
  • Подстроечный резистор 2.2 к
  • Р1 – 10к
  • R2 – 4,7 М
  • Р3 – 1.2 К
  • Р4 – 1к
  • Р5 – 1к
  • Р6 – 33 Ом
  • С1 – 0.1 мкф керамический
  • С2 – 470 мкФ электролитический
  • Реле на 12 В постоянного тока однополюсное двухпозиционное 400 Ω или выше

Устройство выполняет простой, но очень точный тепловой контроль тока, которая может использоваться там, где необходим автоматический контроль температуры. Схема переключает реле в зависимости от температуры, определяемой однокристальным датчиком LM35DZ. Когда LM35DZ обнаруживает температуру выше, чем заданный уровень (установленный регулятором), реле срабатывает. Когда температура падает ниже заданной температуры – реле обесточивается. Таким образом и удерживается нужное значение инкубатора, термостата, системы подогрева дома и так далее. Схема может питаться от любого источника переменного или постоянного тока 12 В, или от автономного аккумулятора. Существует несколько версий датчика температуры LM35:

  • LM35CZ и LM35CAZ (в to-92 корпусе) − 40 – +110C
  • LM35DZ (в to-92 корпус) 0 – 100с.
  • LM35H и LM35AH (в-46 корпус) − 55 – +150C

Принцип работы

Как работает терморегулятор. Основой схемы является температурный датчик, который представляет собой преобразователь градусы – вольты. Выходное напряжение (на выводе 2) линейно изменяется вместе с температурой от 0 В (при нуле) до 1000 мВ (при 100 градусах). Это значительно упрощает расчет цепи, так как нам нужно только обеспечить прецизионный источник опорного напряжения (TL431) и точный компаратор (А1 LM358) с целью построения полной тепловой управляемости коммутатором. Регулятор и резистор задают опорное напряжение (vref) 0 – 1.62 В. Компаратор (А1) сравнивает опорное напряжение vref от (установленного регулятором) с выходным напряжением LM35DZ и решает, следует ли включить или выключить питание реле. Цель резистора R2 создать гистерезис, который помогает предотвратить дребезг реле. Гистерезис обратно пропорционален значению R2.

Настройка

Никаких специальных приборов требуется. Например, чтобы установить 70С срабатывания подключите цифровой вольтметр или мультиметр через тестовые точки “ТР1” и “масса”. Отрегулируйте vr1, пока не получите точное значение 0,7 В на вольтметре. Другой вариант схемы, с использованием микроконтроллера, смотрите .

Работу газового или электрического котла можно оптимизировать, если задействовать внешнее управление агрегатом. Для этой цели предназначены выносные терморегуляторы, имеющиеся в продаже. Понять, что это за приборы и разобраться в их разновидностях поможет данная статья. Также в ней будет рассмотрен вопрос, как собрать термореле своими руками.

Назначение терморегуляторов

Любой электрический или газовый котел оборудован комплектом автоматики, отслеживающей нагрев теплоносителя на выходе из агрегата и отключающей основную горелку при достижении заданной температуры. Снабжены подобными средствами и твердотопливные котлы. Они позволяют поддерживать температуру воды в определенных пределах, но не более того.

При этом климатические условия в помещениях или на улице не учитываются. Это не слишком удобно, домовладельцу приходится постоянно подбирать подходящий режим работы котла самостоятельно. Погода может изменяться в течении дня, тогда в комнатах становится жарко либо прохладно. Было бы гораздо удобнее, если автоматика котла ориентировалась на температуру воздуха в помещениях.

Чтобы управлять работой котлав зависимости от фактической температуры, используются различные термореле для отопления. Будучи подключенным к электронике котла, такое реле отключает и запускает нагрев, поддерживая необходимую температуру воздуха, а не теплоносителя.

Виды термореле

Обычный терморегулятор представляют собой небольшой электронный блок, устанавливаемый на стене в подходящем месте и присоединенный к источнику тепла проводами. На передней панели есть только регулятор температуры, это самая дешевая разновидность прибора.

Кроме нее, существуют и другие виды термореле:

  • программируемые: ммеют жидкокристаллический дисплей, подключаются с помощью проводов либо используют беспроводную связь с котлом. Программа позволяет задать изменение температуры в определенные часы суток и по дням в течение недели;
  • такой же прибор, только снабженный модулем GSM;
  • автономный регулятор с питанием от собственной батареи;
  • беспроводное термореле с выносным датчиком для управления процессом нагрева в зависимости от температуры окружающей среды.

Примечание. Модель, где датчик расположен снаружи здания, обеспечивает погодозависимое регулирование работой котельной установки. Способ считается наиболее эффективным, так как источник тепла реагирует на изменение погодных условий еще до того, как они повлияют на температуру внутри здания.

Многофункциональные термореле, которые можно программировать, существенно экономят энергоносители. В те часы суток, когда дома никого нет, поддерживать высокую температуру в комнатах нет смысла. Зная рабочее расписание своей семьи, домовладелец всегда может запрограммировать реле температуры так, чтобы в определенные часы температура воздуха снижалась, а за час до прихода людей включался нагрев.

Бытовые терморегуляторы, укомплектованные GSM – модулем, способны обеспечить дистанционное управление котельной установкой посредством сотовой связи. Бюджетный вариант – отправка уведомлений и команд в виде SMS – сообщений с мобильного телефона. Продвинутые версии приборов имеют собственные приложения, устанавливаемые на смартфон.

Как собрать термореле самостоятельно?

Приборы для регулирования отопления, имеющиеся в продаже, достаточно надежны и нареканий не вызывают. Но при этом они стоят денег, а это не устраивает тех домовладельцев, кто хоть немного разбирается в электротехнике или электронике. Ведь понимая, как должно функционировать такое термореле, можно собрать и подключить его к теплогенератору своими руками.

Конечно, сделать сложный программируемый прибор под силу далеко не каждому. Кроме того, для сборки подобной модели необходимо закупить комплектующие, тот же микроконтроллер, цифровой дисплей и прочие детали. Если вы в этом деле человек новый и разбираетесь в вопросе поверхностно, то стоит начать с какой-нибудь простой схемы, собрать и запустить ее в работу. Достигнув положительного результата, можно замахнуться на что-то более серьезное.

Для начала надо иметь представление, из каких элементов должно состоять термореле с регулировкой температуры. Ответ на вопрос дает принципиальная схема, представленная выше и отражающая алгоритм действия прибора. Согласно схеме, любой терморегулятор должен иметь элемент, измеряющий температуру и отправляющий электрический импульс в блок обработки. Задача последнего – усилить либо преобразовать этот сигнал таким образом, чтобы он послужил командой исполнительному элементу – реле. Дальше мы представим 2 простые схемы и поясним их работу в соответствии с этим алгоритмом, не прибегая к специфическим терминам.

Схема со стабилитроном

Стабилитрон – это тот же полупроводниковый диод, пропускающий ток лишь в одну сторону. Отличие от диода заключается в том, что у стабилитрона имеется управляющий контакт. Пока к нему подводится установленное напряжение, элемент открыт и ток идет по цепи. Когда его величина становится ниже предельной, цепь разрывается. Первый вариант – это схема термореле, где стабилитрон играет роль логического управляющего блока:

Как видите, схема разделена на две части. С левой стороны изображена часть, предшествующая управляющим контактам реле (обозначение К1). Здесь измерительным блоком является термический резистор (R4), его сопротивление уменьшается с ростом температуры окружающей среды. Ручной регулятор температуры – это переменный резистор R1, питание схемы – напряжение 12 В. В обычном режиме на управляющем контакте стабилитрона присутствует напряжение более 2.5 В, цепь замкнута, реле включено.

Совет. Блоком питания 12 В может служить любой прибор из недорогих, имеющихся в продаже. Реле – герконовое марки РЭС55А или РЭС47, термический резистор – КМТ, ММТ или им подобный.

Как только температура возрастет выше установленного предела, сопротивление R4 упадет, напряжение станет меньше, чем 2.5 В, стабилитрон разорвет цепь. Следом то же самое сделает и реле, отключив силовую часть, чья схема показана справа. Тут простое термореле для котла снабжено симистором D2, что вместе с замыкающими контактами реле служит исполнительным блоком. Через него проходит напряжение питания котла 220 В.

Схема с логической микросхемой

Эта схема отличается от предыдущей тем, что вместо стабилитрона в ней задействована логическая микросхема К561ЛА7. Датчиком температуры по-прежнему служит терморезистор (обозначение – VDR1), только теперь решение о замыкании цепи принимает логический блок микросхемы. Кстати, марка К561ЛА7 производится еще с советских времен и стоит сущие копейки.

Для промежуточного усиления импульсов задействован транзистор КТ315, с той же целью в конечном каскаде установлен второй транзистор – КТ815. Данная схема соответствует левой части предыдущей, силовой блок здесь не показан. Как нетрудно догадаться, он может быть аналогичным – с симистором КУ208Г. Работа такого самодельного термореле проверена на котлах ARISTON, BAXI, Дон.

Заключение

Самостоятельно подключить термореле к котлу – дело несложное, на эту тему в интернете имеется масса материалов. А вот изготовить его своими руками с нуля не так и просто, кроме того, нужен измеритель напряжения и тока, чтобы произвести настройку. Покупать готовое изделие или браться за его изготовление самому – решение принимать вам.

В быту и подсобном хозяйстве часто требуется поддерживать температурный режим какого-либо помещения. Ранее для этого требовалась достаточно огромная схема, выполненная на аналоговых элементах, одну такую мы рассмотрим для общего развития. Сегодня все намного проще, если возникает необходимо поддерживать температуру в диапазоне от -55 до +125°C, то с поставленной целью может отлично справиться программируемый термометр и термостат DS1821.


Схема терморегулятора на специализированном температурном датчике. Этот термодатчик DS1821 можно дешево купить в АЛИ Экспресс (для заказа кликните на рисунок чуть выше)

Порог температуры включения и отключения термостата задается значениями TH и TL в памяти датчика, которые требуется запрограммировать в DS1821. В случае превышения температуры выше значения записанного в ячейку TH на выходе датчика появится уровень логической единицы. Для защиты от возможных помех, схема управления нагрузкой реализована так, что первый транзистор запирается в ту полуволну сетевого напряжения, когда оно равно нулю, подавая тем самым напряжение смещения на затвор второго полевого транзистора, который включает оптосимистор, а тот уже открывает смистор VS1 управляющий нагрузкой. В качестве нагрузки может быть любое устройство, например электродвигатель или обогреватель. Надежность запирания первого транзистора нужно настроить путем подбора нужного номинала резистора R5.

Датчик температуры DS1820 способен фиксировать температуру от -55 до 125 градусов и работать в режиме термостата.


Схема терморегулятора на датчике DS1820

Если температуры превысит верхний порог TH, то на выходе DS1820 будет логическая единица, нагрузка отключится сети. Если температура опустится ниже нижнего запрограммированного уровня TL то на выходе температурного датчика появится логический ноль и нагрузка будет включена. Если остались непонятные моменты, самодельная конструкция была позаимствована из №2 за 2006 год.

Сигнал с датчика проходит на прямой вывод компаратора на операционном усилителе CA3130. На инвертирующий вход этого же ОУ, поступает опорное напряжение с делителя. Переменным сопротивлением R4 задают требуемый температурный режим.


Схема терморегулятора на датчике LM35

Если на прямом входе потенциал ниже установленного на выводе 2, то на выходе компаратора будем иметь уровень, около 0,65 вольта, а если наоборот, то на выходе компаратора получим высокий уровень около 2,2 вольта. Сигнал с выхода ОУ через транзисторы управляет работой электромагнитного реле. При высоком уровне оно включается, а при низком выключается, коммутируя своими контактами нагрузку.

TL431 – это программируемый стабилитрон. Используется в роли источника опорного напряжения и источника питания для схем с малым потреблением. Требуемый уровень напряжения, на управляющем выводе микросборки TL431, задается с помощью делителя на резисторах Rl, R2 и терморезисторе с отрицательным ТКС R3.

Если на управляющем выводе TL431 напряжение выше 2,5В, микросхема пропускает ток и включает электромагнитное реле. Реле коммутирует управляющий вывод симистора и подключает нагрузку. С увеличением температуры, сопротивление термистора и потенциал на управляющем контакте TL431 снижается ниже 2,5В, реле отпускает свои фронтовые контакты и отключает обогреватель.

С помощью сопротивления R1 регулируем уровень нужной температуры, для включения обогревателя. Данная схема способна управлять нагревательным элементом до 1500 Вт. Реле подойдет РЭС55А с рабочим напряжением 10…12 В или его аналог.

Конструкция аналогового терморегулятора используется для поддержания заданной температуры внутри инкубатора, или в ящике на балконе для хранения овощей зимой. Питание организовано от автомобильного аккумулятора на 12 вольт.

Конструкция состоит из реле в случае падения температуры и отключает при повышении заложенного порога.


Температура, срабатывания реле термостата задается уровнем напряжения на контактах 5 и 6 микросхемы К561ЛЕ5, а температура отключения реле – потенциалом на выводах 1 и 21. Разницу температур контролируется падением напряжения на резисторе R3. В роли температурного датчика R4 используется терморезистор с отрицательным ТКС, т.е .

Конструкция небольшая и состоит всего из двух блоков- измерительного на базе компаратора на ОУ 554СА3 и коммутатора нагрузки до 1000 Вт построенного на регуляторе мощности КР1182ПМ1.

На третий прямой вход ОУ поступает постоянное напряжение с делителя напряжения состоящего из сопротивлений R3 и R4. На четвертый инверсный вход подается напряжение с другого делителя на сопротивлении R1 и терморезистор ММТ-4 R2.


Датчиком температуры является терморезистор находящейся в стеклянной колбе с песком, которую располагают в аквариуме. Главным узлом конструкции является м/с К554САЗ – компаратор напряжения.

От делителя напряжений в состав которого входит и терморезистор, управляющее напряжение идет на прямой вход компаратора. Другой вход компаратора используется для регулировки требуемой температуры. Из сопротивлений R3, R4, R5 выполнен делитель напряжения, который образуют чувствительный к изменениям температуры мост. При изменяется температуры воды в аквариуме, сопротивление терморезистора тоже меняется. Это создает дисбаланс напряжений на входах компаратора.

В зависимости от разности напряжений на входах будет изменяться выходное состояние компаратора. Нагреватель сделан так, что при снижении температуры воды терморегулятор аквариума автоматически запускался, а при повышении, наоборот выключался. Компаратор имеет два выхода, коллекторный и эмиттерный. Для управления полевым транзистором требуется положительное напряжение, поэтому, именно коллекторный выход компаратора подключен к плюсовой линии схемы. Управляющий сигнал получается с эмиттерного вывода. Сопротивления R6 и R7 являются выходной нагрузки компаратора.

Для включения и выключения нагревательного элемента в терморегуляторе использован полевой транзистор IRF840. Для разряда затвора транзистора присутствует диод VD1.

В схеме терморегулятора использован бестрансформаторный блок питания. Лишнее переменное напряжение уменьшается за счет реактивного сопротивления емкости С4.

Основа первой конструкции терморегулятора – микроконтроллер PIC16F84A с датчик температуры DS1621 обладающим интерфейс l2C. В момент включения питания, микроконтроллер сначала инициализирует внутренние регистры температурного датчика, а затем проводит его настройку. Терморегулятор на микроконтроллере во втором случае выполнен уже на PIC16F628 с датчиком DS1820 и управляет подключенной нагрузкой с помощью контактов реле.


Датчик температуры своими руками

Зависимость падения напряжения на p-n переходе полупроводников от температуры, как нельзя лучше подходит для создания нашего самодельного датчика.

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:

  1. Температурные датчики – контролируют уровень температуры, формируя электрические импульсы соответствующей величины.
  2. Аналитический блок – обрабатывает электрические сигналы поступающие от датчиков и производит конвертацию значения температуры в величину, характеризующую положение исполнительного органа.
  3. Исполнительный орган – регулирует подачу, на величину указанную аналитическим блоком.

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.

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.

Как сделать своими руками

Сделанные собственноручно регуляторы получили широкое применение в бытовых условиях, тем более, что необходимые электронные детали и схемы всегда можно найти. Подогрев воды в аквариуме, включение вентилирования помещения при повышении температуры и многие другие несложные технологические операции вполне можно переложить на такую автоматику.

Схемы авторегуляторов

В настоящее время, у любителей самодельной электроники, популярностью пользуются две схемы автоматического управления:

  1. На основе регулируемого стабилитрона типа TL431 – принцип работы состоит в фиксации превышения порога напряжения в 2,5 вольт. Когда на управляющем электроде он будет пробит, стабилитрон приходит в открытое положение и через него проходит нагрузочный ток. В том случае, когда напряжение не пробивает порог в 2,5 вольт, схема приходит в закрытое положение и отключает нагрузку. Достоинство схемы в предельной простоте и высокой надежности, так как стабилитрон оснащается только одним входом, для подачи регулируемого напряжения.
  2. Тиристорная микросхема типа К561ЛА7, либо ее современный зарубежный аналог CD4011B – основным элементом является тиристор Т122 или КУ202, выполняющий роль мощного коммутирующего звена. Потребляемый схемой ток в нормальном режиме не превышает 5 мА, при температуре резистора от 60 до 70 градусов. Транзистор приходит в открытое положение при поступлении импульсов, что в свою очередь является сигналом для открытия тиристора. При отсутствии радиатора, последний приобретает пропускную способность до 200 Вт. Для увеличения этого порога, понадобится установка более мощного тиристора, либо оснащение уже имеющегося радиатором, что позволит довести коммутируемую способность до 1 кВт.

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:

  • Паяльник импульсный или обычный с тонким нагревательным элементом.
  • Печатная плата.
  • Припой и флюс.
  • Кислота для вытравливания дорожек.
  • Электронные детали согласно выбранной схемы.

Схема терморегулятора

Пошаговое руководство

  1. Электронные элементы необходимо разместить на плате с таким расчетом, чтобы их легко было монтировать, не задевая паяльником соседние, возле деталей активно выделяющих тепло, расстояние делают несколько большим.
  2. Дорожки между элементами протравливаются согласно рисунку, если такого нет, то предварительно выполняется эскиз на бумаге.
  3. Обязательно проверяется работоспособность каждого элемента и только после этого выполняется посадка на плату с последующим припаиванием к дорожкам.
  4. Необходимо проверять полярность диодов, триодов и других деталей в соответствии со схемой.
  5. Для пайки радиодеталей не рекомендуется использовать кислоту, поскольку она может закоротить близкорасположенные соседние дорожки, для изоляции, в пространство между ними добавляется канифоль.
  6. После сборки, выполняется регулировка устройства, путем подбора оптимального резистора для максимально точного порога открывания и закрывания тиристора.

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:

  • Выход из строя регулировочного резистора – случается наиболее часто, поскольку изнашиваются медные дорожки, внутри элемента, по которым скользит электрод, решается заменой детали.
  • Перегрев тиристора или триода – неправильно была подобрана мощность или прибор находится в плохо вентилируемой зоне помещения. Чтобы в дальнейшем избежать подобного, тиристоры оборудуются радиаторами, либо же следует переместить терморегулятор в зону с нейтральным микроклиматом, что особенно актуально для влажных помещений.
  • Некорректная регулировка температуры – возможно повреждение терморезистора, коррозия или грязь на измерительных электродах.

Преимущества и недостатки

Несомненно, использование автоматического регулирования, уже само по себе является преимуществом, так как потребитель энергии получает такие возможности:

  • Экономия энергоресурсов.
  • Постоянная комфортная температура в помещении.
  • Не требуется участие человека.

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.

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.

Схема тиристорного регулятора мощности без помех

Для того, чтобы получить качественную и красивую пайку требуется правильно подобрать мощность паяльника и обеспечить определенную температуру его жала в зависимости от марки применяемого припоя. Предлагаю несколько схем самодельных тиристорных регуляторов температуры нагрева паяльника, которые с успехом заменят многие промышленные несравнимые по цене и сложности.

Внимание, нижеприведенные тиристорные схемы регуляторов температуры гальванически не развязаны с эклектической сетью и прикосновение к токоведущим элементам схемы может привести к поражению электрическим током!

Для регулировки температуры жала паяльника применяют паяльные станции, в которых в ручном или автоматическом режиме поддерживается оптимальная температура жала паяльника. Доступность паяльной станции для домашнего мастера ограничена высокой ценой. Для себя я вопрос по регулированию температуры решил, разработав и изготовив регулятор с ручной плавной регулировкой температуры. Схему можно доработать для автоматического поддержания температуры, но я не вижу в этом смысла, да и практика показала, вполне достаточно ручной регулировки, так как напряжение в сети стабильно и температура в помещении тоже.

Классическая тиристорная схема регулятора

Классическая тиристорная схема регулятора мощности паяльника не соответствовала одному из главных моих требований, отсутствию излучающих помех в питающую сеть и эфир. А для радиолюбителя такие помехи делают невозможным полноценно заниматься любимым делом. Если схему дополнить фильтром, то конструкция получится громоздкой. Но для многих случаев использования такая схема тиристорного регулятора может с успехом применяться, например, для регулировки яркости свечения ламп накаливания и нагревательных приборов мощностью 20-60вт. Поэтому я и решил представить эту схему.

Для того, что понять как работает схема, остановлюсь подробнее на принципе работы тиристора. Тиристор, это полупроводниковый прибор, который либо открыт, либо закрыт. чтобы его открыть, нужно на управляющий электрод подать положительное напряжение 2-5 В в зависимости от типа тиристора, относительно катода (на схеме обозначен k). После того, как тиристор открылся (сопротивление между анодом и катодом станет равно 0), закрыть его через управляющий электрод не возможно. Тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение между его анодом и катодом (на схеме обозначены a и k) не станет близким к нулевому значению. Вот так все просто.

Работает схема классического регулятора следующим образом. Сетевое напряжение переменного тока подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника), на мостовую схему выпрямителя, выполненную на диодах VD1-VD4. Диодный мост преобразует переменное напряжение в постоянное, изменяющееся по синусоидальному закону (диаграмма 1). При нахождении среднего вывода резистора R1 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 начинает заряжаться. Когда С1 зарядится до напряжения 2-5 В, через R2 ток пойдет на управляющий электрод VS1. Тиристор откроется, закоротит диодный мост и через нагрузку пойдет максимальный ток (верхняя диаграмма).

При повороте ручки переменного резистора R1, его сопротивление увеличится, ток заряда конденсатора С1 уменьшится и надо будет больше времени, чтобы напряжение на нем достигло 2-5 В, по этому тиристор уже откроется не сразу, а спустя некоторое время. Чем больше будет величина R1, тем больше будет время заряда С1, тиристор будет открываться позднее и получаемая мощность нагрузкой будет пропорционально меньше. Таким образом, вращением ручки переменного резистора, осуществляется управление температурой нагрева паяльника или яркостью свечения лампочки накаливания.

Выше приведена классическая схема тиристорного регулятора выполненная на тиристоре КУ202Н. Так как для управления этим тиристором нужен больший ток (по паспорту 100 мА, реальный около 20 мА), то уменьшены номиналы резисторов R1 и R2, а R3 исключен, а величина электролитического конденсатора увеличена. При повторении схемы может возникнуть необходимость увеличения номинала конденсатора С1 до 20 мкФ.

Простейшая тиристорная схема регулятора

Вот еще одна самая простая схема тиристорного регулятора мощности, упрощенный вариант классического регулятора. Количество деталей сведено к минимуму. Вместо четырех диодов VD1-VD4 используется один VD1. Принцип работы ее такой же, как и классической схемы. Отличаются схемы только тем, что регулировка в данной схеме регулятора температуры происходит только по положительному периоду сети, а отрицательный период проходи через VD1 без изменений, поэтому мощность можно регулировать только в диапазоне от 50 до 100%. Для регулировки температуры нагрева жала паяльника большего и не требуется. Если диод VD1 исключить, то диапазон регулировки мощности станет от 0 до 50%.

Если в разрыв цепи от R1 и R2 добавить динистор, например КН102А, то электролитический конденсатор С1 можно будет заменить на обыкновенный емкостью 0,1 mF. Тиристоры для выше приведенных схем подойдут, КУ103В, КУ201К (Л), КУ202К (Л, М, Н), рассчитанные на прямое напряжение более 300 В. Диоды тоже практически любые, рассчитанные на обратное напряжение не менее 300 В.

Приведенные выше схемы тиристорных регуляторов мощности с успехом можно применять для регулирования яркости свечения светильников, в которых установлены лампочки накаливания. Регулировать яркость свечения светильников, в которых установлены энергосберегающие или светодиодные лампочками, не получится, так как в таких лампочках вмонтированы электронные схемы, и регулятор просто будет нарушать их нормальную работу. Лампочки будут светить на полную мощность или мигать и это может даже привести к преждевременному выходу их из строя.

Схемы можно применять для регулировки при питающем напряжении в сети переменного тока 36 В или 24 В. Нужно только на порядок уменьшить номиналы резисторов и применить тиристор, соответствующий нагрузке. Так паяльник мощностью 40 Вт при напряжении 36 В будет потреблять ток 1,1 А.

Тиристорная схема регулятора не излучающая помехи

Главное отличие схемы представляемого регулятора мощности паяльника от выше представленных, это полное отсутствие радиопомех в электрическую сеть, так как все переходные процессы происходят во время, когда напряжение в питающей сети равно нулю.

Приступая к разработке регулятора температуры для паяльника, я исходил из следующих соображений. Схема должна быть простой, легко повторяемой, комплектующие должны быть дешевыми и доступными, высокая надежность, габариты минимальными, КПД близок к 100%, отсутствие излучающих помех, возможность модернизации.

Работает схема регулятора температуры следующим образом. Напряжение переменного тока от питающей сети выпрямляется диодным мостом VD1-VD4. Из синусоидального сигнала получается постоянное напряжение, изменяющееся по амплитуде как половина синусоиды с частотой 100 Гц (диаграмма 1). Далее ток проходит через ограничительный резистор R1 на стабилитрон VD6, где напряжение ограничивается по амплитуде до 9 В, и имеет уже другую форму (диаграмма 2). Полученные импульсы заряжают через диод VD5 электролитический конденсатор С1, создавая питающее напряжение около 9 В для микросхем DD1 и DD2. R2 выполняет защитную функцию, ограничивая максимально возможное напряжение на VD5 и VD6 до 22 В, и обеспечивает формирование тактового импульса для работы схемы. С R1 сформированный сигнал подается еще на 5 и 6 выводы элемента 2ИЛИ-НЕ логической цифровой микросхемы DD1.1, которая инвертирует поступающий сигнал и преобразовывает в короткие импульсы прямоугольной формы (диаграмма 3). С 4 вывода DD1 импульсы поступают на 8 вывод D триггера DD2.1, работающего в режиме RS триггера. DD2.1 тоже, как и DD1.1 выполняет функцию инвертирования и формирования сигнала (диаграмма 4).

Обратите внимание, что сигналы на диаграмме 2 и 4 практически одинаковые, и казалось, что можно сигнал с R1 подавать прямо на 5 вывод DD2.1. Но исследования показали, что в сигнале после R1 находится много приходящих из питающей сети помех и без двойного формирования схема работала не стабильно. А ставить дополнительно LC фильтры, когда есть свободные логические элементы не целесообразно.

На триггере DD2.2 собрана схема управления регулятора температуры паяльника и работает она следующим образом. На вывод 3 DD2.2 с вывода 13 DD2.1 поступают прямоугольные импульсы, которые положительным фронтом перезаписывают на выводе 1 DD2.2 уровень, который в данный момент присутствует на D входе микросхемы (вывод 5). На выводе 2 сигнал противоположного уровня. Рассмотрим работу DD2.2 подробно. Допустим на выводе 2, логическая единица. Через резисторы R4, R5 конденсатор С2 зарядится до напряжения питания. При поступлении первого же импульса с положительным перепадом на выводе 2 появится 0 и конденсатор С2 через диод VD7 быстро разрядится. Следующий положительный перепад на выводе 3 установит на выводе 2 логическую единицу и через резисторы R4, R5 конденсатор С2 начнет заряжаться.

Время заряда определяется постоянной времени R5 и С2. Чем величина R5 больше, тем дольше будет заряжаться С2. Пока С2 не зарядится до половины питающего напряжения на выводе 5 будет логический ноль и положительные перепады импульсов на входе 3 не будут изменять логический уровень на выводе 2. Как только конденсатор зарядится, процесс повторится.

Таким образом, на выходы DD2.2 будет проходить только заданное резистором R5 количество импульсов из питающей сети, и самое главное, перепады этих импульсов будут происходить, во время перехода напряжения в питающей сети через ноль. Отсюда и отсутствие помех от работы регулятора температуры.

С вывода 1 микросхемы DD2.2 импульсы подаются на инвертор DD1.2, который служит для исключения влияния тиристора VS1 на работу DD2.2. Резистор R6 ограничивает ток управления тиристором VS1. Когда на управляющий электрод VS1 подается положительный потенциал, тиристор открывается и на паяльник подается напряжение. Регулятор позволяет регулировать мощность паяльника от 50 до 99%. Хотя резистор R5 переменный, регулировка за счет работы DD2.2 нагрева паяльника осуществляется ступенчато. При R5 равному нулю, подается 50% мощности (диаграмма 5), при повороте на некоторый угол уже 66% (диаграмма 6), далее уже 75% (диаграмма 7). Таким образом, чем ближе к расчетной мощности паяльника, тем плавне работает регулировка, что позволяет легко отрегулировать температуру жала паяльника. Например, паяльник 40 Вт, можно будет настроить на мощность от 20 до 40 Вт.

Конструкция и детали регулятора температуры

Все детали тиристорного регулятора температуры размещены на печатной плате из стеклотекстолита. Так как схема не имеет гальванической развязки с электрической сетью, плата помещена в небольшой пластмассовый корпус бывшего адаптера с электрической вилкой. На ось переменного резистора R5 надета ручка из пластмассы. Вокруг ручки на корпусе регулятора, для удобства регулирования степени нагрева паяльника, нанесена шкала с условными цифрами.

Шнур, идущий от паяльника, припаян непосредственно к печатной плате. Можно сделать подключение паяльника разъемным, тогда будет возможность подключать к регулятору температуры другие паяльники. Как это ни удивительно, но ток, потребляемый схемой управления регулятора температуры, не превышает 2 мА. Это меньше, чем потребляет светодиод в схеме подсветки выключателей освещения. Поэтому принятия специальных мер по обеспечению температурного режима устройства не требуется.

Микросхемы DD1 и DD2 любые 176 или 561 серии. Советский тиристор КУ103В можно заменить, например, современным тиристором MCR100-6 или MCR100-8, рассчитанные на ток коммутации до 0,8 А. В таком случае можно будет управлять нагревом паяльника мощностью до 150 Вт. Диоды VD1-VD4 любые, рассчитанные на обратное напряжение не менее 300 В и ток не менее 0,5 А. Отлично подойдет IN4007 (Uоб=1000 В, I=1 А). Диоды VD5 и VD7 любые импульсные. Стабилитрон VD6 любой маломощный на напряжение стабилизации около 9 В. Конденсаторы любого типа. Резисторы любые, R1 мощностью 0,5 Вт.

Регулятор мощности настраивать не требуется. При исправных деталях и без ошибок монтажа заработает сразу.

Схема разработана много лет назад, когда компьютеров и тем более лазерных принтеров не было в природе и поэтому чертеж печатной платы я делал по дедовской технологии на диаграммной бумаге с шагом сетки 2,5 мм. Затем чертеж приклеивал клеем «Момент» на плотную бумагу, а саму бумагу к фольгированному стеклотекстолиту. Далее сверлились отверстия на самодельном сверлильном станке и руками вычерчивались дорожки будущих проводников и контактные площадки для пайки деталей.

Чертеж тиристорного регулятора температуры сохранился. Вот его фотография. Изначально выпрямительный диодный мост VD1-VD4 был выполнен на микросборке КЦ407, но после того, как два раза микросборку разорвало, заменил ее четырьмя диодами КД209.

Как снизить уровень помех от тиристорных регуляторов

Для уменьшения помех излучаемых тиристорными регуляторами мощности в электрическую сеть применяют ферритовые фильтры, представляющие собой ферритовое кольцо с намотанными витками провода. Такие ферритовые фильтры можно встретить во всех импульсных блоках питания компьютеров, телевизоров и в других изделиях. Эффективным, подавляющим помехи ферритовым фильтром можно дооснастить любой тиристорный регулятор. Достаточно пропустить провод подключения к электрической сети через ферритовое кольцо.

Устанавливать ферритовый фильтр нужно как можно ближе к источнику помехи, то есть к месту установки тиристора. Ферритовый фильтр можно размещать как внутри корпуса прибора, так и с внешней его стороны. Чем больше витков, тем лучше ферритовый фильтр будет подавлять помехи, но достаточно и просто продеть сетевой провод через кольцо.

Ферритовое кольцо можно взять с интерфейсных проводов компьютерной техники, мониторов, принтеров, сканеров. Если Вы обратите внимание на провод, соединяющий системный блок компьютера с монитором или принтером, то заметите на проводе цилиндрическое утолщение изоляции. В этом месте находится ферритовый фильтр высокочастотных помех.

Достаточно ножиком разрезать пластиковую изоляцию и извлечь ферритовое кольцо. Наверняка у Вас или Ваших знакомых найдется не нужный интерфейсный кабель от струйного принтера или старого кинескопного монитора.


Виталий Александрович 15.12.2016

Александр Николаевич, добрый вечер.
Сегодня собрал по Вашей схеме регулятор под заглавием в статье “Простейшая тиристорная схема регулятора”. Но он у меня не работает, точнее, сильно греется конденсатор, два просто взорвались, если можно подскажите в чём причина.

Александр

Здравствуйте, Виталий Александрович!
Электролитический конденсатор может греться или взорваться если не соблюдена полярность его подключения или от превышения величины, поданного напряжения. В данной схеме величина напряжения на конденсаторе определяется величиной сопротивления нагрузки, R2 и от положения движка резистора R1. Расчетная его величина не должна превышать 25 В.

Поэтому и установлен конденсатор, рассчитанный на напряжение 25 В. Конденсатор выйдет из строя в случае пробоя диода VD1.
Любые бестрансформаторные схемы, работающие непосредственно от сети 220 В нужно очень аккуратно собирать, так как при ошибках элементы могут мгновенно выйти из строя.

Виталий Александрович

Оказалось, что напряжение конденсатора действительно ниже 25 В и второй вопрос. На сколько можно увеличить или уменьшить его ёмкость.

Александр

Емкость конденсатора не очень влияет на работу устройства и только определяет диапазон регулировки. Обычно емкость электролитических конденсаторов имеет разброс до 50%, так что его величину лучше определять экспериментально, включив в место паяльника электрическую лампочку. По ее яркости легко подобрать нужную емкость конденсатора и, в случае необходимости номиналы резисторов.

Руководство по основам работы с контроллером температуры

| Instrumart

Предоставлено Danaher Industrial Controls Group – автоматизация процессов, измерения и датчики
Просмотреть все контроллеры Danaher’s Partlow и West

Зачем нужны терморегуляторы?

Регуляторы температуры необходимы в любой ситуации, когда необходимо поддерживать стабильную заданную температуру. Это может быть в ситуации, когда объект требуется нагревать, охлаждать или и то, и другое, и поддерживать заданную температуру (заданное значение), независимо от изменения окружающая среда вокруг него.Есть два основных типа контроля температуры; разомкнутый и замкнутый контур управления. Открытый цикл – это наиболее простая форма и применяет непрерывный нагрев / охлаждение без учета фактической выходной температуры. Это аналог система внутреннего отопления в автомобиле. В холодный день вам может потребоваться включить огонь на полную, чтобы прогреть машину до 75 °. Тем не мение, в теплую погоду при той же настройке температура в салоне автомобиля будет намного выше желаемых 75 °.

Блок-схема управления без обратной связи

Управление по замкнутому циклу намного сложнее, чем по разомкнутому.В приложении с замкнутым контуром выходная температура постоянно измеряется и регулируется для поддержания постоянной выходной мощности при желаемой температуре. При управлении с обратной связью всегда учитывается выходной сигнал и передаст его обратно в процесс управления. Замкнутый контур управления аналогичен автомобилю с внутренним климатом. контроль. Если выставить температуру в машине 75 °, климат-контроль автоматически отрегулирует обогрев (в холодные дни). или охлаждение (в теплые дни) по мере необходимости для поддержания целевой температуры 75 °.

Блок-схема управления с обратной связью

Введение в регуляторы температуры

Контроллер температуры – это устройство, используемое для поддержания заданной температуры на заданном уровне.

Самый простой пример терморегулятора – обычный термостат, который можно найти в домах. Например, водонагреватель. использует термостат для контроля температуры воды и поддержания ее на определенном заданном уровне.Температура контроллеры также используются в духовках. Когда для духовки установлена ​​температура, контроллер контролирует фактическую температуру внутри. духовки. Если она упадет ниже установленной температуры, он отправит сигнал, чтобы активировать нагреватель, чтобы поднять температуру обратно до уставка. Термостаты также используются в холодильниках. Поэтому, если температура становится слишком высокой, контроллер инициирует действие, чтобы понижение температуры.

Приложения общего контроллера

Промышленные регуляторы температуры работают примерно так же, как и в обычных бытовых применениях.Базовая температура Контроллер обеспечивает управление промышленными или лабораторными процессами нагрева и охлаждения. В типичном приложении датчики измеряют фактическая температура. Эта измеренная температура постоянно сравнивается с заданным пользователем. Когда фактическая температура отклоняется от заданного значения контроллер генерирует выходной сигнал для активации других устройств регулирования температуры, таких как нагрев элементы или компоненты холодильного оборудования, чтобы вернуть температуру к заданному значению.

Общие области применения в промышленности

Контроллеры температуры используются в самых разных отраслях промышленности для управления производственными процессами или операциями. Некоторые Обычно регуляторы температуры используются в промышленности, включая машины для экструзии и литья пластмасс под давлением, а также термоформование. машины, упаковочные машины, пищевая промышленность, хранение продуктов питания и банки крови. Ниже приводится краткий обзор некоторых распространенных приложения для контроля температуры в промышленности:

  • Термообработка / Духовка
    Контроллеры температуры используются в печах и при термообработке в печах, печах для обжига керамики, котлах и т. Д. теплообменники.
  • Упаковка
    В мире упаковки оборудование, оснащенное сварочными планками, аппликаторами клея, функциями клея-расплава, туннелями для термоусадочной пленки или этикетками. аппликаторы должны работать при определенных температурах и продолжительности процесса. Контроллеры температуры точно регулируют эти операции для обеспечения выпуска продукции высокого качества.
  • Пластмассы
    Контроль температуры в пластмассовой промышленности является обычным для переносных чиллеров, бункеров и сушилок, а также для формования и экструзии. оборудование.В экструзионном оборудовании контроллеры температуры используются для точного мониторинга и контроля температуры при разные критические точки при производстве пластика.
  • Здравоохранение
    Контроллеры температуры используются в сфере здравоохранения для повышения точности контроля температуры. Обычное оборудование, использующее контроллеры температуры включают лабораторное и испытательное оборудование, автоклавы, инкубаторы, холодильное оборудование и камеры для выращивания кристаллизации и испытательные камеры, в которых должны храниться образцы или испытания должны проводиться в определенных условиях. температурные параметры.
  • Еда и напитки
    Общие области применения в пищевой промышленности, включающие регуляторы температуры, включают пивоварение, смешивание, стерилизацию и варочные и пекарские печи. Контроллеры регулируют температуру и / или время процесса для обеспечения оптимальной производительности.
Детали регулятора температуры

Все контроллеры имеют несколько общих частей. Во-первых, у контроллеров есть входы. Входные данные используются для измерения переменной в контролируемый процесс.В случае терморегулятора измеряемой переменной является температура.

Входы

Контроллеры температуры могут иметь несколько типов входов. Тип входного датчика и необходимый сигнал могут различаться в зависимости от от типа управляемого процесса. Типичные входные датчики включают термопары и резистивные тепловые устройства (RTD), а также линейные входы, такие как мВ и мА. Типичные стандартизованные типы термопар включают, среди прочего, типы J, K, T, R, S, B и L.

Контроллеры

также могут быть настроены на прием RTD в качестве входа для измерения температуры. Типичный RTD – это платиновый датчик на 100 Ом.

В качестве альтернативы, контроллеры могут быть настроены на прием сигналов напряжения или тока в диапазоне милливольт, вольт или миллиампер от других типов датчики, такие как датчики давления, уровня или потока. Типичные сигналы входного напряжения включают от 0 до 5 В постоянного тока, от 1 до 5 В постоянного тока, от 0 до 10 В постоянного тока и от 2 до 5 В постоянного тока. 10 В постоянного тока. Контроллеры также могут быть настроены на прием милливольтных сигналов от датчиков, которые включают от 0 до 50 мВ постоянного тока и от 10 до 50 мВ постоянного тока.Контроллеры также могут принимать миллиамперные сигналы, например, от 0 до 20 мА или от 4 до 20 мА.

Контроллер обычно включает функцию обнаружения неисправности или отсутствия входного датчика. Это называется датчиком. обнаружение перерыва. Необнаруженная эта неисправность может привести к значительному повреждению управляемого оборудования. Эта особенность позволяет контроллеру немедленно остановить процесс при обнаружении неисправности датчика.

Выходы

Помимо входов, у каждого контроллера есть выход.Каждый выход можно использовать для нескольких вещей, включая управление процесса (например, включение источника нагрева или охлаждения), инициировать аварийный сигнал или повторно передать значение процесса в программируемый логический контроллер (ПЛК) или регистратор.

Типичные выходы, снабженные контроллерами температуры, включают релейные выходы, драйверы твердотельных реле (SSR), симистор и линейные выходы. аналоговые выходы. Релейный выход обычно представляет собой однополюсное двухпозиционное реле с катушкой постоянного напряжения.Контроллер возбуждает катушку реле, обеспечивая изоляцию контактов. Это позволяет контактам управлять внешним источником напряжения для запитать катушку гораздо большего нагревательного контактора. Важно отметить, что номинальный ток контактов реле составляет обычно меньше 2А. Контакты могут управлять нагревательным контактором с номиналом 10–20 А, используемым нагревательными лентами или нагревательными элементами.

Другой тип вывода – это драйвер SSR. Выходы драйвера SSR – это логические выходы, которые включают или выключают твердотельное реле.Самый твердотельным реле требуется от 3 до 32 В постоянного тока для включения. Типичный сигнал включения драйвера SSR 10 В может управлять тремя твердотельными реле.

Симистор обеспечивает функцию реле без каких-либо движущихся частей. Это твердотельное устройство, контролирующее токи до 1 А. Симистор Выходы могут допускать небольшое количество утечки тока, обычно менее 50 мА. Этот ток утечки не влияет на нагрев цепи контактора, но это может быть проблемой, если выход используется для подключения к другой твердотельной цепи, такой как вход ПЛК.Если это вызывает беспокойство, лучше выбрать стандартный релейный контакт. Он обеспечивает абсолютный нулевой ток, когда на выходе обесточен и контакты разомкнуты.

На некоторых контроллерах имеются аналоговые выходы, которые выдают сигнал 0–10 В или сигнал 4–20 мА. Эти сигналы откалиброван так, чтобы сигнал изменялся в процентах от выходного сигнала. Например, если контроллер отправляет сигнал 0%, аналоговый выход будет 0 В или 4 мА. Когда контроллер отправляет сигнал 50%, на выходе будет 5 В или 12 мА.Когда Контроллер отправляет 100% сигнал, на выходе будет 10 В или 20 мА.

Другие параметры

Сравнение аварийных сигналов контроллера

У регуляторов температуры есть несколько других параметров, один из которых является уставкой. По сути, уставка – это набор целевых значений. оператором, которого контроллер стремится поддерживать устойчивым. Например, заданная температура 30 ° C означает, что Контроллер будет стремиться поддерживать температуру на этом значении.

Другой параметр – это значение срабатывания сигнализации. Это используется, чтобы указать, когда процесс достиг некоторого заданного состояния. Есть несколько вариаций по типам будильников. Например, аварийный сигнал высокого уровня может указывать на то, что температура стала выше, чем некоторые установить значение. Аналогичным образом, низкий сигнал тревоги указывает на то, что температура упала ниже некоторого установленного значения.

Например, в системе контроля температуры фиксированный высокий аварийный сигнал предотвращает повреждение оборудования источником тепла путем обесточивание источника, если температура превышает некоторое заданное значение.С другой стороны, низкий фиксированный сигнал тревоги может быть установите, если низкая температура может повредить оборудование в результате замерзания.

Контроллер также может проверить наличие неисправного выходного устройства, такого как открытый нагревательный элемент, путем проверки количества выходного сигнала. сигнал и сравнивая его с величиной обнаруженного изменения входного сигнала. Например, если выходной сигнал равен 100% и входной датчик не обнаруживает никаких изменений температуры по прошествии определенного периода времени, контроллер определит, что контур исправен. сломанный.Эта функция известна как Loop Alarm.

Другой тип сигнала тревоги – сигнал отклонения. Устанавливается на некоторое положительное или отрицательное значение от уставки. Сигнал отклонения контролирует заданное значение процесса. Оператор получает уведомление, когда процесс начинает изменять некоторую заранее запрограммированную величину от уставка. Разновидностью сигнала отклонения является сигнализация диапазона. Этот сигнал тревоги сработает либо внутри, либо за пределами назначенного температурный диапазон. Обычно точки срабатывания сигнализации наполовину выше и наполовину ниже уставки контроллера.

Например, если заданное значение составляет 150 °, а аварийные сигналы отклонения установлены на ± 10 °, аварийные сигналы будут активированы. когда температура достигла 160 ° на верхнем конце или 140 ° на нижнем. Если уставка изменена на 170 °, сигнализация высокого уровня активируется при 180 °, а сигнализация низкого уровня – при 160 °. Другой распространенный набор параметров регулятора – ПИД-регулятор. параметры. PID, что означает пропорциональный, интегральный, производный, представляет собой расширенную функцию управления, которая использует обратную связь от контролируемый процесс, чтобы определить, как лучше всего контролировать этот процесс.

Как это работает

Все контроллеры, от базовых до самых сложных, работают примерно одинаково. Контроллеры контролируют или удерживают некоторую переменную или параметр на заданное значение. Контроллеру требуются две переменные; фактический входной сигнал и желаемое заданное значение. Входной сигнал также известен как значение процесса. Вход в контроллер дискретизируется много раз в секунду, в зависимости от на контроллере.

Затем это входное или технологическое значение сравнивается со значением уставки.Если фактическое значение не соответствует уставке, контроллер генерирует изменение выходного сигнала в зависимости от разницы между заданным значением и значением процесса, а также от того, или значение процесса не приближается к заданному значению или отклоняется дальше от заданного значения. Этот выходной сигнал затем инициирует некоторые тип реакции для корректировки фактического значения, чтобы оно соответствовало уставке. Обычно алгоритм управления обновляет вывод значение мощности, которое затем применяется к выходу.

Принимаемое управляющее воздействие зависит от типа контроллера. Например, если контроллер является управлением ВКЛ / ВЫКЛ, контроллер решает, нужно ли включить выход, выключить или оставить в его текущем состоянии.

Управление ВКЛ / ВЫКЛ – один из самых простых в реализации типов управления. Он работает путем установки диапазона гистерезиса. Например, регулятор температуры может быть установлен для контроля температуры внутри помещения. Если заданное значение составляет 68 °, а фактическое значение температура упадет до 67 °, сигнал ошибки покажет разницу –1 °.Затем контроллер отправит сигнал на увеличьте прикладываемое тепло, чтобы снова поднять температуру до заданного значения 68 °. Как только температура достигнет 68 °, обогреватель отключается. При температуре от 68 ° до 67 ° контроллер не выполняет никаких действий, и нагреватель остается выключенным. Однако, как только температура достигнет 67 °, нагреватель снова включится.

В отличие от управления ВКЛ / ВЫКЛ, ПИД-регулирование определяет точное выходное значение, необходимое для поддержания желаемой температуры.Выход мощность может варьироваться от 0 до 100%. Когда используется тип аналогового выхода, выходной сигнал пропорционален значению выходной мощности. Однако, если выход представляет собой тип двоичного выхода, такой как реле, драйвер SSR или симистор, тогда выход должен быть пропорциональным по времени. получить аналоговое представление.

Система с пропорциональным временным распределением использует время цикла для пропорционального распределения выходного значения. Если время цикла установлено на 8 секунд, система вызывает при 50% мощности выход будет включен на 4 секунды и выключен на 4 секунды.Пока значение мощности не меняется, время ценности не изменились бы. Со временем мощность усредняется до заданного значения 50%, при половинном включении и половинном выключении. Если выходная мощность должно быть 25%, тогда в течение того же времени цикла 8 секунд выход будет включен на 2 секунды и выключен на 6 секунд.

Пример дозирования выходного времени

При прочих равных условиях желательно более короткое время цикла, потому что контроллер может быстрее реагировать и изменять состояние вывод для заданных изменений в процессе.Из-за механики реле более короткое время цикла может сократить срок службы реле и не рекомендуется быть меньше 8 секунд. Для твердотельных переключающих устройств, таких как драйвер SSR или симистор, время переключения сокращается. лучше. Более длительное время переключения, независимо от типа выхода, допускает большие колебания технологического значения. Общее правило таково: ТОЛЬКО, если процесс позволяет это, когда используется релейный выход, желательно более длительное время цикла.

Дополнительные функции

Контроллеры также могут иметь ряд дополнительных дополнительных функций.Одно из них – коммуникационные возможности. Общение link позволяет контроллеру связываться с ПЛК или компьютером. Это позволяет обмениваться данными между контроллером и хостом. Примером типичного обмена данными может быть хост-компьютер или ПЛК, считывающий значение процесса.

Второй вариант – удаленная уставка. Эта функция позволяет удаленному устройству, например ПЛК или компьютеру, изменять контроллер. уставка. Однако, в отличие от возможностей связи, упомянутых выше, вход удаленного задания уставки использует линейный аналоговый вход. сигнал, который пропорционален заданному значению.Это дает оператору дополнительную гибкость, поскольку он может изменять заданное значение с удаленное место. Типичный сигнал может быть 4–20 мА или 0–10 В постоянного тока.

Другой распространенной функцией, поставляемой с контроллерами, является возможность их настройки с помощью специального программного обеспечения на ПК, подключенном через канал связи. Это позволяет быстро и легко конфигурировать контроллер, а также дает возможность сохранять конфигурации для использования в будущем.

Еще одна общая черта – цифровой вход.Цифровой вход может работать вместе с удаленной уставкой для выбора локального или удаленного уставка для контроллера. Его также можно использовать для выбора между уставкой 1 и уставкой 2, как запрограммировано в контроллере. Цифровой входы также могут удаленно сбросить предельное устройство, если оно перешло в предельное состояние.

Другие дополнительные функции включают источник питания преобразователя, используемый для питания датчика 4–20 мА. Этот блок питания используется для питания Питание 24 В постоянного тока при максимальном токе 40 мА.

В некоторых приложениях двухцветный дисплей также может быть желательной функцией, позволяющей легко идентифицировать различные состояния контроллера. Некоторые продукты также имеют дисплеи, которые могут менять цвет с красного на зеленый или наоборот в зависимости от предварительно запрограммированных условий, например как указание на состояние тревоги. В этом случае зеленый дисплей может не отображать тревогу, но если тревога присутствует, дисплей станет красным.

Типы контроллеров

Контроллеры температуры бывают разных стилей с широким спектром функций и возможностей.Также есть много способы категоризации контроллеров в соответствии с их функциональными возможностями. Как правило, регуляторы температуры бывают одноконтурными. или многопетлевой. Контроллеры с одним контуром имеют один вход и один или несколько выходов для управления тепловой системой. С другой стороны, Многоконтурные контроллеры имеют несколько входов и выходов и могут управлять несколькими контурами в процессе. Больше контроля петли позволяют управлять большим количеством функций технологической системы.

Диапазон надежных одноконтурных контроллеров варьируется от базовых устройств, требующих однократного изменения уставки вручную, до сложных профилировщиков. который может автоматически выполнять до восьми изменений уставок в течение заданного периода времени.

Аналог

Самый простой и базовый тип контроллера – аналоговый. Аналоговые контроллеры – это недорогие простые контроллеры, которые Достаточно универсален для жесткого и надежного управления технологическим процессом в суровых промышленных условиях, в том числе со значительными электрическими шум. Дисплей контроллера обычно представляет собой ручку управления.

Базовые аналоговые контроллеры используются в основном в некритичных или простых тепловых системах для обеспечения простой температуры включения-выключения. управление для приложений прямого или обратного действия.Базовые контроллеры принимают входы термопар или RTD и предлагают дополнительный процент режим управления мощностью для систем без датчиков температуры. Их основной недостаток – отсутствие читабельности дисплея и отсутствия сложность для более сложных задач управления. Кроме того, отсутствие каких-либо коммуникационных возможностей ограничивает их использование простыми приложениями. например, включение / выключение нагревательных элементов или охлаждающих устройств.

Лимит

Эти контроллеры обеспечивают безопасный контроль температуры процесса.У них нет возможности самостоятельно контролировать температуру. Проще говоря, контроллеры предельных значений – это независимые устройства безопасности, которые можно использовать вместе с существующим контуром управления. Они способны прием термопар, RTD или технологических входов с ограничениями, установленными для высокой или низкой температуры, как обычный контроллер. Ограничение контроля является блокирующим и является частью резервной схемы управления для принудительного отключения тепловой системы в случае превышения предела. В выход предела фиксации должен быть сброшен оператором; он не будет сброшен сам по себе, если условие ограничения не существует.Типичный пример будет отключением безопасности для печи. Если температура в печи превысит некоторую заданную температуру, ограничительное устройство отключит систему. Это сделано для предотвращения повреждения печи и, возможно, любого продукта, который может быть поврежден чрезмерными температурами.

Регуляторы температуры общего назначения

Регуляторы температуры общего назначения используются для управления наиболее типичными промышленными процессами. Обычно они бывают разных Размеры DIN, имеют несколько выходов и программируемые функции вывода.Эти контроллеры также могут выполнять ПИД-регулирование для отличного общие контрольные ситуации. Они традиционно размещаются на передней панели с дисплеем для облегчения доступа оператора.

Большинство современных цифровых регуляторов температуры могут автоматически рассчитывать параметры ПИД для оптимальной работы тепловой системы. используя свои встроенные алгоритмы автонастройки. Эти контроллеры имеют функцию предварительной настройки для первоначального расчета параметров PID для процесс и функция непрерывной настройки для постоянного уточнения параметров ПИД-регулятора.Это позволяет быстро настроить, сэкономить время и сократить количество отходов.

Привод электродвигателя клапана

Особым типом универсального контроллера является контроллер привода клапана (VMD). Эти контроллеры специально разработаны для двигатели регулирующих клапанов, используемые в производственных приложениях, таких как управление газовыми горелками на производственной линии. Специальные алгоритмы настройки обеспечивают точное управление и быструю реакцию на выходе без необходимости обратной связи по скользящей схеме или чрезмерного знания трехчленного ПИД-регулятора алгоритмы настройки.Контроллеры VMD управляют положением клапана в диапазоне от 0% до 100% открытия, в зависимости от энергии. потребности процесса в любой момент времени.

Профиль

Контроллеры профилирования, также называемые контроллерами линейного замачивания, позволяют операторам программировать количество заданных значений и время сидения на каждом из них. уставка. Программирование изменения уставки называется рампой, а время нахождения на каждой уставке называется выдержкой или выдержкой. Один пандус или одна выдержка считается одним сегментом.Профайлер предлагает возможность вводить несколько сегментов, чтобы разрешить сложную температуру. профили. Оператор может называть профили рецептами. Большинство профилировщиков позволяют хранить несколько рецептов для последующего использования. Меньше Профилировщики могут допускать четыре рецепта с шестнадцатью сегментами каждый с более продвинутыми профилировщиками, позволяющими создавать больше рецептов и сегментов.

Контроллеры профилей могут выполнять профили нарастания и выдержки, такие как изменения температуры с течением времени, наряду с выдержкой и выдержкой / циклом продолжительности без присмотра оператора.

Типичные области применения контроллеров профиля включают термообработку, отжиг, климатические камеры и печи для сложных технологических процессов.

Многоконтурный

Помимо одноконтурных контроллеров, которые могут управлять только одним контуром процесса, многоконтурные контроллеры могут управлять более чем одним контуром, это означает, что они могут принимать более одной входной переменной.

Вообще говоря, многоконтурный контроллер можно рассматривать как устройство с множеством отдельных контроллеров температуры внутри одиночное шасси.Обычно они устанавливаются за панелью, а не перед панелью, как в универсальных одиночных шлейфовые контроллеры. Программирование любого из контуров аналогично программированию терморегулятора, установленного на панели. Тем не мение, Многоконтурные системы, как правило, не имеют традиционного физического пользовательского интерфейса (без дисплея или переключателей), а вместо этого используют специальный канал связи.

Многоконтурные контроллеры необходимо настраивать с помощью специальной программы на ПК, которая может загружать конфигурацию в контроллер с помощью специального интерфейса связи.

Информацию можно получить через интерфейс связи. Общие поддерживаемые интерфейсы связи включают: DeviceNet, Profibus, MODBUS / RTU, CanOPEN, Ethernet / IP и MODBUS / TCP.

Многоконтурные контроллеры представляют собой компактную модульную систему, которая может работать как в автономной системе, так и в ПЛК. среда. В качестве замены регуляторов температуры в ПЛК они обеспечивают быстрое ПИД-регулирование и разгружают большую часть математических вычислений. интенсивная работа процессора ПЛК, что позволяет увеличить скорость сканирования ПЛК.В качестве замены нескольких контроллеров DIN они обеспечить единую точку программного доступа ко всем контурам управления. Стоимость установки снижается за счет устранения большого количества проводки, вырезы в панелях и экономия места на панелях.

Многоконтурные контроллеры предоставляют некоторые дополнительные функции, недоступные в традиционных контроллерах, устанавливаемых на панели. Например, Многоконтурные контроллеры имеют более высокую плотность контуров для данного пространства. Некоторые многоконтурные системы контроля температуры могут иметь до 32 контуров управления в корпусе, устанавливаемом на DIN-рейку, длина которого не превышает 8 дюймов.Они также сокращают количество проводов за счет наличия общего точка подключения для питания и интерфейсов связи.

Многоконтурные регуляторы температуры также имеют улучшенные функции безопасности, одной из которых является отсутствие кнопок, на которых любой может изменить важные настройки. Имея полный контроль над информацией, считываемой или записываемой в контроллер, производитель машин может ограничить информацию, которую любой оператор может прочитать или изменить, предотвращая возникновение нежелательных условий от возникновения, например, установка слишком высокой уставки до диапазона, который может привести к повреждению продукта или машины.Кроме того, контроллер модули могут быть заменены в горячем режиме. Это позволяет заменять модуль контроллера без отключения питания системы. Модули также может автоматически настраиваться после горячей замены.

Другие характеристики регулятора температуры
Напряжение питания

Обычно существует два варианта напряжения питания, когда речь идет о контроллерах температуры: низкое напряжение (24 В переменного / постоянного тока) и высокое напряжение (110–230 В переменного тока).

Размер

Контроллеры бывают нескольких стандартных размеров, которые обозначаются номерами DIN, такими как 1/4 DIN, 1/8 DIN, 1/16 DIN и 1/32 DIN.DIN – это сокращение от примерно переведенного Deutsche Institut fur Normung, немецкой организации по стандартам и измерениям. Для наших целей DIN просто означает, что устройство соответствует общепринятому стандарту размеров панелей.

Сравнение размеров DIN

Размер DIN 1/4 1/8 1/16 1/32
Размер в мм 92 х 92 92 х 45 45 х 45 49 х 25
Размер в дюймах 3.62 х 3,62 3,62 x 1,77 1,77 x 1,77 1,93 х 0,98

Наименьший размер – это 1/32 DIN, который составляет 24 мм × 48 мм, с соответствующим вырезом в панели 22,5 мм × 45 мм. Следующий размер вверху находится 1/16 DIN, размер которого составляет 48 мм × 48 мм с размером выреза в панели 45 мм × 45 мм. 1/8 DIN составляет 48 мм × 96 мм с вырез в панели 45 мм × 92 мм. Наконец, самый большой размер – это 1/4 DIN размером 96 мм × 96 мм с вырезом в панели 92 мм × 92 мм.

Важно отметить, что стандарты DIN не определяют, насколько глубоко контроллер может находиться за панелью. Стандарты учитывайте только размеры передней панели и размеры выреза в панели.

Сертификаты агентств

Желательно, чтобы терморегулятор имел какое-либо одобрение агентства, чтобы гарантировать, что контроллер соответствует требованиям. минимальный набор норм безопасности. Тип разрешения зависит от страны, в которой будет использоваться контроллер.В Наиболее распространенное одобрение, регистрация UL и cUL, применяется ко всем контроллерам, используемым в США и Канаде. Обычно бывает один сертификация требуется для каждой страны.

Для контроллеров, которые используются в странах Европейского Союза, требуется одобрение CE.

Третий тип сертификации – FM. Это относится только к ограничивающим устройствам и контроллерам в США и Канаде.

Класс защиты корпуса передней панели

Важной характеристикой контроллера является степень защиты передней панели.Эти рейтинги могут быть в форме рейтинга IP или Рейтинг NEMA. Классы IP (защиты от проникновения) применяются ко всем контроллерам и обычно составляют IP65 или выше. Это означает, что из только на передней панели, контроллер полностью защищен от пыли и струй воды под низким давлением со всех сторон с помощью разрешено только ограниченное проникновение. Рейтинги IP используются в США, Канаде и Европе.

Рейтинг контроллера NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования) параллелен рейтингу IP.Большинство контроллеров имеют Рейтинг NEMA 4 или 4X, что означает, что они могут использоваться в приложениях, требующих только промывки водой (не масла или растворителей). В «X» в рейтинге NEMA 4X означает, что передняя панель не подвержена коррозии. Рейтинги NEMA используются в основном в США и Канаде.

Регуляторы температуры, системы, алгоритмы, методы и типы термостатов

Термостаты (или регуляторы температуры) – это устройства, которые используются для измерения и регулирования температуры воздуха, жидкости, такой как вода, или других процессов.В то время как термометры обеспечивают считывание или значение температуры, термостаты предназначены для повышения или понижения температуры до желаемой точки по сравнению с ее текущим значением.

Типы регуляторов температуры

Кредит изображения: Fahroni / Shutterstock

Термостаты находят применение в различных продуктах и ​​отраслях, некоторые из которых являются привычными потребительскими товарами. В этом руководстве кратко описаны распространенные типы термостатов как по применению, так и по конструкции / функциональности.Кроме того, в этом руководстве также представлена ​​дополнительная информация о типах регуляторов температуры, используемых в производственных процессах.

Типы термостатов (регуляторов температуры) по применению

Термостаты контроля нагрева

Контроль температуры нагревателя, пожалуй, наиболее распространенная область применения термостатов, и, конечно, та, с которой знакомо большинство людей. Термостаты регулирования температуры используются для регулирования температуры воздуха в помещении. Эти устройства подключаются к системе контроля температуры отопления, такой как котел или печь, и отправляют в эту систему электрический сигнал, когда есть запрос на тепло, что означает, что термостат обнаружил, что температура в помещении упала ниже желаемого (установленного ) температура.Сигнал активирует управляющее реле, чтобы начать процесс розжига котла или печи и подачи тепла через принудительный воздух или через радиаторы. Когда температура повысится до желаемой, сигнал термостата отключается и котел или печь отключается.

Термостаты регулирования температуры

Другие распространенные продукты включают термостаты для регулирования температуры. Термостаты электрических нагревателей определяют температуру и включают в себя питание электрических нагревательных элементов по мере необходимости для обогрева комнаты.Вентиляторы охлаждения оснащены термостатами управления вентиляторами, которые можно использовать для включения и выключения вентилятора по мере необходимости в зависимости от температуры воздуха в помещении. Термостаты электрогрелки работают аналогичным образом, ограничивая температуру, до которой может подняться электрогрелка, с целью предотвращения случайных ожогов. Термостаты для бассейнов используются в нагревателях бассейнов, чтобы определять температуру воды в бассейне, когда она циркулирует через нагреватель бассейна. Как и в случае с термостатами системы контроля температуры нагрева, описанными ранее, термостат бассейна будет включать и выключать нагреватель бассейна по мере необходимости, чтобы повысить температуру воды до желаемой уставки.В бытовых системах горячего водоснабжения используются термостаты горячей воды, также называемые аквастатами, которые определяют, когда водонагреватель должен включиться, чтобы создать горячую воду для использования.

Автомобильные термостаты

В автомобильной промышленности термостаты играют важную роль и появляются в нескольких местах. Автомобильные термостаты контролируют температуру в салоне и используются для добавления тепла или активации системы кондиционирования воздуха для поддержания уровня комфорта в салоне автомобиля. Термостаты систем охлаждения автомобилей и самолетов стремятся регулировать температуру охлаждающей жидкости в автомобиле или самолете, оставаясь закрытыми в условиях запуска холодного двигателя, а затем открываясь, чтобы позволить жидкости циркулировать к радиатору или теплообменнику при повышении температуры двигателя.Дополнительное управление термостатом используется в системе охлаждения для измерения температуры охлаждающей жидкости или двигателей, активируя электрические вентиляторы, чтобы втягивать дополнительный воздух через радиатор для охлаждения жидкости по мере необходимости.

Контрольные термостаты

Термостатический контроль также применяется к критическим компонентам системы. Масляные термостаты предназначены для контроля температуры смазочной жидкости в машинах и двигателях, чтобы гарантировать защиту двигателя. Вращающиеся валы, поддерживаемые подшипниками, могут использовать термостаты подшипников для контроля температуры подшипника, что может помочь предсказать наступление условий, требующих обслуживания.Термостаты дизельных двигателей предназначены для поддержания надлежащей температуры двигателя на больших транспортных средствах, таких как тягачи с прицепами, где потребность в охлаждении будет зависеть от рабочей нагрузки. В некоторых конструкциях используются два термостата, которые функционируют как клапаны с регулируемой температурой для регулирования количества охлаждающей жидкости, поступающей в радиатор автомобиля.

Термостаты используются в других учреждениях, например в лабораториях, для поддержания температуры процесса. Термостаты для опасных зон используются в приложениях, где может существовать риск присутствия взрывоопасной атмосферы.Существуют даже термостаты торговых автоматов, которые используются для контроля температуры внутри этих автоматов, чтобы поддерживать напитки холодными или предотвращать таяние закусок, таких как шоколадные батончики.

Типы термостатов по конструкции / функциям

Существует несколько конструкций термостатов, в которых используются различные материалы и их свойства, чтобы определять изменения температуры и отправлять управляющие сигналы в другие системы.

Термостаты Mercurial

Один из старейших типов термостатов – ртутные термостаты.Эта конструкция использует тепловую катушку и ртутный переключатель, который управляется ручным диском или рычагом на термостате. Когда установка температуры повышается поворотом шкалы, действие приводит к закрытию ртутного переключателя и отправке сигнала системе обогрева на включение. Когда воздух начинает нагреваться, изменение температуры вызывает разматывание тепловой катушки, что размыкает ртутный переключатель и отключает систему обогрева.

Биметаллические термостаты

Еще одна испытанная конструкция термостата – биметаллический термостат.Биметаллическая полоса состоит из двух металлов, таких как латунь и железо, коэффициенты теплового расширения которых различны. Когда термостат настроен на нагрев, контур замыкается. При повышении температуры в помещении биметаллическая полоса изгибается и размыкает электрическую цепь, в результате чего система отопления отключается.

Электронные термостаты

В то время как ртутные и биметаллические термостаты являются электрическими термостатами и управляются вручную, большинство современных термостатов представляют собой электронные термостаты, в том числе программируемые цифровые термостаты.Преимущество этих устройств заключается в том, что они дают возможность устанавливать профили для отопления и охлаждения в соответствии с потребностями жителей здания. Эти термостаты предлагают отдельные настройки для разного времени дня и дней недели, так что вечером может быть прохладнее, когда люди спят, и тепло утром или днем, когда люди бодрствуют. Новейшие технологии для термостатов иногда называют интеллектуальными термостатами и используют беспроводную связь, что позволяет пользователям использовать мобильные телефоны и планшеты для изменения температурных условий по запросу.

Некоторые конструкции термостатов называются термостатами линейного напряжения, что означает, что сам термостат переключает электрические сигналы на стандартном уровне рабочего напряжения (120 В / 240 В в жилых помещениях в США). Напротив, большинство термостатов переключают сигнал управления с более низким напряжением. , отправив его в цепь реле, предназначенную для переключения сетевого напряжения, например, для управления циркуляционными насосами в котлах.

Пневматические термостаты

Пневматические термостаты будут регулировать выходное давление воздуха в зависимости от температуры воздуха в помещении.Пневматические термостаты бывают двух типов – прямого действия (DA) и обратного действия (RA). Устройства прямого действия будут производить более высокое давление на выходе при повышении температуры в помещении; устройства обратного действия производят более низкое выходное давление при повышении температуры в помещении.

Погружные термостаты

В погружных термостатах

обычно используется погружной нагреватель / охладитель и насос для регулирования температуры ванны с жидкостью в лабораторных, медицинских или научных целях.

Дистанционные термостаты

Термостаты с дистанционной лампочкой и термостаты с дистанционным зондированием имеют термодатчик, расположенный на некотором расстоянии от блока управления термостатом, который в некоторых случаях отправляет показания по беспроводной сети.

Методы контроля температуры для производственных операций

Контроль температуры на производстве – важнейшая часть правильного формирования продукта. Если температура опускается выше или ниже идеального диапазона, необходимого для конкретной стадии производственного процесса, результаты могут быть вредными – неправильно приклеенные покрытия, ослабленный основной материал или общий скомпрометированный компонент – поэтому становится все более важным, чтобы производитель не только определять правильную температуру для каждого этапа, но также контролировать температуру внутри машины и получать соответствующую обратную связь.

Контроллеры температуры

в производственных операциях выполняют именно эту функцию: они обеспечивают правильную работу машины, измеряя температуру на разных этапах процесса и сравнивая данные с запрограммированными температурными характеристиками. В результате производители могут быстро и легко обнаруживать неисправности оборудования, связанные с температурой, и при необходимости устранять их.

Существует три основных типа регуляторов температуры, которые используются для контроля температуры во время производственных процессов: двухпозиционные, пропорциональные и ПИД-регуляторы.

Регуляторы температуры вкл. / Выкл.

Двухпозиционный регулятор температуры является наименее дорогим из всех типов регулирования, а также наиболее простым с точки зрения принципа действия. Управление либо включено, либо выключено – если температура падает ниже определенной точки, система управления подает сигнал машине, чтобы она включила повышение температуры. Аналогичным образом, если температура поднимается выше определенной точки, срабатывает управление, чтобы дать машине команду снизить температуру. Распространенным примером двухпозиционных систем является бытовой термостат.Когда температура падает ниже определенной точки, контроллер запускает нагреватель, чтобы поднять температуру до запрограммированного значения. С кондиционированием воздуха все работает по-другому: если температура поднимается выше определенной точки, контроллер включает кондиционер, понижая температуру до запрограммированной нормы.

Регуляторы включения / выключения

часто используются в процессах, где изменение температуры происходит очень медленно, и точный контроль температуры не требуется.

Пропорциональное управление

В отличие от регуляторов включения / выключения, которые реагируют только при достижении установленного предела, пропорциональные регуляторы предназначены для реагирования на изменение температуры до того, как она выскользнет из желаемого диапазона.По сути, пропорциональные регуляторы увеличивают или уменьшают подачу питания по мере того, как температура достигает своего верхнего или нижнего предела или уставки, что замедляет или ускоряет нагреватель и помогает стабилизировать температуру.

Температурный диапазон, в котором пропорциональные регуляторы либо уменьшают, либо увеличивают подачу питания для медленного или скоростного нагрева, известен как «зона пропорциональности». Если температура достигает нижнего или верхнего заданного значения, регулятор затем функционирует как полный контроль включения / выключения – температура либо полностью включается для повышения температуры, либо полностью выключается, чтобы понизить температуру.Когда температура находится в пределах диапазона пропорциональности, а электропитание уменьшается или увеличивается, нагрев увеличивается или уменьшается в зависимости от того, насколько далеко температура от заданного значения.

ПИД-регулятор (пропорционально-интегрально-производная)

Этот регулятор сочетает в себе пропорциональное регулирование с интегральным и производным регулированием (ПИД). Система PID, работающая в пределах диапазона пропорциональности так же, как и пропорциональное регулирование, имеет две дополнительные функции, которые улучшают общее регулирование температуры.Пропорциональная функция позволяет контроллеру реагировать на текущие обстоятельства и соответствующим образом настраиваться. Интегральное значение учитывает сумму недавних событий (другими словами, прошлые ритмы пропорционального управления), а производное значение определяет соответствующую реакцию на основе скорости изменения прошлых ритмов. Вместе эти три используют текущие данные, прошлые данные и скорость, с которой данные изменяются, чтобы установить алгоритм контроля температуры для конкретного случая. Компенсация температурной погрешности между параметром процесса и уставкой позволяет поддерживать стабильную температуру.

Соображения

При принятии решения о том, какой вид управления лучше всего подходит для конкретного процесса, следует помнить о нескольких моментах. Во-первых, рассмотрите тип входного датчика (термопара или RTD) и температурный диапазон, который требуется для процесса. Во-вторых, рассмотрите форму, в которой должен быть представлен выход: электромеханическое реле, SSR или аналоговый выход. В-третьих, определитесь, какой алгоритм регулирования температуры нужен (вкл / выкл, пропорциональный, PID). Наконец, рассмотрите количество и тип выходов, необходимых для приложения, таких как нагрев, охлаждение, сигнализация и ограничение.Как только эти факторы будут определены, будет намного проще определить, какой тип регулятора температуры подходит для конкретного применения.

Сводка

В этой статье представлен краткий обзор распространенных типов термостатов с разбивкой по применению и дизайну / функциям. Кроме того, был представлен обзор регулирования температуры в производственных процессах. Для получения информации по дополнительным темам обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:
  1. http://asecertificationtraining.com/diesel-engine-thermostats/
  2. https://www.trane.com
  3. https://www.globescientific.com/images/files/Immersion%20Thermostats.pdf
  4. http://www.airheaters.info/thermostats-and-humidistats/remote-bulb-thermostats.html
  5. https://www.alanmfg.com/blog/zone-control-systems/

Прочие “виды” изделий

Больше от Instruments & Controls

Обзор параметров контроля температуры в здании | УПРАВЛЕНИЕ ОБЪЕКТАМИ

Чтобы помочь Сообществу Брауна понять работу систем отопления и охлаждения в университетском городке, ниже представлена ​​сводка типичных типов систем отопления и охлаждения зданий, а также их различных типов систем управления.

Отопление:


В старых зданиях кампуса для отопления используется пар. Несмотря на то, что паровые системы эффективны и просты в эксплуатации, их сложно зонировать и контролировать для поддержания комфортной температуры во всех частях здания. Многие паровые системы зонированы таким образом, что только один термостат может управлять отдельным этажом или всей частью здания; в некоторых зданиях на все здание установлено от одного до двух термостатов. В этих зданиях зоны, где расположен термостат, будут, как правило, комфортными, в то время как в других частях здания может быть слишком жарко или слишком холодно.

Другие здания кампуса отапливаются горячей водой с помощью радиаторов или фанкойлов, которые включают вентилятор для выталкивания кондиционированного воздуха (нагретого или охлажденного в зависимости от сезона) из устройства. В зависимости от размера здания и его конфигурации многие радиаторные системы внутри зданий зонируются таким образом, что имеется один термостат для группы офисов, по одному для каждой стороны здания или по одному для каждого этажа здания. Системы фанкойлов обычно зонируются таким образом, что каждая комната или каждая единица фанкойла имеют свой собственный термостат, что обеспечивает хороший уровень комфорта в отдельных помещениях здания.

В других зданиях, таких как более крупные исследовательские, учебные и учебные корпуса, есть центральные системы принудительной подачи воздуха как для отопления, так и для охлаждения. В зависимости от использования и функции здания эти системы могут быть спроектированы таким образом, что имеется только один термостат для секции или этажа здания, или может быть термостат для каждого отдельного офиса или помещения. Последнее обеспечивает хороший индивидуальный уровень комфорта во всех помещениях здания.

Охлаждение:


Старые, небольшие здания и общежития кампуса не имеют кондиционеров или имеют ограниченное охлаждение, которое обеспечивается отдельными кондиционерами оконного типа с ручным контролем температуры.В отремонтированных зданиях и во многих новых зданиях кампуса обычно есть центральное кондиционирование воздуха, которое обеспечивается либо локальными фанкойлами, расположенными в отдельных помещениях, либо централизованными системами с принудительной подачей воздуха – оба типа обычно выполняют как обогрев, так и охлаждение. В зависимости от использования и функции здания, эти системы могут быть спроектированы таким образом, что имеется только один термостат для секции или этажа здания или может быть термостат для каждого отдельного офиса или помещения.

Двухтемпературные системы:


Есть здания университетского городка, в которых используются фанкойлы или центральные системы принудительной подачи воздуха для отопления и охлаждения, которые имеют конструктивную замену. Такой тип конструкции позволяет системе обеспечивать охлаждение или обогрев в зависимости от сезона, но не то и другое одновременно. Эта конструкция отличается от круглогодичной, которая позволяет системе обеспечивать как охлаждение, так и обогрев различных частей здания одновременно или в течение очень короткого периода времени для перехода из одного режима в другой.

Для большинства жителей здания «переходная» конструкция является проблемой, прежде всего, в весенние и осенние «плечевые» сезоны, когда персонал по управлению помещениями должен вручную переключать работу системы здания с обогрева на охлаждение и наоборот. Поскольку процесс переналадки занимает много времени, график переналадки основывается на потребностях здания, температуре наружного воздуха и ожидаемых прогнозах погоды. Для некоторых зданий существует дополнительная сезонная проблема, поскольку части здания, такие как зоны периметра, могут потребовать обогрева осенью, в то время как внутренние части здания могут по-прежнему нуждаться в охлаждении.

Органы управления:


Температуры и заданные значения температуры в новых и недавно отремонтированных зданиях кампуса обычно контролируются и контролируются современными компьютерными системами управления зданием. В зависимости от здания и местоположения, большинство этих систем позволяют пользователю вручную регулировать температуру в помещении или зоне здания индивидуально; там, где эти системы не позволяют пользователю управлять, они управляются и контролируются дистанционно с помощью датчиков температуры в помещении.Все эти компьютерные системы управления зданием, в свою очередь, контролируются и контролируются центральными компьютерными системами.

В других зданиях кампуса не используются центральные компьютерные системы управления температурой. Вместо этого в этих зданиях установлены различные типы ручных или локальных систем управления зданием. Эти типы систем управления зданием обычно являются «автономными» в том смысле, что они не контролируются удаленно центральными компьютерными системами управления объектами.

Ручное управление зданием обычно представляет собой такие элементы, как термостат и переключатели управления скоростью вентилятора, расположенные на блоках фанкойлов или кондиционеров в отдельных комнатах.Местное управление обычно представляет собой ручные термостаты или датчики температуры, расположенные в коридоре здания (для зонального контроля), которые, в свою очередь, подключены к местной системе управления зданием. В зависимости от здания и местоположения многие из этих локальных систем управления позволяют пользователю вручную регулировать температуру в помещении или зоне здания индивидуально; в других местах может находиться только датчик, который не позволяет пользователю изменять настройки температуры.

Для зданий с централизованными компьютерными системами управления отдел управления помещениями будет устанавливать параметры температуры и контролировать температуру в соответствии с температурной политикой университета.Чтобы ознакомиться с температурной политикой Брауна, щелкните по этой ссылке: Температурная политика. В зданиях с местными системами управления персонал по управлению помещениями или жильцы будут регулировать настройки температуры в здании. Так как системы управления этого типа не подчиняются непосредственно Управлению помещений для мониторинга и контроля, нам трудно заранее вносить необходимые корректировки температуры или реагировать на жалобы “горячие / холодные”, не полагаясь на наших клиентов (студентов, преподавателей и персонал), чтобы сообщить нам, что в их комнате / здании слишком жарко или слишком холодно.

Системы управления зданием в Brown делятся на три основных типа в зависимости от «управляемости» каждой системы:

  • Тип 1: Регулируемые пользователем термостаты для управления обогревом и / или охлаждением отдельных помещений.
  • Тип 2: регулируемые пользователем или фиксированные термостаты для управления обогревом и / или охлаждением группы помещений или целых этажей.
  • Тип 3: регулируемые пользователем или фиксированные термостаты для управления обогревом и / или охлаждением всего здания.

Amazon.com: DIGITEN DTC151 Контроллер температуры Цифровой термостат Выходной штекер Контроллер температуры 110V 15A Термостат для рептилий Контроллер температуры теплицы Отопление Охлаждение для домашнего пивоварения Нагреватель для аквариума: промышленный и научный

Я купил это почти год назад, чтобы управлять своим электрическим курильщиком. Термостат, поставляемый с коптильней, был не очень точным, и я постоянно регулировал ручку, пытаясь установить заданную температуру.
Я надеялся, что это устройство сработает, поскольку оно цифровое, и вы можете просто установить целевую температуру и нижний предел (диапазон мин / макс), и он должен сохранять все приятное и жаркое в курильщике.

Проблема №1 – Точность снизилась примерно на 12 градусов по Фаренгейту. Я проверил это с двумя другими моими цифровыми термометрами, которые я использую для контроля температуры мяса. Этот датчик постоянно показывает примерно на 12 градусов ниже, чем фактическая температура. Он действительно включает метод «калибровки» путем применения значения смещения, но это кажется немного глупым, и казалось, что он никогда не поддерживал хорошее точное считывание.

Проблема № 2 – Когда я курю … если я нахожусь рядом с курильщиком (что давайте признаем, вы по большей части), мне нравится иметь возможность быстро взглянуть на свои датчики температуры и увидеть, что они читаем.Этот конкретный контроллер имеет очень надоедливую …. “Особенность ??” …. выключает дисплей примерно через 30 секунд. Вам постоянно нужно нажимать кнопку на контроллере, чтобы снова включить дисплей, а когда вы контролируете высокие температуры … это настоящая боль. Должна быть возможность обойти это.

Я недавно избавился от курильщика, работал с ним, и мне стало труднее, чем когда-либо, поддерживать стабильную температуру в моем целевом диапазоне. В конце концов я просто снял его и электрический обогреватель и приспособил к устройству ящик для копчения древесного угля / дерева.Я также добавил беспроводной датчик температуры, чтобы контролировать температуру курильщика, и он работает как чемпион.

Итак, у этого контроллера может быть хорошая ниша где-то для определенных приложений, но, по крайней мере, в моем случае для моего курильщика … он вообще не работал.

Температура и вода

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы о свойствах воды •

Геологическая служба США (USGS) уже более века измеряет, сколько воды течет в реках, определяет уровень грунтовых вод и собирает пробы воды для описания качества этих вод.Были сделаны миллионы измерений и анализов, на которые повлияла температура воды.

Значение температуры воды

Температура оказывает большое влияние на биологическую активность и рост. Температура определяет виды организмов, которые могут жить в реках и озерах. Рыбы, насекомые, зоопланктон, фитопланктон и другие водные виды имеют предпочтительный температурный диапазон. По мере того, как температура становится слишком большой выше или ниже этого предпочтительного диапазона, количество особей этого вида уменьшается, пока, наконец, не останется ни одной.

Температура также важна из-за ее влияния на химический состав воды. Скорость химических реакций обычно увеличивается при более высокой температуре. Вода, особенно грунтовая вода , с более высокими температурами может растворять больше минералов из окружающей породы и, следовательно, будет иметь более высокую электропроводность . И наоборот, если рассматривать газ, такой как кислород, растворенный в воде. Подумайте, насколько холодная газировка «пузырится» по сравнению с теплой.Холодная сода может удерживать больше пузырьков углекислого газа, растворенных в жидкости, чем теплая, из-за чего она кажется более шипучей, когда вы ее пьете.

Теплая вода ручья может повлиять на водную жизнь в ручье. Теплая вода содержит на менее растворенного кислорода, чем холодная вода, и может не содержать достаточно растворенного кислорода для выживания различных видов водных организмов. Некоторые соединения также более токсичны для водных организмов при более высоких температурах.

Непроницаемые поверхности способствуют попаданию горячей воды в ручьи

Горячая парковка может вызвать попадание нагретых стоков в ручьи.

Возможно, вы не думаете, что температура воды считается важным показателем качества воды. В конце концов, температура не является химическим веществом и не имеет физических свойств, которые вы можете увидеть. Но если вы спросите рыбу, важна ли температура воды, в которой она живет, она закричит: «Да» (если бы она могла говорить)! В естественной среде температура не слишком важна для водных организмов, поскольку животные и растения в воде эволюционировали, чтобы лучше всего выжить в этой среде.Когда температура водоема изменяется в результате естественного или антропогенного явления, рыбы покрываются потом и начинают беспокоиться.

На этом снимке показана типичная парковка после сильного летнего дождя. Автостоянки и дороги, которые являются примерами непроницаемых поверхностей , где вода стекает в местные ручьи, а не впитывается в землю , как в естественной среде, действуют как «быстрые полосы» для дождя, попадающего в ручьи.Дождь, который падает на стоянку, которая весь день пекла на солнце в течение лета, нагревает до и затем стекает в ручьи. Эта нагретая вода может нанести удар по водным организмам в ручье и, таким образом, навредить качеству воды в ручье.

Наряду с жарой, стоки с парковок могут содержать загрязняющие вещества, такие как вытекшее моторное масло, углеводороды из выхлопных газов, остатки удобрений и обычный мусор. Некоторые сообщества экспериментируют с использованием проницаемого покрытия на стоянке и в водных садах, а также с абсорбирующими растениями рядом с участком, чтобы увидеть, уменьшит ли это вредный сток с участков в ручьи.На правом снимке парковочные поверхности наклонены так, что они стекают в естественную зону, что позволяет стокам просачиваться в землю. Здесь также выращивают водолюбивые растения. Значительное количество стока должно быть захвачено этими участками, и к тому времени, когда часть стока достигнет ручья, температура воды должна быть ближе к нормальной температуре потока.

Сезонные изменения озер и водохранилищ

Температура также важна в озерах и водохранилищах .Это связано с концентрацией растворенного кислорода в воде, что очень важно для всех водных организмов. Многие озера испытывают «поворот» слоев воды при смене времен года. Летом верхняя часть озера становится теплее нижних слоев. Вы, наверное, заметили это, купаясь в озере летом: ваши плечи словно в теплой ванне, а ноги мерзнут. Так как теплая вода менее плотная , чем более холодная вода, она остается на поверхности озера.Но зимой некоторые поверхности озер могут сильно похолодать. Когда это происходит, поверхностная вода становится более плотной, чем более глубокая вода с более постоянной круглогодичной температурой (которая теперь теплее, чем поверхность), и озеро «переворачивается», когда более холодная поверхностная вода опускается на дно озера.

Сезонные температурные характеристики в Ледяном озере, штат Миннесота.

То, как температура в озерах меняется в зависимости от сезона, зависит от того, где они расположены. В теплом климате поверхность никогда не может стать настолько холодной, чтобы озеро «повернулось».«Но в климате с холодной зимой происходят температурные стратификации и повороты. Эта диаграмма является иллюстрацией профилей температуры для озера в Миннесоте, США (где зимой становится очень холодно). Вы можете видеть, что в мае поверхность начинает нагреваться (зеленый цвет), но потепление снижается только до глубины около 5 м. Несмотря на то, что поверхность продолжает нагреваться все лето, менее плотная вода все еще остается на вершине озера. Даже летом нижняя половина озера все еще остается почти таким же холодным, как и зимой.Летом менее плотная более теплая вода остается поверх более холодной; смешивания воды не происходит. Обратите внимание, что в октябре, когда температура ночью начинает постоянно опускаться до нуля, поверхностная вода охлаждается, становится немного холоднее и немного плотнее, чем вода на дне озера, и, таким образом, опускается, вызывая смешивание. Озеро «перевернулось». После октября температура во всем вертикальном столбе воды будет примерно такой же холодной, пока лед не растает, и солнце снова не сможет согреть вершину озера.

Плотина Кугуар на реке Маккензи, Орегон

Кредит: Боб Хеймс, Инженерный корпус армии США

Температурные эффекты при эксплуатации плотин

Я уверен, что рыбы жили в реке Маккензи в Орегоне многие тысячи лет – задолго до того, как там жили многие люди, и определенно до того, как была построена плотина Кугуар. На протяжении веков рыбы приспособились жить и размножаться в реке, обладая определенными экологическими характеристиками, которые не менялись быстро.Но после строительства плотины Кугар для рыб действительно изменилась одна вещь – это характер температуры воды под плотиной в определенное время года. Река Маккензи поддерживает самую большую оставшуюся дикую популяцию чавычи в верхнем бассейне реки Уилламетт, а река Саут-Форк Маккензи является хорошей средой для нереста. Было обнаружено, что изменение температурного режима ниже по течению от плотины Кугар создало проблемы в отношении сроков миграции, нереста и вылупления яиц для рыб. (Источник: Caissie, D., 2006, Термальный режим рек – обзор: Freshwater Biology, т. 51, стр. 1389-1406)

Это пагубное воздействие на окружающую среду было реализовано в середине 2000-х годов, и для восстановления пригодности этого участка для нереста лосося Инженерный корпус армии США добавил раздвижные ворота в конструкцию водозабора на плотине Кугар. Температуры воды под плотиной в последнее время стали больше похожи на естественные, в результате чего стало много улыбающегося лосося.На приведенной ниже диаграмме показаны различия в температурных режимах для участков выше и ниже плотины до того, как были внесены какие-либо корректировки для исправления ситуации.

Водохранилища могут изменять естественные температурные режимы реки

На этой диаграмме сравнивается годовой график температур для участков мониторинга на реке Саут-Форк Маккензи выше и ниже по течению от плотины Кугар. Цель состоит в том, чтобы показать, как из-за определенных аспектов строительства плотины, что сезонные температурные режимы под плотиной были серьезно изменены после того, как плотина стала работать.Изменение температурного режима оказало неблагоприятное воздействие на популяции рыб под плотиной.

Светло-серая линия показывает для участка выше по течению закономерность, как и следовало ожидать: температура повышается в конце весны и повышается летом, а осенью температура ниже. На нем изображена нормальная колоколообразная кривая, которая точно соответствует сезонным колебаниям температуры воздуха. Рыбы, обитающие в этом районе реки, будут адаптированы к этим нормальным температурным режимам.

Плотина Кугар контролирует поток и сильно влияет на температуру в реке Саут-Форк Маккензи ниже по течению от плотины.Летом резервуар кугуара становится термически стратифицированным, с более теплой и менее плотной водой у поверхности и более холодной и более плотной водой на дне. Теплая и солнечная летняя погода Западного Орегона добавляет тепла поверхности водохранилища, стабилизируя его стратификацию в течение всего лета. Поскольку плотина была построена так, чтобы ее основная точка сброса находилась на относительно низкой высоте, плотина исторически сбрасывала относительно холодную воду со дна водохранилища в середине лета. Поскольку осенью водохранилище было опущено, чтобы освободить место для накопителя для защиты от наводнений, тепло, которое было собрано в верхнем слое водохранилища в течение лета, было выпущено вниз по течению.В результате сезонная картина температуры (более темная линия на графике) ниже по течению от плотины Кугар в течение 2001 г. сильно отличалась от модели вверх по течению от водохранилища Кугар.

Аэрофотоснимок электростанции Бивер-Вэлли в Пенсильвании, на котором видно испарение из больших градирен.

Электростанции должны охлаждать использованную воду

Определенные отрасли промышленности должны быть очень озабочены температурой воды. Лучшим примером этого является термоэлектрическая промышленность , которая производит большую часть электроэнергии, используемой нацией.Одно из основных применений воды в электроэнергетике – охлаждение энергетического оборудования. Вода, используемая для этой цели, охлаждает оборудование, но в то же время горячее оборудование нагревает охлаждающую воду. Слишком горячая вода не может быть выпущена обратно в окружающую среду – рыба ниже по течению от электростанции, выпускающей горячую воду, будет протестовать. Итак, использованную воду предварительно нужно охладить. Один из способов сделать это – построить очень большие градирни и распылять воду внутри них. Происходит испарение , и вода охлаждается.Именно поэтому крупные энергетические объекты часто располагаются вблизи рек.

Хотите проверить качество воды в вашем районе?

Наборы для тестирования воды

доступны в рамках программы World Water Monitoring Challenge (WWMC), международной образовательной и информационно-пропагандистской программы, которая способствует повышению осведомленности общественности и ее участию в защите водных ресурсов во всем мире. Учителя и любители наук о воде: Хотите ли вы проводить базовые тесты качества воды в местных водах? WWMC предлагает недорогие тестовые наборы, чтобы вы могли проводить свои собственные тесты для температуры , pH , мутности и растворенного кислорода .

Термостаты в сравнении с цифровым контролем температуры

Все термоэлектрические кондиционеры ThermoTEC компании EIC оснащены термостатическим управлением. Независимо от того, оборудован ли агрегат только для охлаждения или включает дополнительную функцию обогрева, термостаты позволяют кондиционеру поддерживать надлежащие уровни температуры внутри шкафа. Мы также предлагаем дополнительный цифровой контроллер температуры, который позволяет точно контролировать циклы нагрева и охлаждения.Обе конфигурации имеют как свои преимущества, так и ограничения.

Стандартные термостаты

Наши стандартные встроенные термостаты используются на всех агрегатах. Термостаты охлаждения полностью регулируются от прибл. От 100 ° F (38 ° C) до 0 ° F (-18 ° C). Этот термостат сработает, когда температура в кондиционируемом помещении поднимется выше заданного значения. Эти типы биметаллических термостатов имеют гистерезис прибл.+/- 5 ° F (2,6 ° C). Это позволяет кондиционеру отключиться и «отдохнуть», когда температура поднимется до заданного значения или немного выше.

В охладителях

ThermoTEC ™, которые также оснащены обогревателем, используются два термостата: один из регулируемых термостатов, упомянутых выше, для управления циклом охлаждения и один термостат с фиксированной точкой для управления частью нагрева. Этот термостат с фиксированной точкой нагрева предназначен для включения тепла прибл. 45 ° F (7,2 ° C) и завершите цикл нагрева при прибл.55 ° F (12,8 ° ° C). Эти уставки были выбраны на основе допустимых рабочих температур для подавляющего большинства оборудования.

Если используется термостат нагрева, термостат охлаждения не должен быть установлен ниже 70 ° F (21,1 ° C), чтобы предотвратить попытки одновременного выполнения функций охлаждения и нагрева. Единственный блок ThermoTEC , в котором не используется такая компоновка, – это серия 140, в которой используются два полностью регулируемых термостата.Мы по-прежнему рекомендуем одинаковую зону нечувствительности между двумя уставками.

К преимуществам стандартного термостата относятся:
  • Полностью интегрированная конструкция
  • Полностью регулируемый цикл охлаждения
  • Надежная механическая работа
  • Протестировано и зарекомендовало себя более чем на 25000 единицах

Цифровые регуляторы температуры

Некоторые из наших клиентов хотят большего уровня контроля, чем наши стандартные термостаты.В этом случае EIC может предложить цифровой регулятор температуры (# DTC-R). Этот сложный пропорционально-интегрально-производный (ПИД) регулятор позволяет точно регулировать температуру, используя как нагревательную, так и охлаждающую части кондиционера для достижения одной уставки. Если кондиционер имеет соответствующий размер, цифровой контроллер температуры может поддерживать температуру на уровне +/- 1 ° F от желаемой уставки. Этот контроллер также оснащен функцией автонастройки ПИД-регулятора.Находясь в режиме настройки, он может «изучить» процесс охлаждения с течением времени и обеспечить контроль температуры, разработанный для вашего конкретного профиля процесса. Эти контроллеры могут быть установлены через стену корпуса, обеспечивая полный доступ и управление с внешней стороны корпуса. При желании их также можно установить удаленно на ближайшую панель управления.

Термопара выносного монтажа также может быть размещена в любом месте корпуса. Это может быть особенно полезно, если внутри корпуса есть определенная горячая точка, которая вызывает беспокойство.Цифровой регулятор температуры также доступен с выходом RS-232 (# DTC-R232) для дистанционного управления системой охлаждения через соединение RS-232.

Преимущества цифрового контроллера температуры:
  • Функции ПИД-регулирования и автонастройки
  • Дополнительное соединение RS-232
  • Точный контроль температуры
  • Доступен с внешней стороны шкафа

Оба варианта контроля температуры могут помочь поддерживать оптимальные рабочие температуры электронного оборудования.Простой регулируемый термостат и более сложный цифровой регулятор температуры легко доступны и рассчитаны на работу в самых суровых условиях. Обратитесь к одному из инженеров по продажам EIC прямо сейчас, чтобы получить помощь в выборе контроллера, который лучше всего соответствует вашим потребностям.

Проектирование термостата – Задание

(0 Рейтинги)

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 9 (9-11)

Необходимое время: 2 часа

(можно разбить на два 60-минутных сеанса)

Расходные материалы на группу: 13 долларов США.00

Макетные платы, провода, устройства для зачистки проводов, резисторы и мультиметры можно использовать повторно.

Размер группы: 2

Зависимость действий: Нет

Тематические области: Физические науки, физика

Ожидаемые характеристики NGSS:


Поделиться:

Резюме

Студенты исследуют схемы и их компоненты, создавая простой термостат.Они узнают, почему для работы схемы необходимы ключевые детали, и изменяют схему, чтобы оптимизировать температурный диапазон термостата. Они также узнают, как инженеры-электрики проектируют схемы для бесчисленных электронных продуктов в нашем мире. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Схемы широко распространены в мире современной инженерии.Большинство инженеров хорошо разбираются в электричестве и основных схемах, чтобы лучше проектировать все, от автомобилей и домов до мобильных телефонов и компьютеров. Инженеры-электрики разрабатывают схемы, питающие наши дома и бытовые приборы. Аэрокосмические инженеры и инженеры-механики используют свое понимание схем для проектирования систем управления (таких как антиблокировочные тормоза), двигателей, аттракционов, волновых машин и оборудования для космических полетов. Другие инженеры проектируют устройства, такие как термостаты, для сокращения потребления энергии и отходов.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

  • Опишите связь программируемого термостата с энергосбережением.
  • Разработайте модель схемы программируемого термостата.
  • Опишите, как инженеры используют принципиальные схемы для проектирования электрической цепи.
  • Перечислите преимущества использования макетной платы при проектировании схем.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения – наука
Ожидаемые характеристики NGSS

HS-PS3-3.Спроектируйте, создайте и доработайте устройство, которое работает с заданными ограничениями для преобразования одной формы энергии в другую. (9–12 классы)

Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика Основные дисциплинарные идеи Общие концепции
Разработайте, оцените и / или доработайте решение сложной реальной проблемы, основываясь на научных знаниях, источниках доказательств, созданных учащимися, критериях приоритета и компромиссных решениях.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

В макроскопическом масштабе энергия проявляется множеством способов, таких как движение, звук, свет и тепловая энергия.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Хотя энергия не может быть уничтожена, ее можно преобразовать в менее полезные формы – например, в тепловую энергию в окружающей среде.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Критерии и ограничения также включают удовлетворение любых требований, установленных обществом, таких как учет вопросов снижения риска, и они должны быть количественно определены, насколько это возможно, и сформулированы таким образом, чтобы можно было определить, соответствует ли им данный проект.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Энергия не может быть создана или уничтожена – она ​​только перемещается между одним местом и другим местом, между объектами и / или полями или между системами.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Современная цивилизация зависит от основных технологических систем. Инженеры постоянно модифицируют эти технологические системы, применяя научные знания и методы инженерного проектирования для увеличения выгод при одновременном снижении затрат и рисков.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Общие основные государственные стандарты – математика
  • Решите линейные уравнения и неравенства с одной переменной, включая уравнения с коэффициентами, представленными буквами.(Оценки 9 – 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Используйте единицы как способ понять проблемы и направить решение многоэтапных проблем; последовательно выбирать и интерпретировать единицы в формулах; выбрать и интерпретировать масштаб и начало координат на графиках и дисплеях данных.(Оценки 9 – 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Создавайте уравнения, описывающие числа или отношения (Оценки 9 – 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Перегруппируйте формулы, чтобы выделить интересующее количество, используя те же рассуждения, что и при решении уравнений.(Оценки 9 – 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – Технология
  • Студенты разовьют понимание взаимоотношений между технологиями и связей между технологиями и другими областями обучения.(Оценки К – 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Энергетические ресурсы могут быть возобновляемыми или невозобновляемыми.(Оценки 9 – 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Установленные принципы проектирования используются для оценки существующих проектов, сбора данных и руководства процессом проектирования.(Оценки 9 – 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе необходимо:

  • 1 макетная плата (рекомендуется EXP 350, у интернет-продавцов; или RadioShack; или найти использованные макеты)
  • 1 (или более) микросхема датчика температуры LM35 (онлайн с www.digikey.com; получить дополнительные услуги на случай, если ученики случайно сломают одну из-за неправильной настройки схемы.)
  • 1 Интегральная схема операционного усилителя LM324AN (в RadioShack)
  • 1 9-вольтовая батарея с разъемами для батареек (или есть несколько для общего пользования)
  • 1 9-вольтовый аккумуляторный отсек (опционально, или есть несколько для общего пользования)
  • Лед
  • Сумка на молнии
  • Рабочий лист термостата
  • Раздаточный материал по макетным платам и принципиальным схемам

На долю всего класса:

  • 1 комплект перемычек (предпочтительнее, так как это проще и сокращает время настройки, в RadioShack), или каждой группе требуется 2 отрезка 1-дюймового провода, 2 отрезка 3-дюймового провода и 5 отрезков 2-дюймового провода проволока и изолента
  • Маленькие приспособления для зачистки проводов (необходимы только при использовании изолированного провода, а не набора перемычек для удаления изоляции на концах проводов)
  • Несколько резисторов Вт различных размеров от 500 Ом до 10 кОм (комплект из 100 и 500 в RadioShack)
  • Несколько мультиметров для различных измерений (например, Kelvin 50LE http: // www.kelvin.com/ часть # 9

    )

Примечание по материалам: макеты, провода, устройства для зачистки проводов, резисторы и мультиметры можно использовать повторно.

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_housing_lesson02_activity1], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной учебной программы

Урок средней школы Цепи

Студенты знакомятся с несколькими ключевыми понятиями электронных схем. Они узнают о некоторых физических принципах схем, ключевых компонентах схемы и их распространении в наших домах и повседневной жизни.

Предварительные знания

Знакомство с электрическими цепями, включая концепции открытых и замкнутых цепей.

Введение / Мотивация

Кто может назвать некоторые объекты, в которых используется цепь или несколько цепей? (Возможные ответы: сотовые телефоны, радио, телевизоры, компьютеры, видеоигры, автомобили, дома, здания, калькуляторы.) Это все отличные ответы. Все, что подключается к розетке или работает от батарей, содержит цепь для работы. Может ли кто-нибудь объяснить мне причину, по которой инженеру нужно знать о схемах? (Ответ: Чтобы иметь возможность конструировать и создавать вещи, для работы которых используется электричество.Правильно, многие инженеры используют схемы при разработке и производстве всего, что мы упомянули. Инженеры-электрики в большей степени, чем другие инженеры, проектируют, используя схемы. Они несут ответственность за дизайн большинства схем, встречающихся в повседневных устройствах повсюду вокруг нас, включая компьютеры и компьютерные микросхемы. Однако многие другие инженеры должны иметь хотя бы базовое представление о схемах и о том, как создавать простые схемы.

Сегодня мы собираемся исследовать схему в термостате.Кто-нибудь знает, что такое термостат? Термостат – это устройство, устанавливаемое в домах и зданиях для регулирования температуры в определенной части здания, например, в отдельной комнате, нескольких комнатах (зоне) или во всем здании. Они спроектированы таким образом, чтобы выделять тепловую отходящую энергию за счет преобразования электрической энергии в тепловую. Обычно термостат определяет температуру в непосредственной близости от датчика и преобразует эту температуру в электрический сигнал. Термостат запрограммирован на выполнение выбранной задачи на основе этого электрического сигнала.Электрический сигнал указывает термостату включить или выключить обогреватель или кондиционер, чтобы изменить температуру в комнате.

Мы все хотим сберечь энергию и убедиться, что мы эффективно используем энергию в наших домах, школах и на рабочих местах. Знаете ли вы, что некоторые термостаты предназначены для экономии энергии? Большинство новых домов и предприятий используют программируемые термостаты , которые регулируют температуру всего или части здания. Эти термостаты полезны для экономии энергии и могут быть запрограммированы на множество различных настроек.Они часто устанавливаются на , а не на , обогревают или охлаждают здание в периоды, когда в здании не используются люди, поскольку никто не присутствует, чтобы получить выгоду от выработки энергии. Это могут быть вечера в офисах и школах или днем ​​дома. Представляете, сколько энергии мы сможем сэкономить, если не будем включать печь или кондиционер, когда они не нужны?

Пример программируемого термостата в доме. Попросите учащихся найти термостат в своих домах или школьных классах.авторское право

Copyright © 2008 Дениз В. Карлсон. Используется с разрешения. Все права защищены.

Программируемые термостаты также можно настроить так, чтобы обогреватель или кондиционер поддерживали определенный диапазон температур в течение всего времени, когда люди используют здание; вы устанавливаете низкую температуру и верхнюю, комфортную для жителей дома. Если в любой момент температура на датчике термостата выходит за пределы установленного комфортного диапазона, термостат генерирует электрический сигнал для включения либо обогревателя, чтобы нагреть комнату обратно до диапазона температур, либо кондиционера, чтобы охладить комнату. в температурный диапазон.Термостат держит нагреватель / охладитель включенным до тех пор, пока температура не достигнет противоположной стороны установленного диапазона комфорта, затем отправляет другой сигнал, чтобы выключить его, давая воздуху время, чтобы снова остыть или нагреться, прежде чем цикл начнется заново.

Например, если температура в комнате опускается ниже установленной комфортной температуры, термостат включает обогреватель, чтобы нагреть комнату. Термостат поддерживает нагреватель до тех пор, пока температура не достигнет верхней границы температуры. Как только температура в помещении достигает этой верхней границы, термостат подает сигнал на выключение обогревателя.Поскольку нагреватель работает более эффективно (экономит энергию), когда он не включается и не выключается неоднократно, это гарантирует, что температура должна упасть более чем на один или два градуса, прежде чем нагреватель снова включится. Таким образом, преимущество наличия программируемого термостата перед стандартным состоит в том, что он позволяет вам устанавливать собственный диапазон температур для термостата, чтобы поддерживать температуру в комнате, вместо того, чтобы нагреватель постоянно включался и выключался. Благодаря более совершенным конструкциям программируемых термостатов вы можете заранее запрограммировать диапазоны температур для разных дней недели, чтобы учесть различия в использовании здания в будние и выходные дни.

Как мы упоминали ранее, схемы используются разными типами инженеров. Например, схемы важны для инженеров-механиков при проектировании двигателей, потому что большинство двигателей работают и обслуживаются с помощью схемы. Инженеры-механики должны хорошо разбираться в схемах, чтобы эффективно проектировать и создавать двигатели для работы с деталями, которые они проектируют. Команды инженеров разных специальностей часто работают вместе, чтобы построить все, от автомобилей до американских горок и медицинских инструментов – устройств, сочетающих в себе механические части и электрические системы.Знание основных компонентов схемы и того, как они подходят и работают вместе, важно для инженеров, чтобы понять, должны ли они проектировать что-либо, использующее электричество.

Сегодня мы собираемся узнать о различных компонентах схемы и о том, как собрать их вместе, чтобы создать простую схему, термостат. Мы собираемся разработать программируемый термостат, в котором пользователь определяет диапазон температур, в котором он хотел бы оставить комнату / здание, а термостат гарантирует, что это будет происходить с низким энергопотреблением.

Процедура

Фон

Схемы стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Электрические цепи можно найти повсюду – в машинах, телевизорах, компьютерах, телефонах, домах, школах и т. Д. Их влияние на нашу жизнь огромно, и большая часть нашего общества не была бы прежней без схем. Практически каждая электрическая цепь содержит одни и те же основные компоненты – резисторы, интегральные схемы, конденсаторы и катушки индуктивности.Каждый из этих компонентов выполняет определенную задачу (иногда разные компоненты объединяются для выполнения работы одного из других компонентов) и используются большинством инженеров, особенно тех, кто работает с электричеством или продуктами, которые используют электричество.

Термостаты – это полезные устройства для регулирования температуры в помещении, в помещении или во всем здании. Они работают с помощью датчика температуры – обычно это электронный чип, изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры. При изменении температуры микросхемы сопротивление микросхемы изменяется и изменяется падение напряжения на микросхеме.Чип внутренне откалиброван для получения линейной зависимости между температурой и выходным напряжением датчика. После того, как датчик определяет температуру, результирующий электрический сигнал (выходное напряжение) отправляется в другую часть схемы, предназначенную для интерпретации входящего напряжения и выбора результата на основе сигнала. Эта часть схемы может быть выполнена разными способами; однако наименее сложный способ – использовать операционный усилитель (ОУ).

Использование операционного усилителя позволяет ввести гистерезис в схему или память.В этом упражнении учащиеся берут выходной сигнал датчика и сравнивают его с заранее заданным напряжением, установленным вручную. Если напряжение на датчике ниже, чем напряжение, установленное учащимися, что указывает на то, что датчик температуры показывает температуру, которая ниже, чем мы хотели бы, нагреватель (светодиод) включается, чтобы «нагреть» комнату. . Как только нагреватель (светодиод) включается, гистерезис операционного усилителя заставляет нагреватель оставаться включенным до тех пор, пока напряжение не превысит второе или высокое напряжение, установленное в желаемом комфортном диапазоне.Это предохраняет термостат от быстрого включения и выключения нагревателя, если температура колеблется около желаемой начальной температуры. Заставляя нагреватель оставаться включенным до второго напряжения, схема демонстрирует зависимость от пути, что означает, что она запоминает, где она была, и использует это, чтобы сообщить, что она будет делать дальше. Он не выключится после того, как напряжение превысит установленное нижнее значение, потому что он «знает», что совсем недавно он упал ниже этой отметки. Он заставляет нагреватель оставаться включенным до тех пор, пока не будет пройдена вторая отметка напряжения.

Схема, которую создают ученики, содержит датчик температуры LM35, который имеет линейную зависимость между температурой датчика и выходным напряжением; соотношение составляет 10 мВ (0,01 В) на каждый градус Цельсия. Следовательно, при комнатной температуре (~ 20-23 ° C) LM35 должен иметь выходное напряжение 200-230 мВ (0,20-0,23 В). При повышении или понижении температуры выходное напряжение повышается или понижается на 10 мВ (0,01 В) на каждый градус изменения температуры.

Перед мероприятием

Со студентами

Часть 1: Как можно измерить температуру электронным способом?

  1. Разделите класс на группы по два-три ученика в каждой.
  2. Раздайте материалы каждой группе вместе с рабочим листом и раздаточным материалом.
  3. При использовании изолированного провода попросите учащихся зачистить от 1/4 до 3/8 дюйма с обоих концов каждого провода.
  4. Попросите учащихся настроить схему, как показано в части 1 рабочего листа, используя макетную плату, перемычки, батарею 9 В и микросхему датчика температуры LM35. Схема показана на рисунке 1. Обратитесь к раздаточному материалу для получения дополнительной информации, особенно пояснения символов принципиальной схемы и частей макета.

Рис. 1. Схема подключения Copyright

Copyright © Aaron Osowiecki

  1. Попросите учащихся включить мультиметры и настроить их для измерения напряжения в мВ. Попросите учащихся измерить напряжение на резисторе 1 кОм. Они должны получить положительное значение около 0,23 В.
  2. Попросите учащихся потереть руки вместе и коснуться верхней части датчика LM35. Обратите внимание, что происходит с показаниями напряжения.
  3. Попросите учащихся измерить температуру (ºC) и напряжение (В) в комнате и на ладони с помощью термометра и схемы, которую они только что построили.Запишите данные в отведенное для этого место в Таблице термостата.
  4. Используя свои данные, учащиеся должны составить уравнение для определения напряжения на резисторе 1 кОм в единицах температуры (ºC), предполагая линейную зависимость.

Часть 2: Как можно «настроить» термостат?

  1. Установить термостат в режим охлаждения. Попросите учащихся выбрать «заданную» температуру ниже, чем температура их ладони, но выше, чем комнатная температура.
  2. Определите выходное напряжение LM35, соответствующее заданной температуре.
  3. Попросите учащихся разделить 9 В, подаваемое батареей, так, чтобы часть цепи равнялась выходному напряжению LM35 для их желаемой температуры. Сделайте это, переместив резистор 1 кОм (R2) и соединив его с другим (R1), как показано на Рисунке 2.

Рис. 2. Настройка новой схемы Copyright

Copyright © Aaron Osowiecki

  1. Попросите учащихся ответить на вопросы в части 2 (вопрос 5) рабочего листа, чтобы определить взаимосвязь между током и напряжением.
  2. Также в своих рабочих листах попросите учащихся составить уравнение для количественной оценки стоимости 1 рэндов.
  3. После получения уравнения для R 1 введите известные значения (V Bat = 9 В, R 2 = 1 кОм, V 2 уставка), чтобы определить значение, необходимое для R 1 .

Часть 3: Включается ли свет, когда должен?

  1. Попросите учащихся подключить датчик LM35 и делитель напряжения к операционному усилителю (LM324).Добавьте LM324, резистор 2 кОм (R3), светоизлучающий диод (LED) и подключения к их макетной плате, как показано в таблице и на Рисунке 3 ниже.

Рисунок 3. Схема с добавленным операционным усилителем Copyright

Copyright © Aaron Osowiecki

  1. Попросите учащихся подключить батарею 9 В (см. Следующие шаги) к цепи, чтобы измерить напряжение на R 2 .
  2. Попросите учащихся поместить батарею в держатель для батареек или прикрепить концы двух отрезков 3-дюймового провода к положительной и отрицательной клеммам батареи.
  3. Подключите провод, идущий от положительной клеммы (обозначенной знаком «+» на той стороне батареи, где находится положительная клемма) к ряду питания на макетной плате.
  4. Чтобы замкнуть цепь, подключите провод, идущий от отрицательной клеммы (обозначенной знаком «-» на стороне батареи), к ряду заземления на макетной плате.
  5. Напомните учащимся отключать аккумулятор между измерениями.
  6. Попросите учащихся продолжать следить за своими рабочими листами, чтобы отвечать на поставленные вопросы.

Часть 4: Может ли термостат экономить энергию?

  1. Попросите учащихся ответить на вопросы в своих рабочих листах, чтобы изменить дизайн своих термостатов для случая, когда никого нет дома.

Часть 5: Можно ли использовать контур для отопительного контура?

  1. Попросите учащихся отрегулировать свои контуры так, чтобы они подходили для обогрева, следуя инструкциям в их рабочих листах.

Часть 6: Могут ли «включаться» и «выключаться» при разных температурах?

  1. Попросите учащихся использовать свою нагревательную цепь для измерения температуры и напряжения, когда она включается и выключается, и записывать в свои рабочие листы.
  2. Попросите одного ученика в каждой команде продолжать измерять напряжение на выходе датчика температуры, в то время как другие охлаждают датчик температуры с помощью пакета Ziploc со льдом.
  3. Попросите учащихся добавить один резистор (R 4 ), чтобы создать разные точки включения и выключения для отопительного контура. Отопительный контур должен напоминать схему на Рисунке 4 ниже.

Рис. 4. Авторское право на отопительный контур

Авторское право © Аарон Осовецки

  1. Попросите учащихся измерить падение напряжения между контактом 14 и землей, когда светодиод горит, чтобы позже вычислить значение R 4 .
  2. Следуя рабочим листам, предложите студентам разработать уравнение для R 4 , используя закон Ома (V = IR) и свойства последовательных цепей.
  3. Используя соответствующий R 4 , попросите учащихся протестировать схему и прокомментировать ее поведение.

Часть 7: Отражение

  1. В заключение проведите обсуждение в классе, чтобы просмотреть ответы на листе с помощью ключа ответов на листе термостата.
  2. Чтобы еще больше проверить понимание учащимися, спросите их, как бы они заставили гистерезис термостата работать в обратном направлении, чтобы цепь включалась при более высокой температуре и выключалась при более низкой температуре – как кондиционер, а не обогреватель.
  3. Попросите учащихся заполнить раздаточный листок энергосбережения для программируемого термостата. Это позволяет учащимся рассчитать потенциальную экономию энергии с помощью программируемого термостата.

Словарь / Определения

Макетная плата: многоразовый инструмент без пайки, используемый для создания временной (обычно прототипа) схемы, с которой можно экспериментировать, пока не будет создана более постоянная схема.

Проводник: материал, который позволяет зарядам легко перемещаться, например медная проволока.

Электрический ток: поток электрического заряда через электрическую цепь или проводник.

Электрическая цепь: совокупность элементов схемы (сопротивления, индуктивности, емкости и т. Д.), Соединенных по замкнутым путям проводниками.

Гистерезис: электрическая цепь, которая зависит от пути и, таким образом, имеет память.

Полоса гистерезиса: разница в напряжении между точками включения и выключения в электрической цепи с использованием гистерезиса.

Интегральная схема (ИС): несколько элементов схемы, которые производятся вместе на одной микросхеме с помощью последовательности этапов обработки.

Операционный усилитель (операционный усилитель): интегральная схема, содержащая несколько резисторов и конденсаторов. Операционные усилители находят множество практических применений в инженерном оборудовании.

Параллельно: два или более элемента схемы подключены параллельно, если они подключены к одному и тому же узлу или соединению схемы и имеют одинаковое падение напряжения на своих выводах.

Резистор: элемент схемы, который сопротивляется электрическому току и рассеивает энергию в виде тепла.

Последовательность: два или более элемента цепи включены последовательно, если через них протекает одинаковый ток.

Напряжение: мера потенциальной энергии электрического поля, вызывающей электрический ток в проводнике.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Обсуждение в классе Вопрос : Задайте ученикам и обсудите в классе:

  • Почему может быть хорошей идеей иметь возможность контролировать, при каких температурах обогреватель и / или кондиционер включаются и выключаются?

Встроенная оценка деятельности

Рабочий лист : Попросите учащихся заполнить Рабочий лист термостата; просмотрите их ответы, чтобы оценить их уровень владения предметом.

Оценка после деятельности

Обсуждение рабочего листа : Просмотрите и обсудите ответы рабочего листа, представленные в ключе ответов на рабочий лист термостата, со всем классом. Используйте ответы учащихся, чтобы оценить их уровень владения предметом.

В обратном направлении : Попросите учащихся провести мозговой штурм или изучить способы, позволяющие гистерезису термостата работать в обратном направлении, чтобы цепь включалась при более высокой температуре и выключалась при более низкой температуре – как кондиционер, а не обогреватель.Для этого ученики перепрограммировали схему, чтобы она включалась и выключалась при разных температурах.

Вопросы безопасности

  • Работать с электричеством всегда опасно. Чтобы убедиться, что компонент не перегревается, напомните учащимся дважды проверить свою схему с помощью схемы и изображения, представленных на рабочем листе, перед подключением схемы к батарее.
  • Внимание к деталям важно.Напомните учащимся, что необходимо следить за тем, чтобы компоненты были размещены там, где они должны быть. Неправильное подключение к земле и / или источнику питания может привести к перегреву, задымлению и (потенциально) необратимому повреждению этих микросхем.

Советы по поиску и устранению неисправностей

Убедитесь, что учащиеся не оставляют батарею подключенной к макетной плате, если они не проводят активные измерения, отладку или наблюдение за схемой. Если большую часть времени держать его отключенным, это продлевает срок службы батареи и гарантирует, что компоненты схемы не станут слишком горячими, если их «оставить включенными» на некоторое время.

Если цепь группы не работает, отсоедините провода от макетной платы, идущие от батареи, и перепроверьте электрическую схему и цепь. Убедитесь, что контакты LM35 и LM324AN подключены и ориентированы правильно. Если все в порядке, снова подключите аккумулятор и отладьте схему с помощью мультиметра. Проверьте входные и заземляющие контакты датчика температуры и LM324AN, чтобы убедиться, что они правильно подключены. Мультиметр должен показывать 9 вольт (или близкое к этому) для входа на датчике температуры; заземление для обоих должно показывать ноль вольт (или близкое к этому).Вход LM324AN должен быть таким же, как выход датчика температуры. Также проверьте подключения к светодиоду; убедитесь, что вход есть, хотя он должен быть, и что заземляющий контакт светодиода показывает ноль вольт.

Светодиоды

могут легко перегореть, если оставить их включенными слишком долго или если через них будет проходить слишком большой ток. Вот почему выходной сигнал LM324AN проходит через сопротивление, прежде чем достигнет светодиода. Если цепь не работает, а все остальное кажется правильным, попробуйте другой светодиод.

Убедитесь, что ни один из резисторов не касается другого резистора, который соединяет эти два резистора последовательно и, таким образом, изменяет значение сопротивления и, следовательно, напряжение, проходящее через этот участок цепи.

Расширения деятельности

Попросите студентов исследовать гистерезис. Узнайте, что это значит, как в этой схеме используется гистерезис и другие примеры гистерезиса.

Попросите студентов исследовать, где еще проявляется гистерезис.Попросите их подготовить абзац с описанием обнаруженного ими явления и того, как в нем отображается гистерезис. Также попросите их сравнить его со схемой, которую они только что построили. Чем они похожи? Насколько они разные?

Масштабирование активности

  • Для студентов, лучше разбирающихся в анализе цепей, предложите им изучить формулы, используемые для определения сопротивлений, необходимых для установки точек включения / выключения (законы Кирхгофа по напряжению и току, закон Ома и т. Д.).).

использованная литература

Hambley, Allan R., Электротехника: принципы и приложения , третье издание. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Pearson Education Inc., 2005.

авторское право

© 2007 Регенты Университета Колорадо

Авторы

Тайлер Малин; Лорен Купер; Малинда Шефер Зарске; Дениз В.Карлсон; Аарон Осовецкий

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано в рамках гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда GK-12, грант No.0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 5 октября 2021 г.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *