Опубликовано

Терморегулятор с термопарой

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Бытовая техника >

Теги статьи: ТермостатДобавить тег

Терморегулятор на термопаре К-типа

DrCaH4ec, drcah4ec@meta.ua
Опубликовано 20.07.2017.
Создано при помощи КотоРед.

Всем доброго времени суток!

Представляю вашему вниманию разработанную мной схему терморегулятора на термопаре К-типа.

«Мозгом» данного устройства является микроконтроллер Atmega8 (я использовал корпус TQFP32). Данные выводятся на семисегментный трехразрядный индикатор с общим катодом(цвет свечения на ваш вкус). Ток на катоды индикатора идет через транзисторы(я использовал MMBT3904, но так же подойдут КТ315 или любые другие маломощные биполярные транзисторы обратной проводимости).

Прибор питается от напряжения 5В которое обеспечивает стабилизатор напряжения 7805, нужно взять в корпусе ТО220 и рекомендуется установить на радиатор.

Диоды для диодного моста я взял 1N4007, но также можно использовать любые другие выпрямительные диоды или же готовый диодный мост. Управление осуществляется кнопками S1(Т-), S2(Т+). Сигнал с термопары усиляется операционным усилителем LM358. В устройстве реализована компенсация холодного спая термопары и калибровка 0 операционного усилителя. Термопару можно использовать от мультиметра, но лучше взять ее в защитном кожухе так как ее спокойно можно будет погружать в те вещества, которые вы будете плавить.

Резисторы любой мощности.

«Экзотические» номиналы резисторов в блоке усиления можно получить следующим образом:

  • 53,6=27+27
  • 3,954k=3,9k+51
  • 2,74k=2,7k+39

Диод D5 обязательно должен быть прикреплен как можно ближе к месту крепления контактов термопары к плате и он должен быть 1N4148 или отечественный аналог КД522.

Управление нагрузкой осуществляется симистором. Гальваническая развязка обеспечена за счет использования оптопары. Симистор обязательно нужно установить на радиатор. Если у вас отсутствует воздушное охлаждение, он должен быть достаточно большим, при наличии принудительного охлаждения хватит даже радиатора из компьютерного блока питания.

Максимальная нагрузка которую можно подключать к устройству ограничивается только симистором, который вы поставите. Силовые провода желательно использовать потолще ввиду того, что по ним будет идти большой ток.

Светодиод LED1 индицирует идет ли нагрев.

Минимальная температура которую можно установить – 50оС; максимальная – 800оС.

Принцип работы устройства очень простой. Если текущее значение температуры нагревателя измеренное прибором меньше установленного, то на порте B2 микроконтроллера появляется логическая единица, симистор открывается и ток на ТЭН проходит. Иначе, если текущее значение температуры нагревателя измеренное прибором больше или равно установленному, то на порте B2 микроконтроллера появляется логический ноль, симистор закрывается и ток на ТЭН не проходит.

Правильно собранное устройство нуждается только в калибровке.

Корпус было решено использовать от компьютерного блока питания.

Один из сетевых проводов и выход симистора выведены сзади корпуса наружу и через мощный клемник к ним подключается ТЭН. Также на задней части корпуса выходят провода термопары. Так как провода термопары в моем случае экранированные, на экране находится минус.

Спереди для улучшения внешнего вида изготовил фальш-панель из куска ПВХ и оракала. Также здесь размещены индикатор, кнопки управления, светодиод индицирующий нагрев и выключатель устройства, который отключает только питание от платы и к силовой части отношения не имеет.

Калибровка

Включите устройство. Опустите термопару в талую воду со льдом и вращая переменный резистор P1 установите на индикаторе 0оС, или же если у вас есть градусник, можете измерить им комнатную температуру и вращая переменный резистор Р1 установите на индикаторе такую же температуру, какую показал «эталонный» градусник. Затем закипятите воду, опустите термопару туда и вращая переменный резистор Р2 установите на индикаторе 100оС. Можете произвести такую операцию несколько раз, пока прибор не покажет нужную температуру без подстройки. Можете так же поверить как он покажет температуру тела.

Использование

Сразу после включения на индикаторе появится надпись приветствия НІ(с англ. – привет).

Затем устройство покажет установленную температуру (при первом включении там будет случайное число) и терморегулятор перейдет в рабочий режим. Где будет показывать текущую температуру, также светодиод будет индицировать идет ли нагрев (светодиод светит – идет, не светит – не идет).

Для установки заданной температуры нагрева нужно зажать обе кнопки и держать до появления надписи «INS» (instalation).

Затем на индикаторе ненадолго появится значение текущей установленной температуры и вы сможете кнопками установить нужную вам температуру. Когда вы это сделали, просто отпустите кнопки и ничего не делайте. Через некоторое время (примерно 5 сек.) на индикаторе появится надпись «SAV»(save). И устройство перейдет в рабочий режим.

Обзор схем

Напряжение разности с измерительного плеча поступает на спаренный транзистор с большим коэффициентом усиления, 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.

Особенностью такого типа реле является наличие гистерезиса — это разница в несколько градусов между включением и отключением самодельного терморегулятора, из-за присутствия в схеме электромеханического реле. 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 за даром.

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 когда при нагревании его сопротивление уменьшается.

Выносной датчик подключается через экранированный провод. Для уменьшения наводок и ложного срабатывания устройства, длина провода не должна превышать 1 метр. Нагрузка управляется через тиристор VS1 и мощность нагревателя целиком 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. 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.

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 она ни чего не пропускает. Эту ее особенность стали использовать во всевозможных схемах терморегуляторов.

Как видим, классическая схема с измерительным плечом осталась R5, R4 и R9 терморезистор. При изменении температуры происходит сдвиг напряжения на входе 1 микросхемы, и в случае если оно достигло порога срабатывания происходит включение и подается напряжение дальше. В данной конструкции нагрузкой TL431 являются светодиод индикации работы HL2 и оптрон U1, оптическая развязка силовой схемы от управляющих цепей.

Как и в предыдущем варианте, устройство не имеет трансформатора, а получает питание на гасящей конденсаторной схеме C1R1 и R2. 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 установлен симистор ВТ136 с небольшой обвязкой для управления через оптрон U1.

При данных номиналах диапазон регулирования находится в пределах 30-50°С. При кажущейся 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:

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

Для измерения температуры нагревательного элемента используют биметаллическую термопару, которую можно позаимствовать с выносного измерителя в мультиметре. Для увеличения напряжения с термопары до уровня срабатывания TL431, установлен дополнительный усилитель 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. Регулировка диапазона производится резистором R3. Данная схема обеспечит долгую работу паяльника, исключит его перегрев и увеличит качество пайки.

Еще одна идея сборки простого терморегулятора рассмотрена на видео:

Регулятор температуры на микросхеме TL431

Также рекомендуем просмотреть еще одну идею сборки термостата для паяльника:

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!

Будет интересно прочитать:

  • Как сделать паяльник из подручных средств
  • Регулятор освещения своими руками
  • Как выпаивать радиодетали из плат
Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *