Терморегулятор своими руками: пошаговая инструкция изготовления самодельного устройства

Среди разнообразных полезных штуковин, способных добавить комфорта в нашу жизнь, много таких, которые легко можно сделать самостоятельно.

В эту категорию входит и термостат, также называемый терморегулятором, — прибор, включающий и отключающий нагревательное или холодильное оборудование в соответствии с температурой среды, в которой он установлен.

Такое устройство может, к примеру, во время сильных холодов включать обогреватель в подвале, где хранятся овощи. Из нашей статьи вы узнаете о том, как можно сделать терморегулятор своими руками (для котла отопления, холодильника и других систем) и какие детали подходят для этого лучше всего.

Простой терморегулятор своими руками — схема

Устройство термостата особой сложностью не отличается, поэтому многие начинающие радиолюбители оттачивают на изготовлении этого прибора свое мастерство. Схемы предлагаются самые разные, но наибольшее распространение получил вариант с применением особой микросхемы, называемой компаратором.

У этого элемента есть два входа и один выход. На один вход подается некое эталонное напряжение, которое соответствует требуемой температуре, а на второй – напряжение от термодатчика.

Компаратор сравнивает поступающие данные и при определенном их соотношении генерирует на выходе сигнал, открывающий транзистор или включающий реле. При этом подается ток на нагреватель или холодильный агрегат.

Детали устройства регулятора температуры своими руками

В роли датчика температуры обычно выступает терморезистор – элемент, электрическое сопротивление которого меняется в зависимости от температуры. Используют и полупроводниковые элементы – транзисторы и диоды, на характеристики которых температура также оказывает влияние: при нагреве увеличивается ток коллектора (у транзисторов), при этом наблюдается смещение рабочей точки и транзистор перестает работать, не реагируя на входной сигнал.

Но у таких сенсоров есть существенный недостаток: их довольно сложно откалибровать, то есть «привязать» к определенным значениям температуры, из-за чего точность самодельного терморегулятора оставляет желать лучшего.

Между тем промышленность давно освоила выпуск недорогих термодатчиков, калибровка которых осуществляется в процессе изготовления.

К таковым относится прибор марки LM335 от компании National Semiconductor, которым мы и рекомендуем воспользоваться. Стоимость этого аналогового термодатчика составляет всего 1 доллар.

«Тройка» на первой позиции цифрового ряда в маркировке означает, что прибор ориентирован на применение в бытовой технике. Модификации LM235 и LM135 предназначены для использования, соответственно, в промышленности и в военной сфере.

Имея в своем составе 16 транзисторов, этот датчик работает как стабилитрон. При этом его напряжение стабилизации зависит от температуры.

Зависимость следующая: на каждый градус по абсолютной шкале (по Кельвину) приходится 0,01 В напряжения, то есть при нуле по Цельсию (273 по Кельвину) напряжение стабилизации на выходе составит 2,73 В. Производитель калибрует датчик по температуре в 25С (298К). Рабочий диапазон лежит в пределах от -40 до +100 градусов Цельсия.

Таким образом, собирая терморегулятор на базе LM335, пользователь избавляется от необходимости подбирать методом проб и ошибок эталонное напряжение, при котором прибор обеспечит требуемую температуру.

Его можно рассчитать, используя несложную формулу:

V = (273 + T) x 0.01,

Где Т – интересующая пользователя температура по шкале Цельсия.

Помимо термодатчика нам понадобится компаратор (подойдет марки LM311 от того же производителя), потенциометр для формирования эталонного напряжения (настройка требуемой температуры), выходное устройство для подключения нагрузки (реле), индикаторы и блок питания.

Электропитание терморегулятора

Температурный датчик LM335 подключается последовательно с резистором R1. Так вот, сопротивление этого резистора и напряжение питания должны быть подобраны таким образом, чтобы величина протекающего через термодатчик тока находилась в пределах от 0,45 до 5 мА.

Превышать максимальное значение этого диапазона не следует, так как характеристики сенсора будут искажаться из-за перегрева.

Запитать терморегулятор можно от стандартного блока питания на 12 В либо от изготовленного собственными силами трансформатора.

Включение нагрузки

В качестве исполнительного устройства, подающего питание на нагреватель, можно применить автомобильное реле. Оно рассчитано на напряжение в 12 В, при этом через катушку должен протекать ток в 100 мА.

Напомним, что ток в цепи термодатчика не превышает 5 мА, поэтому для подключения реле нужно применить транзистор с большей мощностью, например, КТ814.

Как сделать терморегулятор своими руками: пошаговая инструкция

Рассмотрим, как изготавливаются терморегуляторы (термореле) с датчиком температуры воздуха своими руками на 12 В. Сборка прибора осуществляется в такой последовательности:

1. Прежде всего, нужно подготовить корпус. Подойдет отслуживший свое счетчик, например, «Гранит-1».
2. Схему можно собрать на плате от того же счетчика. К прямому входу компаратора (помечен знаком «+») подключается потенциометр, позволяющий задавать температуру. К инверсному входу (знак «-») – термодатчик LM335. Если напряжение на прямом входе окажется более высоким, чем на инверсном, на выходе компаратора установится высокий уровень (единица) и транзистор подаст питание на реле, а оно — на нагреватель. Как только напряжение на инверсном входе окажется большим, чем на прямом, уровень на выходе компаратора станет низким (ноль) и реле отключится.
3. Чтобы обеспечить перепад температур, то есть срабатывание терморегулятора, к примеру, при 23-х градусах, а отключение – при 25-ти, необходимо при помощи резистора создать отрицательную обратную связь между выходом и прямым входом компаратора.
4. Трансформатор для питания терморегулятора можно изготовить из катушки от старого электросчетчика индукционного типа. На ней имеется место для вторичной обмотки. Чтобы получить напряжение в 12 В, необходимо намотать 540 витков. Их удастся уместить, если использовать провод диаметром 0,4 мм.

Каким должен быть нагреватель?

Мощность нагревателя зависит от того, какой ток могут выдержать контакты используемого реле. Если это значение составляет, к примеру, 30 А (на такой ток рассчитано автомобильное реле), то обогреватель может иметь мощность до 30 х 220 = 6,6 кВт. Только необходимо сначала убедиться, что проводка и автомат в щитке способны выдержать такую нагрузку.

Монтаж

Рассмотрим, как правильно должен быть установлен прибор.

Терморегулятор следует устанавливать в нижней части помещения, где скапливается холодный воздух.

При этом важно предотвратить воздействие тепловых помех, которые могут сбить прибор с толку.

Так, например, не стоит размещать терморегулятор на сквозняке или вблизи электрооборудования, излучающего тепло.

Настройка терморегулятора

Как уже говорилось, терморегулятор на базе датчика LM335 в настройке не нуждается. Достаточно знать напряжение, подаваемое потенциометром на прямой вход компаратора.

Измерить его можно при помощи вольтметра. Необходимое значение напряжения определяется по приведенной выше формуле.

Если нужно, к примеру, чтобы прибор срабатывал при температуре в 20 градусов, оно должно составлять 2,93 В.

Если в качестве термодатчика применяется какой-либо иной элемент, эталонное напряжение придется проверять опытным путем. Для этого необходимо воспользоваться цифровым термометром, например, ТМ-902С. Для точности настройки датчики термометра и терморегулятора можно соединить посредством изоленты, после чего их помещают в среду с различной температурой.

Ручку потенциометра нужно плавно вращать, пока терморегулятор не сработает. В этот момент следует посмотреть на шкалу цифрового термометра и отображаемую на ней температуру нанести на шкалу терморегулятора. Можно определить крайние точки, например, для температуры в 8 и 40 градусов, а промежуточные значения отметить, разделив диапазон на равные части.

Если цифрового термометра под рукой не оказалось, крайние точки можно определять по воде с плавающим в ней льдом (0 градусов) или по кипящей воде (100 градусов).

Видео на тему