Принцип роботи регулятора температури прямої дії

Принцип роботи регулятора температури прямої дії заснований на використанні енергії теплового розширення рідини в замкнутому контурі. Замкнений контур утворений порожниною датчика температури, з'єднаного імпульсною трубкою з сильфоном термоприводу. Залежно від діапазону регулювання, робочим середовищем заповнює сильфон і датчик може бути рідина, газ, парафін або газоконденсатна суміш.

Датчик регулятора монтується у місці підтримки температури. При нагріванні обсяг робочого середовища збільшується, а при охолодженні зменшується. Зміна обсягу замкнутої порожнини (датчик — імпульсна трубка — сильфон термопривода) призводить до зміни тиску.

Зі зростанням тиску сильфон термоприводу витягується, тисне на шток клапана, змінюючи положення затвора і автоматично зменшуючи витрату через регулятор температури. При зниженні температури води щодо заданого значення – тиск у сильфоні знижується, стискаючи його та піднімаючи шток регулятора.

По реакції на збільшення температури води, регулятори діляться на ті, які зі зростанням температури відкриваються і ті, які закриваються, при цьому слід врахувати, що кожен привід регулює температуру в певному діапазоні.

Регулятор температури: особливості виготовлення своїми руками

Часто для роботи якогось пристрою або цілої системи необхідно підтримувати певний температурний режим. Це актуально під час роботи контурів опалення чи охолодження, побудові пристроїв типу «інкубатор». Одним із простих приладів, що дозволяють контролювати температуру, є термореле.Такий пристрій можна придбати в спеціалізованих торгових точках, але можна виготовити такий регулятор температури і своїми руками.

Призначення та характеристики

В основі роботи термореле лежить здатність пристрою керувати включенням та вимкненням вузлів схеми залежно від зміни температури. Фактично це пристосування, що розташовується між керованими елементами і датчиками температури. Конструктивно прилад є електронною схемою або пристрій, виконаний зі спеціального матеріалу.

Перший вид передбачає використання виносних чи вбудованих датчиків, а другий — використовує властивості різних матеріалів змінювати параметри при зміні характеристик електричної мережі. Тобто контроль відбувається контактним чи безконтактним способом. Але незважаючи на важливі відмінності, суть роботи терморегуляторів однакова. Реєструючи зміну температури, пристрій розриває або під'єднує вузли апаратури або обладнання, що підключені до нього, в автоматичному режимі.

Завдяки їх застосуванню температура повітря, води, поверхонь різних приладів і радіоелементів має стабільне значення.

Для кожного середовища використовуються свої особливості розміщення пристрою. Його точність спрацьовування залежить як від виконання самого регулятора, а й правильного розміщення.

Випускаються терморегулятори різних видів. Класифікувати їх можна за такими ознаками:

1. За призначенням. Поділяються на внутрішні та зовнішні.
2. Спосіб встановлення. Існують незалежні терморегулятори, які здатні розташовуватися на будь-якій поверхні, так і розміщуються тільки всередині обладнання.
3. Функціональність.Терморегулятори можуть реєструвати лише один сигнал або відразу кілька. У цьому другого типу називаються багатоканальними. Вони можуть підтримувати значення температури на кількох пристроях одночасно, використовуючи незалежні канали, так і тільки на одному.
4. Спосіб налаштування. Керування режимами роботи та налаштування пристрою може бути механічним, електронним або електромеханічним.
5. Гістерези. У терморегуляторах під ним розуміють значення температури, коли сигнал змінюється на протилежний знак, і навіть явище, коли відбувається затримка перемикання сигналу залежно від величини впливу. Саме він дає можливість знизити частоту перемикання, наприклад, при підвищенні температури нагрівача. Але при цьому слід розуміти, що велика величина гістерези призводить до температурного стрибка.
6. Вигляд термодатчиків. Датчики, що підключаються до терморегуляторів, можуть бути контактної та безконтактної дії. Наприклад, інфрачервоне випромінювання або властивість біметалічної пластини, що використовують у роботі.

Параметри пристосування

Як і будь-яке обладнання регулятори температури характеризуються набором параметрів. Від них насамперед залежить точність спрацьовування пристрою. Залежать ці характеристики як від якості застосовуваних при побудові схеми терморегулятора елементів, а й реалізації системи, що дозволяє уникати впливу сторонніх чинників. До основних характеристик відносять:

1. Час перемикання. Залежить від схеми реалізації регулятора та способу встановлення датчика, що визначає його інерційність.
2. Регульований діапазон. Встановлює граничні значення температурного режиму, де може відбуватися робота пристрою.
3. Напруга живлення.Це значення робочої напруги, необхідного для нормальної роботи пристрою.
4. Активне навантаження. Показує, якою максимальною потужністю може керувати регулятор температури.
5. Клас захисту. Характеризує безпеку приладу. Позначається згідно з міжнародною класифікацією з електричної безпеки.
6. Система сигналізації. У регуляторі може використовуватися світлодіодний сигналізатор або рідкокристалічний екран. Орієнтуючись на нього, користувач може відразу бачити, в якому режимі працює контрольний прилад.
7. Робоча температура. Позначає діапазон, у якого забезпечується правильна робота терморегулятора.
8. Вигляд термодатчика. Будучи чутливим елементом, він виступає як індикатор температури, надсилаючи дані на контролер. Такі термодатчики на увімкнення та вимикання пристрою бувають різних типів та конструкцій, а також відрізняються за способом передачі даних.

Крім цього, до якісних характеристик пристрою відносять зручність використання, габарити, додаткові можливості, загальний вигляд.

Тому збираючи терморегулятор своїми руками, для отримання закінченого виду пристрою бажано продумувати не тільки схему пристосування, але й корпус, в якому він буде розташовуватися.

Принцип роботи

У загальному вигляді терморегулятор можна подати у вигляді блок-схеми, що складається з датчика температури, блоку обробки та регулюючого механізму. В основі роботи механічного теплового реле лежить здатність біметалічної пластини змінювати свою форму залежно від температури. Для її виготовлення використовуються два матеріали, що жорстко скріплені між собою з різним температурним коефіцієнтом розширення.

Під час нагрівання такої пластини відбувається її вигин.Саме ця властивість і використовується під час виробництва теплових реле. Під час деформування пластинка замикає чи розмикає контактну групу, внаслідок чого розривається чи відновлюється електричний контакт. Таке реле може застосовуватися в ланцюгах як змінного, і постійного струму, а вибір граничної температури у яких зазвичай встановлюється з допомогою механічного регулятора.

Крім цього, існують твердотільні реле (електронні). У їх конструкції вже немає рухомих і механічних частин, а використовується електронна схема, яка обчислює зміни температури.

Як основні елементи таких приладів є термістор і мікропроцесор. У першому відбувається зміна електричних параметрів при коливаннях температури, а другий обробляє та залежно від запрограмованого алгоритму комутує контактні групи.

Схемотехніка регуляторів

Через складність налаштування механічного реле його самостійне виготовлення практично неможливо, тому радіоаматори виготовляють твердотільні регулятори. На сьогоднішній день відома велика кількість схем термореле різного класу. Так що підібрати потрібну для можливого повторення не складе складності.

Але перед тим як розпочати самостійне виготовлення терморегулятора, необхідно підготувати ряд інструментів і матеріалів. Для цього, крім електричної схеми та необхідних згідно з нею радіоелементів, знадобиться:

1. Паяльник або у разі використання складних мікроконтролерів паяльна станція.
2. Односторонній фольгований склотекстоліт.Якщо електрична схема містить велику кількість радіоелементів і відноситься до середньої або високої групи складності, то виготовити її навісним монтажем неможливо. Тому використовується склотекстоліт, на якому зручним методом, наприклад, блакитно-прасним або фотолітографією, наноситься друкована схема майбутнього термореле.
3. Мультиметр. Він необхідний для налаштування роботи пристрою та перевірки правильності встановлення радіоелементів.
4. Міні-дриль. За допомогою неї виконують отвори, які встановлюються радіоелементи.
5. Робочі матеріали До них відносяться: флюс, припій, спиртовий розчин, ізолента або термозбіжні трубочки.

Послідовність дій під час виготовлення зводиться до наступного. На першому етапі вибирається схема та вивчається її опис, доступність радіоелементів. При цьому не варто забувати, що для кожної радіодеталі існує аналог. Потім виготовляється друкована схема, а за нею вже плата. На плату запаюються радіоелементи, комутаційні гнізда та проводи. Як тільки все готово, проводиться тестовий запуск і у разі потреби підлаштування роботи.

Прості пристрої

Найпростіший пристрій, що реагує на зміну температури, можна зібрати з кількох опорів та інтегрального підсилювача. Резистори, що використовуються, являють собою два напівплечі, що утворюють собою вимірювальну і опорну частину схеми. Як R2 використовується термістор, тобто резистор, опір якого змінюється залежно від температури, що впливає на нього.

Інтегральний підсилювач LM393 працює в режимі компаратора, тобто порівнює два сигнали, що знімаються з R1-R2 та R3-R4. Як тільки рівень сигналу на двох входах мікросхеми зрівняється, LM393 перемикає навантаження до мережі живлення.Як навантаження можна використовувати вентилятор. Як тільки вентилятор охолодить контрольований пристрій, рівень сигналу на другому та третьому вході компаратора знову почне розрізнятися. Пристрій знову перемкне свої виходи, і живлення припинить надходити в навантаження.

Просту схему можна зібрати і на тиристорі. Як її навантаження можна використовувати нагрівач, температуру якого і регулюватиме саморобний терморегулятор.

Ця схема може використовуватися в інкубаторі чи акваріумі.

В основі схеми лежить здатність компаратора порівнювати рівні напруги на своїх входах і в залежності від цього відкривати свої виходи. При однаковому сигналі струм через транзистор VT1 не тече, отже, на виводі тиристора VS1, що управляє, знаходиться низький рівень, і він закритий. Напруга, що з'явилася на опорі R8 призводить до його відкриття. Запитується схема через діод VD2 та R10. Для стабілізації живлення використовується стабілітрон VD1. Перелік та номінали елементів наведені в таблиці:

Термореле на мікроконтролері

Зібравши такий термостат, його можна використовувати разом із опалювальною системою, наприклад, разом із котлом. В основі конструкції використовується мікросхема DS1621, яка поєднує термометр і термостат. Її цифрове введення-виведення забезпечує точність ±0,5 °C.

При використанні DS1621 як термостат у її внутрішню енергонезалежну пам'ять (EEPROM) містяться дані про температуру, яку необхідно підтримувати.А також контрольні точки, після досягнення яких температура підвищується або знижується. Різниця між ними утворює гістерезис, при цьому третьому виведенні мікросхеми формується логічна одиниця або нуль.

Дані мікросхему заносяться за допомогою мікроконтролера, виконаного на ATTINY2313. Пристрій може підтримувати температуру від 10 до 40 градусів. Управління термоелементом котла здійснюється через тиристор. За допомогою кнопки S1 здійснюється увімкнення та вимкнення термометра. А кнопками S2 та S3 встановлюється температура. Світлодіод HL1 сигналізує про працездатність приладу. Під час нагрівання термоелемента котла блимає. Як трансформатор використовується TAIWAN 110-230V 6-0-6V 150TA.

При програмуванні Features необхідно вибрати: int. RC OSC. 4 MHz; Start-up time: 14 CK + 0 ms; [CKSEL=0010 SUT=00] та Brown-out detection disabled; [B0DLEVEL=111] поставити галочку на Serial program downloading (SPI) enabled; [SPIEN=0]. А також відзначити фьюзи: SUT1, SPIEN, SUTO, CKSEL3, CKSEL2, CKSELO. Правильно зібраний пристрій працює відразу і налагодження не потребує.