Как сделать терморегуляторы своими руками? Самодельный цифровой датчик температуры двигателя на приборную панель Простая схема для поддержания температуры

Терморегулятор в хозяйстве — порой незаменимая вещь, помогающая контролировать тепловой режим на домашнем инкубаторе или овощной сушке. Встроенные механизмы подобного назначения часто быстро портятся или не отличаются достойным качеством, что вынуждает изобретать простой терморегулятор своими руками.

Если вы оказались в числе тех, кому срочно потребовался самодельный прибор с функцией теплорегуляции, оставайтесь здесь, ведь все подходящие и опробованные схемы в сочетании с теорией и полезными советами приведены ниже.

Для чего применимо?

Терморегулятор или термостат является прибором, способным возобновлять и останавливать работу нагревательных или охлаждающих агрегатов. Например, он позволяет поддерживать оптимальный режим в инкубаторе, а также способен включать подогрев в подвале, зафиксировав низкую температуру.

Как это работает?

Перед тем, как сделать терморегулятор своими руками, необходимо разобраться в сопутствующей теории. Принцип данного устройства идентичен работе простых датчиков измерения, способных менять сопротивление в зависимости от окружающих температурных условий. За смену показателя отвечает специальный элемент, а так называемое опорное сопротивление остается неизменным.

В устройстве терморегулятора на изменение значения сопротивления реагирует интегральный усилитель (компаратор), переключающий микросхемы при достижении определенной температуры.

Какая должна быть схема?

На просторах интернета и в нормативной документации легко найти схемы терморегуляторов различного назначения, которые можно собрать своими руками. В большинстве случаев основу схематического чертежа составляют следующие элементы:

Управляющий стабилитрон, обозначаемый TL431;
Интегральный усилитель (К140УД7);
Резисторы (R4, R5, R6);
Гасящий конденсатор (С1);
Транзистор (KT814);
Диодный мост (D1).

Питание схемы происходит за счет бестрансформаторного блока питания, а в качестве исполнительного прибора отлично подойдет автомобильное реле, рассчитанное на напряжение в 12 Вольт, при условии поступающего в катушку тока не менее 100 мА.

Как сделать?

Инструкции для изготовления терморегулятора своими руками основаны на строгом следовании выбранной схеме, в соответствии с которой необходимо соединить все составляющие в единое целое. Например, электронная схема для инкубатора собирается по следующему алгоритму:

Изучить изображение (лучше распечатать и положить перед собой).
Найти необходимые детали, в том числе корпус и плату (подойдут старые от счетчика).
Начать с «сердца» — интегрального усилителя К140УД7/8, подключив его с положительно заряженным обратным действием, что даст ему функции компаратора.
Подключить на место «R5» отрицательный резистор ММТ-4.
Присоединить выносной датчик с помощью экранизированной проводки, причем длина шнура может быть не более метра.
Для управления нагрузкой включить в схему тиристор VS1, установив его на радиатор небольших размеров, чтобы обеспечить соответствующую теплоотдачу.
Настроить остальные элементы цепи.
Подключить к блоку питания.
Проверить работоспособность.

К слову, добавив датчик температуры, собранное устройство можно смело использовать не только для инкубаторов, сушек, но и поддержания теплового режима в аквариуме или террариуме.

Как грамотно установить?

Помимо качественной сборки необходимо обратить внимание на условия его эксплуатации, которые должны включать:

Место размещения — нижняя часть комнаты;
Сухость помещение;
Отсутствие рядом «сбивающих» агрегатов: излучающих тепло или холод (электрооборудование, кондиционер, открытая дверь со сквозняком).

Разобравшись, как подключить терморегулятор своими руками, можно приступать к его регулярному использованию. Главное, чтобы мощность изготовленного прибора была рассчитана на контакты реле. Например, при максимальной нагрузке в 30 Ампер, мощность не должна превышать 6,6 кВт.

Как отремонтировать?

Заводской или самодельный термостат можно и починить, чтобы не покупать новый и не тратить время на поиск и сборку необходимых деталей. В первую очередь, устройство необходимо найти (если не вы занимались его установкой), ведь по фото терморегулятора видно, что его размеры небольшие, что несколько затрудняет поиск.

Поможет совет: термостат расположен рядом с кнопкой температурного режима.

Признаками поломки устройства могут быть следующие моменты:

Прибор перестал выполнять основную функцию: температура сильно понизилась или повысилась без реакции механизма;
Подключенный аппарат работает, не переходя в режим ожидания или экономии;
Агрегат самопроизвольно отключился.

В зависимости от причины неисправности необходимо предпринять следующие действия, чтобы отремонтировать терморегулятор своими руками:

Отключить ремонтируемый аппарат от сети.
Снять защитный корпус с устройства.
Проверить качество контактов и присоединений.
Отсоединить и вытянуть капиллярную трубку.
Достать реле.
Поменять сильфонную трубку, зафиксировать.
При необходимости произвести замену других деталей.
Подключить проводку обратно.
Поставить реле на место.

Терморегуляторами оснащены многие бытовые и хозяйственные приборы и, знание, как их починить, заново собрать своими руками и установить, значительно сэкономит ваши средства, время и силы.

Фото терморегулятора своими руками

Многие из полезных вещей, которые помогут увеличить комфорт в нашей жизни, можно без особого труда собрать своими руками. Это же касается и термостата (его еще называют терморегулятором).

Данный прибор позволяет включать или выключать нужное оборудование по охлаждению или нагреванию, осуществляя регулировку, когда происходит определенные изменения температуры там, где он установлен.

К примеру, он может в случае сильных холодов самостоятельно включить расположенный в подвале обогреватель. Поэтому стоит рассмотреть, как можно самостоятельно сделать подобное устройство.

Как работает

Принцип функционирования термостата достаточно прост, поэтому многие радиолюбители для оттачивания своего мастерства делают самодельные аппараты.

При этом можно использовать множество различных схем, хотя наиболее популярной является микросхема-компаратор.

Данный элемент имеет несколько входов, но всего один выход. Так, на первый выход поступает так называемое «Эталонное напряжение», имеющее значение установленной температуры. На второй же поступает напряжение уже непосредственно от термодатчика.

После этого, компаратор сравнивает эти оба значения. В случае, если напряжение с термодатчика имеет определенное отклонение от «эталонного», на выход посылается сигнал, который должен будет включить реле. После этого, подается напряжение на соответствующий нагревающий или охлаждающий аппарат.

Процесс изготовления

Итак, рассмотрим процесс самостоятельного изготовления простого терморегулятора на 12 В, имеющего датчик температуры воздуха.

Все должно происходить следующим образом:

Сначала необходимо подготовить корпус. Лучше всего в этом качестве использовать старый электрический счетчик, такой, как «Гранит-1»;
На базе этого же счетчика более оптимально собирать и схему. Для этого, к входу компаратора (он обычно помечен «+») нужно подключить потенциометр, который дает возможность задавать температуру. К знаку «-», обозначающему инверсный вход, нужно присоединить термодатчик LM335. В этом случае, когда напряжение на «плюсе» будет больше, чем на «минусе», на выход компаратора будет отправлено значение 1 (то есть высокое). После этого регулятор отправит питание на реле, которое в свою очередь включит уже, например, котел отопления. Когда напряжение, поступающее на «минус» будет больше, чем на «плюсе», на выходе компаратора снова будет 0, после чего отключится и реле;
Для обеспечения перепада температур, иными словами для работы терморегулятора, допустим при 22 включение, а при 25 отключение, нужно, используя терморезистор, создать между «плюсом» компаратора и его выходом, обратную связь;
Чтобы обеспечить питание, рекомендуется делать трансформатор из катушки. Её можно взять, к примеру, из старого электросчетчика (он должен быть индуктивного типа). Дело в том, что на катушке можно сделать вторичную обмотку. Для получения желанного напряжения в 12 В, будет достаточно намотать 540 витков. При этом, чтобы они уместились, диаметр провода должен составлять не более 0.4 мм.

Совет мастера: чтобы включить нагреватель, лучше всего применять клеммник счетчика.

Мощность нагревателя и установка терморегулятора

В зависимости от уровня выдерживаемой мощности контактами используемого реле, будет зависеть и мощность самого нагревателя.

В случаях, когда значение составляет приблизительно 30 А (это тот уровень, на который рассчитаны автомобильные реле), возможно применение обогревателя мощностью 6.6 кВт (исходя из расчета 30х220).

Но прежде, желательно убедится в том, что вся проводка, а также автомат смогут выдержать нужную нагрузку.

Стоит отметить: любители самоделок могут смастерить электронный терморегулятор своими руками на основе электромагнитного реле с мощными контактами, выдерживающими ток до 30 ампер. Такое самодельное устройство может использоваться для различных бытовых нужд.

Установку терморегулятора необходимо осуществлять практически в самой нижней части стены комнаты, так как именно там скапливается холодный воздух. Также важным моментом является отсутствие тепловых помех, которые могут воздействовать на прибор и тем самым сбивать его с толку.

К примеру, он не будет функционировать должным образом, если будет установлен на сквозняке или рядом с каким-то электроприбором, интенсивно излучающим тепло.

Настройка

Для измерения температуры лучше использовать терморезистор, у которого при изменении температуры меняется электрическое сопротивление

Нужно отметить, что указанный в нашей статье вариант терморегулятора, созданного из датчика LM335, нет необходимости настраивать.

Достаточно лишь знать точное напряжение, которое будет подаваться на «плюс» компаратора. Узнать его можно с помощью вольтметра.

Нужные в конкретных случаях значения можно высчитать используя для этого формулу, такую как: V = (273 + T) x 0.01. В этом случае Т будет обозначать нужную температуру, указываемую в Цельсии. Поэтому для температуры в 20 градусов, значение будет равняться 2,93 В.

Во всех остальных случаях напряжение будет необходимо проверять уже непосредственно опытным путем. Чтобы это сделать, используется цифровой термометр такой, как ТМ-902С. Чтобы обеспечить максимальную точность настройки, датчики обоих устройств (имеется ввиду термометра и терморегулятора) желательно закрепить друг к другу, после чего можно проводить замеры.

Смотрите видео, в котором популярно разъясняется, как сделать терморегулятор своими руками:

Схема терморегулятора на основе термистора довольно часто встречается в интернете. Схема позволяет осуществить терморегулировку вентилятора.

В качестве силового элемента использован мощный N-канальный силовой транзистор. Полевой ключ можно любой — с током не менее 10-15 Ампер (желательно больше 40 Ампер) и с напряжением 20-60 Вольт. При маломощных нагрузках полевому транзистору теплоотвод не нужен, а если вздумали подключить нагрузки 30 и более ватт, то теплоотвод необходим.

Термистор играет роль термодатчика, чувствительность устройства настраивается с помощью переменного резистора. Переменной резистор в целях более точной настройки устройства желательно брать многооборотный, сопротивление этого резистора 10кОм.

Благодаря простоте конструкции и минимальному количеству деталей, собрать такой терморегулятор своими руками может даже начинающий радиолюбитель.

Работает схема терморегулятора довольно просто. Термистор, при комнатной температуре имеет сопротивление порядка 200-300 Ом (у разных термисторов, оно разное), работает в качестве затворного ограничителя, при нагревании сопротивление резко возрастает и прекращается подача питания на управляющий вывод ключа — на затвор, таким образом, переход транзистора закрывается, следовательно, прекращается подача питания на нагрузку.

Если использовать термисторы с положительной температурной зависимостью, то устройство будет выключать нагрузку при перегреве термистора, поскольку сопротивление указанных термисторов резко возрастает при перегреве. При использовании термисторов с отрицательной температурной зависимостью, происходит обратный процесс — нагрузка включается при перегреве термистора.

Область применения такого простого терморегулятора безгранична — от датчика температуры до теплового активатора того или иного прибора (устройства, которые реагируют на тепло человеческого тела).

На основе такого простого датчика можно управлять и сетевыми нагрузками, достаточно вместо кулера подключить обмотку электромагнитного реле (в этом случае транзистору теплоотвод не нужен).

На видео демонстрируется, как работает самодельный терморегулятор. В моем случае был использован термистор с положительной зависимостью температуры.

Необходимость настройки температурного режима возникает при использовании различных систем теплового или холодильного оборудования. Вариантов много, и все они требуют наличия управляющего устройства, без которого работа систем возможна либо в режиме максимальной мощности, либо на полном минимуме возможностей. Контроль и настройка производятся с помощью терморегулятора - устройства, способного воздействовать на систему через датчик температуры и включать или отключать её по необходимости. При использовании готовых комплектов оборудования блоки управления входят в комплект поставки, но для самодельных систем приходится собирать терморегулятор своими руками. Задача не самая простая, но вполне решаемая. Рассмотрим её внимательнее.

Принцип работы терморегулятора

Терморегулятор - это устройство, способное реагировать на изменения температурного режима. По типу действия различают терморегуляторы триггерного типа, отключающие или включающие нагрев при достижении заданного предела, или устройства плавного действия с возможностью тонкой и точной настройки, способные контролировать изменения температуры в диапазоне долей градуса.

Существуют две разновидности терморегуляторов:

Механический. Представляет собой устройство, использующее принцип расширения газов при изменении температуры, или биметаллические пластины, изменяющие свою форму от нагревания или охлаждения.
Электронный. Состоит из основного блока и датчика температуры, подающего сигналы об увеличении или понижении заданной температуры в системе. Используется в системах, требующих высокой чувствительности и тонкой регулировки.

Механические устройства не позволяют обеспечить высокой точности настройки. Они являются одновременно и датчиком температуры, и исполнительным органом, объединёнными в единый узел. Биметаллическая пластина, используемая в нагревательных устройствах, представляет собой термопару из двух металлов с разным коэффициентом теплового расширения.

Главное предназначение терморегулятора - автоматическое поддержание необходимой температуры

Нагреваясь, один из них становится больше другого, отчего пластина изгибается. Контакты, установленные на ней, размыкаются и прекращают нагрев. При охлаждении пластина возвращается в изначальную форму, контакты вновь замыкаются и нагрев возобновляется.

Камера с газовой смесью - чувствительный элемент термостата холодильника или отопительного терморегулятора. При изменениях температуры меняется объём газа, что вызывает перемещение поверхности мембраны, соединённой с рычагом контактной группы.

В терморегуляторе для отопления используется камера с газовой смесью, работающая по закону Гей-Люссака - при изменении температуры меняется объём газа

Механические термостаты надёжны и обеспечивают устойчивую работу, но настройка режима работы происходит с большой погрешностью, практически «на глазок». При необходимости тонкой настройки, обеспечивающей регулировку в пределах нескольких градусов (или ещё тоньше), используются электронные схемы. Датчиком температуры для них служит терморезистор, способный различить мельчайшие изменения режима нагрева в системе. Для электронных схем ситуация обратная - чувствительность датчика слишком высока и её искусственно загрубляют, доводя до пределов разумного. Принцип действия состоит в изменении сопротивления датчика, вызванном колебаниями температуры контролируемой среды. Схема реагирует на смену параметров сигнала и повышает/понижает нагрев в системе до получения другого сигнала. Возможности электронных блоков контроля намного выше и позволяют получить настройку температуры любой точности. Чувствительность таких термостатов даже избыточна, поскольку нагрев и охлаждение - процессы, обладающие высокой инерционностью, которые замедляют время реакции на смену команд.

Область применения самодельного устройства

Изготовление механического терморегулятора в домашних условиях достаточно сложно и нерационально, поскольку результат будет работать в слишком широком диапазоне и не сможет обеспечить требуемой точности настройки. Чаще всего собирают самодельные электронные терморегуляторы, которые позволяют поддерживать оптимальный режим температуры тёплого пола, инкубатора, обеспечивать желаемую температуру воды в бассейне, нагрев парилки в сауне и т.д. Вариантов применения самодельного терморегулятора может быть столько, сколько систем, подлежащих настройке и регулировке температурного режима, имеется в доме. Для грубой настройки с помощью механических устройств проще приобрести готовые элементы, они недороги и вполне доступны.

Преимущества и недостатки

Самодельный терморегулятор обладает определёнными достоинствами и недостатками. Плюсами устройства являются:

Высокая ремонтопригодность. Терморегулятор, сделанный самостоятельно, легко отремонтировать, поскольку его конструкция и принцип работы известны до мелочей.
Расходы на создание регулятора намного ниже, чем при покупке готового блока.
Существует возможность изменения рабочих параметров для получения более подходящего результата.

К недостаткам следует отнести:

Сборка такого устройства доступна только людям, имеющим достаточную подготовку и определённые навыки работы с электронными схемами и паяльником.
Качество работы устройства в большой степени зависит от состояния использованных деталей.
Собранная схема требует настройки и юстировки на контрольном стенде или с помощью эталонного образца. Получить сразу готовый вариант устройства невозможно.

Основной проблемой является необходимость подготовки или, как минимум, участие специалиста в процессе создания прибора.

Как сделать простой терморегулятор

Изготовление терморегулятора происходит поэтапно:

Выбор типа и схемы устройства.
Приобретение необходимых материалов, инструментов и деталей.
Сборка прибора, настройка, запуск в эксплуатацию.

Стадии изготовления прибора имеют свои особенности, поэтому их следует рассмотреть подробнее.

Необходимые материалы

В число необходимых для сборки материалов входят:

Фольгированный гетинакс или монтажная плата;
Паяльник с припоем и канифолью, в идеале - паяльная станция;
Пинцет;
Пассатижи;
Лупа;
Кусачки;
Изолента;
Медный соединительный провод;
Необходимые детали, согласно электрической схемы.

В процессе работы могут понадобиться и другие инструменты или материалы, поэтому данный список не следует считать исчерпывающим и окончательным.

Схемы устройств

Выбор схемы обусловлен возможностями и уровнем подготовки мастера. Чем сложнее схема, тем больше нюансов возникнет при сборке и настройке устройства. В то же время самые простые схемы позволяют получить лишь наиболее примитивные приборы, работающие с высокой погрешностью.

Рассмотрим одну из несложных схем.

В данной схеме в качестве компаратора используется стабилитрон

На рисунке слева изображена схема регулятора, а справа - блок реле, включающий нагрузку. Датчик температуры - это резистор R4, а R1 - переменный резистор, используемый для настройки режима нагрева. Управляющим элементом является стабилитрон TL431, который открыт до тех пор, пока на его управляющем электроде имеется нагрузка выше 2,5 В. Нагрев терморезистора вызывает снижение сопротивления, отчего напряжение на управляющем электроде падает, стабилитрон закрывается, отсекая нагрузку.

Другая схема несколько сложнее. В ней использован компаратор - элемент, производящий сравнение показаний термодатчика и эталонного источника напряжения.

Подобная схема с компаратором применима для регулировки температуры тёплого пола

Любое изменение напряжения, вызванное увеличением или уменьшением сопротивления терморезистора, создаёт разницу между эталоном и рабочей линией схемы, вследствие чего на выходе устройства генерируется сигнал, вызывающий включение или отключение нагрева. Подобные схемы, в частности, используются для регулировки режима работы тёплого пола.

Пошаговая инструкция

Порядок сборки каждого устройства имеет свои особенности, но некоторые общие шаги выделить можно. Рассмотрим ход сборки:

Готовим корпус прибора. Это важно, поскольку оставлять плату незащищённой нельзя.
Готовим плату. Если используется фольгированный гетинакс, придётся травить дорожки при помощи электролитических методов, предварительно нарисовав их нерастворимой в электролите краской. Монтажная плата с готовыми контактами значительно упрощает и ускоряет процесс сборки.
Проверяем с помощью мультиметра работоспособность деталей, при необходимости заменяем их на исправные образцы.
По схеме собираем и соединяем все необходимые детали. Необходимо следить за точностью соединения, правильной полярностью и направлением установки диодов или микросхем. Любая ошибка может привести к выходу из строя важных деталей, которые придётся приобретать снова.
После окончания сборки рекомендуется ещё раз внимательно осмотреть плату, проверить точность соединений, качество пайки и прочие важные моменты.
Плата помещается в корпус, производится пробный запуск и настройка работы устройства.

Как настроить

Для настройки прибора необходимо либо иметь эталонное устройство, либо знать номинал напряжений, соответствующих той или иной температуре контролируемой среды. Для отдельных устройств существуют собственные формулы, показывающие зависимость напряжения на компараторе от температуры. Например, для датчика LM335 такая формула имеет вид:

V = (273 + T) 0,01,

где Т - требуемая температура по Цельсию.

В других схемах настройка производится путём подбора номиналов регулировочных резисторов при создании определённой, известной температуры. В каждом конкретном случае могут быть использованы собственные методики, оптимальным образом подходящие к имеющимся условиям или используемому оборудованию. Требования к точности прибора также отличаются друг от друга, поэтому единой технологии настройки не существует в принципе.

Основные неисправности

Наиболее распространённой неисправностью самодельных терморегуляторов является нестабильность показаний терморезистора, вызванная низким качеством деталей. Кроме того, нередко встречаются сложности с настройкой режимов, вызванные несоответствием номиналов или изменением состава деталей, необходимых для правильной работы устройства. Большинство возможных проблем напрямую зависят от уровня подготовки мастера, производящего сборку и настройку прибора, так как навыки и опыт в этом деле значат очень много. Тем не менее, специалисты утверждают, что изготовление терморегулятора своими руками - полезная практическая задача, дающая неплохой опыт в создании электронных устройств.

Если уверенности в своих силах нет, лучше использовать готовое устройство, которых достаточно в продаже. Необходимо учитывать, что отказ регулятора в самый неподходящий момент может стать причиной серьёзных неприятностей, для устранения которых потребуются усилия, время и деньги. Поэтому, принимая решение о самостоятельной сборке, следует подойти к вопросу максимально ответственно и тщательно взвесить свои возможности.

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 .