Терморегулятор своими руками

Понятие о температурных регуляторах

Изделия этой категории применяют для решения разных задач. По соответствующей настройке температурного порога подают питание (отключают):

отопление в погребе;
нагрев паяльной станции;
циркуляционный насос котла.

Из приведенных примеров понятны базовые требования к точности, которую должна обеспечить подходящая схема терморегулятора. В некоторых ситуациях необходимо поддержание заданного уровня не ниже, чем ±1C°. Для контроля рабочих параметров нужна оперативная индикация. Существенное значение имеют нагрузочные способности.

Перечисленные особенности поясняют назначение типовых функциональных узлов:

значение температуры фиксируют специализированным датчиком (резистором, термопарой);
показания анализирует микроконтроллер или другое устройство;
исполнительный сигнал поступает на электронный (механический) переключатель.

К сведению. Кроме рассмотренных частей, схема термореле может содержать дополнительные компоненты для подачи питания на электронагреватель, другую мощную нагрузку.

Затраты при самостоятельной сборке

Сегодня любой подобный гаджет можно приобрести в магазине. Диапазон цен довольно велик, а стоимость многих моделей свыше 1000 рублей. В плане финансовых вложений, это является довольно не выгодным, поэтому намного дешевле сделать его своими руками.

Затраты при самостоятельной сборке ниже в несколько раз, а именно:

плата К561ЛА7 обойдутся не более 50 рублей;
терморезистор мощностью в 1 kOm до 15 kOm – около 5 рублей;
светодиод (2 шт) – 10 руб.;
стабилитрон – 50 руб;
тиристор – 20 руб;
дисплей – 200 руб (для создания цифровых устройств на микроконстроллере);

На покупку ламп, фольги и других материалов уйдёт не более 100 рублей. Выходит, затраты на самостоятельную сборку придётся потратить не более 430 рублей и немного личного времени. Владелец может полностью адаптировать прибор для своих нужд, использую для этого незамысловатую схему.

Принцип работы

Принцип, по которому работают все регуляторы, – это снятие физической величины (температуры), передача данных на схему блока управления, решающего, что нужно сделать в конкретном случае.

Если делать термореле, то наиболее простой вариант будет иметь механическую схему управления. Здесь с помощью резистора устанавливается определённый порог, при достижении которого будет дан сигнал на исполнительный механизм.

Чтобы получить дополнительную функциональность и возможность работы с более широким диапазоном температур, придётся встраивать контроллер. Это же поможет увеличить срок эксплуатации прибора.

На данном видео вы можете посмотреть как самостоятельно изготовить терморегулятор для электрического отопления:

Детали устройства

Выше было предложено использовать в качестве температурного сенсора термистор, но это не единственный вариант.

В принципе, в этом качестве может быть задействован любой полупроводниковый элемент, так как характеристики этих деталей всегда зависят от температуры.

Так, например, ток коллектора обычного биполярного транзистора при нагреве возрастает, что неминуемо отражается на работе усилительного каскада (транзистор перестает реагировать на входной сигнал из-за смещения рабочей точки).

Похожим образом реагируют на изменение температуры и кремниевые диоды. При температуре +25 градусов напряжение на контактах свободного диода составит около 700 мВ, а замеры на перманентном диоде покажут примерно 300 мВ. Если же температура будет повышаться, напряжение с каждым градусом будет падать примерно на 2 мВ.

Однако, у всех этих элементов есть существенный недостаток: собранные на их базе терморегуляторы с большим трудом приходится настраивать, иначе говоря, калибровать. Ведь нам только приблизительно известно, какую элемент демонстрирует характеристику при той или иной температуре и как именно он реагирует на ее колебания. Гораздо проще работать с выпускаемыми современной промышленностью термодатчиками, проходящими калибровку еще на стадии производственного процесса.

Сильного удорожания проекта покупка такой детали не вызовет. Так, например, аналоговый термодатчик марки LM-335 компании National Semiconductor стоит всего 1 доллар.

Можно использовать и его модификации – датчики LM-135 и LM-235, хотя они предназначены для применения, соответственно, в военной электронике и промышленности.

Датчик LM-335 содержит 16 транзисторов и работает подобно стабилитрону, у которого напряжение стабилизации находится в зависимости от температуры.

Только в данном случае все параметры досконально известны: на каждый градус по шкале абсолютных температур (Кельвина) приходится напряжение в 10 мВ или 0,01 В.

Таким образом, если мы хотим знать, каким будет напряжение стабилизации LM-335 при температуре 20 градусов Цельсия, нужно прибавить к этому значению 273 (перевод в градусы Кельвина), а затем результат умножить на 0,01 В. В данном случае получим 2,93 В. На производстве датчик калибруется по температуре 25 градусов Цельсия. Рабочий диапазон температур, в пределах которого напряжение меняется линейно и по указанному закону (10 мВ/градус) лежит в пределах от -40 до +100 градусов Цельсия.

Итак, зная точное напряжение стабилизации LM-335 при той или иной температуре, нам остается выставить соответствующее напряжение на втором входе компаратора – и настройка терморегулятора будет завершена.

Схему на базе термодатчика LM-335 следует компоновать таким образом, чтобы через него протекал ток величиной от 0,45 до 5 мА. Отметим, что напряжение питания терморегулятора не обязательно должно составлять 12 В. Это значение было предложено только потому, что оно позволяет применить вместо самодельного блока питания (понижающий трансформатор + выпрямитель + стабилизатор) обычный адаптер, который можно недорого купить в магазине. Если же все делать самостоятельно, то понижающий трансформатор можно собрать в расчете на выходное напряжение в пределах 3 – 15 В. Главное, чтобы на такое же напряжение было рассчитано используемое в схеме реле.
Далее подбирают сопротивление резисторов делителя напряжения и переменного резистора таким образом, чтобы при имеющемся напряжении сила протекающего через термодатчик тока находилась в указанных пределах. В принципе, датчик останется работоспособным и при силе тока свыше 5 мА, но тогда он будет сильно греться, из-за чего терморегулятор будет работать некорректно.
В качестве компаратора можно применить микросхему того же производителя, выпускаемую под маркой LM-311 (модификации для «военки» и промышленности – соответственно, LM-111 и LM-211).

Используемое в схеме реле является многоконтактным (типа МКУ). В упрощенном исполнении (без аккумулятора) можно воспользоваться автомобильным реле

Важно удостовериться, что допустимая для данного реле величина силы тока соответствует мощности нагревателя

Суть устройства

Термометр, разговорный аналог — градусник, предназначен для измерения температуры окружающей среды. Первое устройство было изобретено в 1714 году немецким физиком Д. Г. Фаренгейтом. В основе своей конструкции он использовал прозрачную запаянную колбу, внутри которой находился спирт. После в качестве жидкости учёный применил ртуть. Но шкала аналогового измерителя, существующая и по сей день, была разработана лишь только через 30 лет шведским астрономом и метеорологом Андерс Цельсием. За начальные точки он предложил взять температуру тающего льда и кипения воды.

Интересным фактом является то, что изначально числом 100 была отмечена температура таяния льда, а за ноль взята точка кипения. Впоследствии шкалу «перевернули». По некоторым мнениям это сделал сам Цельсий, по другим — его соотечественники ботаник Линней и астроном Штремер.

Вскоре изготовление ртутных измерителей было широко налажено производством в промышленных масштабах. Со временем ртуть из-за своей ядовитости была заменена на спирт, а затем и вовсе был предложен новый тип устройства — цифровой. Сегодня, пожалуй, градусник стал неотъемлемым атрибутом любого жилища. По совету Всемирной организации здравоохранения была принята Минаматская конвенция, направленная на постепенный вывод из обихода ртутных градусников. Согласно ей в 2022 году использование ртути в измерителях будет полностью прекращено.

Электронные модели могут располагаться в любом месте, ведь в контролируемом помещении необходимо расположить только небольшой датчик, подключённый к устройству. Этот тип используется во многих технологических процессах промышленности, например, строительных, аграрных, энергетических. С их помощью контролируется:

температура воздуха в производственных и жилых зданиях;
проверка нагрева сыпучих продуктов;
состояние вязких материалов.

Принцип работы

Перед тем как непосредственно приступить к изготовлению электронного термометра, следует разобраться в принципе его действия и определиться, из каких узлов будет состоять конструкция. Промышленно выпускаемые электронные градусники различаются по своим размерам и назначению. Но все они построены на однотипном принципе действия.

Проводимость материала изменяется в зависимости от температуры окружающей среды. Основываясь на этом и проектируется схема электронного градусника. Так, чаще всего в конструкции применяется термопара. Это электронный прибор, стоящий из двух сваренных между собой металлов. На поверхности каждого из них имеется контактная площадка, подключённая к измерительной схеме. При нагревании или охлаждении контактов возникает термоэлектродвижущая сила, появление и изменение которой регистрируется платой электроники.

В устройствах нового поколения вместо термочувствительного элемента используется кремниевый диод. Полупроводниковый радиоэлемент, у которого наблюдается зависимость вольт-амперной характеристики от температурного воздействия. Иными словами, при прямом включении (направление тока от анода к катоду) значение падения напряжения на переходе изменяется в зависимости от нагрева полупроводника.

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.

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.

Его можно рассчитать, используя несложную формулу:

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.

Терморегулятор — неотъемлемая часть автономного отопления. Термостат для котла отопления поможет поддерживать температуру в доме на комфортном уровне.

Принцип действия терморегулятора для инфракрасного обогревателя разберем тут .

Стоит ли устанавливать термостат для радиатора отопления? В этой статье http://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/otopitelnye-pribory/termoregulyator-dlya-radiatora-otopleniya.html рассмотрим назначение прибора и виды и особенности монтажа.

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.

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.

Новая технология

На отечественном рынке терморегуляторы начали появляться около 10 лет назад, и пришли на смену обычным кранам и вентилям, которые просто перекрывали условный проход теплоносителя. Недостаток такой конструкции заключается в том, что регулируя количество теплоносителя, который попадает в радиатор, вы не можете надолго управлять температурой в помещении. Если у электрического котла более-менее стабильная работа, то у твердотопливного котла диапазон температуры очень высокий, и зависит от интенсивности реакции горения. В этом случае в комнатах температура будет то выше, то ниже, и комфорт для жителей будет сомнительным.

Существует еще один важный момент, с которого началось активное внедрение термостатов – работа вместе с теплым полом. Сейчас теплые полы – это норма строительства, и правильно спроектированная система отопления – это комбинированная система, которая состоит из отопления от теплого пола и отопления от радиатора. При этом для контура теплого пола температура должна быть на уровне 20-25 градусов Цельсия, а для отопления через радиаторы – от 50 градусов.

Активное внедрение термостатов началось с установки теплых полов

Как же бить в таком случае, учитывая, что и теплый пол, и радиаторы работают от одного котла? Ответ – использовать терморегулятор. Кран в таком случае не решит проблему с подачей очень горячей воды в контур теплого пола. Простой способ справиться с распределением отопления – установить на входе в коллектор теплого пола терморегулятор, либо же использовать терморегуляторы на каждый контур отопления.

Таблица сравнения термопар

Выше мы рассмотрели типы термоэлектрических преобразователей. У читателя, скорее всего, резонно возник вопрос: Почему так много типов термопар существует?

Дело в том, что заявленная производителем точность измерений возможна только в определённом интервале температур. Именно в этом диапазоне производитель гарантирует линейную характеристику своего изделия. В других диапазонах зависимость напряжения от температуры может быть нелинейной, а это обязательно отобразится на точности. Следует учитывать, что материалы обладают разной степенью плавкости, поэтому для них существует предельное значение рабочих температур.

Для сравнения термопар составлены таблицы, в которых отображены основные параметры измерительных преобразователей. В качестве примера приводим один из вариантов таблицы для сравнения распространённых термопар.

Таблица 1.

Тип термопары	K	J	N	R	S	B	T	E
Материал положительного электрода	Cr-Ni	Fe	Ni-Cr-Si	Pt-Rh (13 % Rh)	Pt-Rh (10 % Rh)	Pt-Rh (30 % Rh)	Cu	Cr-Ni
Материал отрицательного электрода	Ni-Al	Cu-Ni	Ni-Si-Mg	Pt	Pt	Pt-Rh (6 % Rh	Cu-Ni	Cu-Ni
Температурный коэффициент	40…41	55.2	68
Рабочий температурный диапазон, ºC	0 до +1100	0 до +700	0 до +1100	0 до +1600	0 до 1600	+200 до +1700	−185 до +300	0 до +800
Значения предельных температур, ºС	−180; +1300	−180; +800	−270; +1300	– 50; +1600	−50; +1750	0; +1820	−250; +400	−40; +900
Класс точности 1, в соответствующем диапазоне температур, (°C)	±1,5 от −40 °C до 375 °C	±1,5 от −40 °C до 375 °C	±1,5 от −40 °C до 375 °C	±1,0 от 0 °C до 1100 °C	±1,0 от 0 °C до 1100 °C	±0,5 от −40 °C до 125 °C	±1,5 от −40 °C до 375 °C
±0,004×T от 375 °C до 750 °C	±0,004×T от 375 °C до 1000 °C	± от 1100 °C до 1600 °C	± от 1100 °C до 1600 °	±0,004×T от 125 °C до 350 °C	±0,004×T от 375 °C до 800 °C
Класс точности 2 в соответствующем диапазоне температур, (°C)	±2,5 от −40 °C до 333 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C	±1,5 от 0 °C до 600 °C	±1,5 от 0 °C до 600 °C	±0,0025×T от 600 °C до 1700 °C	±1,0 от −40 °C до 133 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C
±0, T от 333 °C до 750 °C	±0,0075×T от 333 °C до 1200 °C	±0,0025×T от 600 °C до 1600 °C	±0,0075×T от 133 °C до 350 °C	±0,0075×T от 333 °C до 900 °C
Цветовая маркировка выводов по МЭК	Зелёный – белый	Чёрный – белый	Сиреневый – белый	Оранжевый – белый	Оранжевый – белый	Отсутствует	Коричневый – белый	Фиолетовый – белый

Виды

Схема стабилизатора напряжения 220в своими руками

В простейшем варианте (реле холодильника) применяют механический переключатель. Для более точной регулировки (обороты двигателя) используют не только микроэлектронику, но и специализированное программное обеспечение.

Терморегулятор на трех элементах

Чтобы сделать простой терморегулятор своими руками схема для блока питания персонального компьютера подходит лучше других вариантов.

Регулятор вентилятора для компьютерного БП

Термистором измеряют температуру в контрольной точке. Потенциометром устанавливают оптимальное значение для включения вентилятора. Изменять обороты данная схема не способна. Подключает индуктивную нагрузку MOSFET транзистор. Допустимо применение аналога с подходящими силовыми характеристиками.

Терморегуляторы для котлов отопления

Регулятор температуры своими руками можно сделать в рамках проекта модернизации старого котла. Не имеет значения вид топлива, хотя проще обеспечить хороший результат с применением газового оборудования.

Схема термостата с индикацией показаний на LCD экране

Цифровой терморегулятор

В этом примере разработчики создавали устройство поддержания температурного режима в хранилище фруктов (овощей). Для анализа поступающих данных выбрана микросхема со следующими блоками:

таймеры;
генератор;
два компаратора;
модули обмена, сравнения и передачи данных.

При соответствующем положении переключателей светодиодная матрица показывает актуальное значение температуры или контрольный уровень. Кнопками в пошаговом режиме устанавливают нужный порог срабатывания.

Схема с регулировкой гистерезиса

Нужен ли терморегулятор на водяной теплый пол

Терморегулятор для водяного тёплого пола является устройством, с помощью которого можно управлять системой отопления, регулировать нагрев теплоносителя и установить оптимальную температуру в помещении. В задачу блока входит следующее:

Своевременно включать и выключать систему.
Поддерживать необходимую температуру в помещении.
Осуществлять автоматический нагрев комнаты к необходимому времени.
Экономить энергию.

Было замечено, что после монтажа, комнатный регулятор температуры для водяных теплых полов позволяет сэкономить до 30% затрат необходимых для нагрева теплоносителя. Конечно, существуют народные способы контроля температуры жидкости в системе отопления, но, как правило, они малоэффективны, неудобны и часто приводят к нарушениям в работе.

Одним из таких методов является механическая регулировка температуры краном. Контроль происходит благодаря уменьшению скорости циркуляции теплоносителя и соответственно уменьшению теплоотдачи. Минусом регулировки механическими расходомерами является необходимость в постоянном контроле хозяина жилья и низкой эффективности решения.

Согласно отзывам покупателей, механический регулятор температуры для водяного теплого пола нередко становится причиной появления воздушных пробок в системе. Резкое изменение давления и температуры нагрева теплоносителя, приводит к завоздушиванию и потере работоспособности водяного контура.

Согласно инструкции по эксплуатации, допускается ручная регулировка для теплых полов. Практика показывает, что в основном механические регуляторы монтируют желающие сэкономить на комплектующих. Сравнительно небольшие затраты на приобретение электронного блока контроля температуры окупаются за счет снижения расходов на нагрев теплоносителя.

Основные неисправности

Виды

Терморегуляторы теплого пола различаются на:

механические;
электронные;
программируемые.

Плюс есть модели с дистанционным управлением по Wi-fi со смартфона. В этом отношении данные приборы сильно похожи на термостат для газового котла, который в соответствующем исполнении также можно контролировать через интернет.

Виды терморегуляторов

Механический

Главные достоинства регулятора механического – дешевизна, простота конструкции и надежность. В нем отсутствует какая-либо электроника. На его корпусе есть только выключатель «ВКЛ/ВЫКЛ» и поворотное колесико для установки желаемой температуры.

Обычно такой термостат рассчитан на одну зону управления. Для большинства ситуаций его вполне достаточно. Но нередко «теплые полы» разбивают на несколько зон с разным нагревом (например, одна возле кровати или дивана, а вторая это остальная комната). Тогда подобному терморегулятору лучше предпочесть его более продвинутый электронный аналог с расширенным функционалом.

Механические

Чаще всего механический термостат устанавливают с электрическими теплыми полами. Он позволяет подключить систему нагревательных матов к сети 220 В напрямую через себя. При достижении заданных параметров такой прибор отключает электропитание, а при охлаждении помещения потом вновь соединяет цепь для подачи напряжения.

Электронный

Электронный терморегулятор теплого пола по функциям и схеме работы практически полностью повторяет первый вариант механический. Только он собран уже на основе контролирующей микросхемы и имеет дисплей. Модели этого вида могут быть рассчитаны на одну либо несколько зон управления. Если комната просторная и система обогрева занимает большую площадь, то выбирать для подключения к питанию и регулировки ТП стоит именно их.

Электронный

Разница в цене между электронным и механическим термостатом для одного и того же нагреваемого пола достигает 15–30%. Нет электроники, прибор стоит дешевле. А если есть микросхемы внутри, то он выходит дороже. При этом особых различий в плане использования между ними нет.

Единственный серьезный минус электронного устройства – сброс настроек при отключении электрического тока. Если «механика» после появления в сети напряжения начнет опять работать с выставленными изначально параметрами, то терморегулятор на микросхеме придется включать вручную. При этом между сбоем и приходом хозяев домой может пройти значительное время, в течение которого пол греться не будет.

Программируемый

Если хочется максимально сэкономить на эксплуатации ТП, то подключать теплый пол следует через температурный регулятор программируемого типа. Это устройство работает также на микросхеме. Однако количество режимов работы и настроек здесь гораздо больше, нежели в обычном электроном приборе.

За расширенный функционал приходится платить дороже. И чем больше может такой термостат, тем выше его стоимость. Однако все затраты на него быстро окупаются за счет экономии электроэнергии или иного энергоносителя, используемого для нагрева пола.

Програмируемый терморегулятор

Подобные девайсы дают полный контроль над напольным отоплением. Если требуется повысить надежность работы бойлера на газу, то ставится источник бесперебойного питания для газового котла. А если есть желание добиться максимальной экономии при работе ТП, то надо подсоединять к нему программируемый терморегулятор.

С помощью разных программ можно для каждого времени суток задать свой рабочий режим. Ведь когда в доме никого нет, теплый пол можно ненадолго отключить или перевести на поддержание более низких температур.

С дистанционным управлением

Часть электронных и программируемых терморегуляторов предполагает возможность управления ими дистанционно. Такие устройства используются в системах типа «умный дом». Это наиболее продвинутые, функциональные и дорогие приборы контроля водяного или электрического теплого пола.

Дистанционный контроль облегчает управление

В качестве внешнего элемента управления применяются:

пульты ДУ;
смартфоны;
компьютеры.

В остальном это обычные программируемые приборы.

Пошаговая инструкция

Сборка самодельного регулятора температуры предполагает выполнение следующей последовательности действий:

Подбор соответствующей микросхемы. Подойдет CD4011 или К561ЛА7.
Выбор терморезисторов. Их мощность варьируется от 1 и до 15 kOm.
Подготовка платы к вытравливанию дорожек.
Включение нагревающего элемента в цепь резистора. Это делают по причине того, что изменение мощности, которая происходит в результате понижения градусов, воздействует на транзисторы.
Настройка датчиков, поскольку температурные перепады в системе приводят к необходимости контролировать степень нагрева.

Нагревающий прибор, подключенный к цепи резисторов, согревают систему до восстановления мощности в термодатчике к исходному значению.

Терморегулятор для теплого пола своими руками: выкладываем по полочкам

Понятие о температурных регуляторах

Затраты при самостоятельной сборке

Принцип работы

Детали устройства