Схема электронного термометра с выносным датчиком своими руками

Общее понятие о температурных регуляторах

Приборы, фиксирующие и одновременно регулирующие заданное температурное значение, в большей степени встречаются на производстве. Но и в быту они также нашли своё место. Для поддержания необходимого микроклимата в доме часто используются терморегуляторы для воды. Своими руками делают такие аппараты для сушки овощей или отопления инкубатора. Где угодно может найти своё место подобная система.

В данном видео узнаем что из себя представляет регулятор температуры:

В действительности большинство терморегуляторов являются лишь частью общей схемы, которая состоит из таких составляющих:

1. Датчик температуры, выполняющий замер и фиксацию, а также передачу к регулятору полученной информации. Происходит это за счёт преобразования тепловой энергии в электрические сигналы, распознаваемые прибором. В роли датчика может выступать термометр сопротивления или термопара, которые в своей конструкции имеют металл, реагирующий на изменение температуры и под её воздействием меняющий своё сопротивление.
2. Аналитический блок – это и есть сам регулятор. Он принимает электронные сигналы и реагирует в зависимости от своих функций, после чего передаёт сигнал на исполнительное устройство.
3. Исполнительный механизм – некое механическое или электронное устройство, которое при получении сигнала с блока ведёт себя определённым образом. К примеру, при достижении заданной температуры клапан перекроет подачу теплоносителя. И напротив, как только показания станут ниже заданных, аналитический блок даст команду на открытие клапана.

Принцип работы

Датчик температуры подает электрические импульсы, величина тока которых зависит от уровня температуры. Заложенное соотношение этих величин позволяет устройству очень точно определить температурный порог и принять решение, например, на сколько градусов должна быть открыта заслонка подачи воздуха в твердотопливный котел, либо открыта задвижка подачи горячей воды. Суть работы терморегулятора заключается в преобразовании одной величины в другую и соотнесении результата с уровнем силы тока.

Простые самодельные регуляторы, как правило, имеют механическое управление в виде резистора, передвигая который, пользователь устанавливает необходимый температурный порог срабатывания, то есть, указывая, при какой наружной температуре необходимо будет увеличить подачу. Имеющие более расширенный функционал, промышленные приборы, могут программироваться на более широкие пределы, при помощи контроллера, в зависимости от различных диапазонов температуры. У них отсутствуют механические элементы управления, что способствует долгой работе.

Аналоговые и цифровые термометры

Аналоговые

Эти устройства обычно недороги и не требуют сложного ухода. Главная их проблема – шкала. Либо она показывает температуру с высокой точностью, но измерительный интервал при этом очень мал, либо охватывает широкий температурный диапазон, но точность показаний – приблизительна.

Цифровые

Такие устройства дороже, по сравнению с аналоговыми, но их точность гораздо выше. Позволяют производить измерения в широком интервале, применяются в быту и технике.

Конструктивные составляющие цифрового термометра:

• чувствительный элемент (обычно это терморезистор);
• аналогово-цифровой преобразователь, который трансформирует электрический сигнал от терморезистора в цифровой;
• дисплей;
• элемент питания;
• вводы-выводы сигналов, необходимые для взаимодействия с другими устройствами.

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.

Настройка

После установки на контроллер программного обеспечения, необходимо включить собранный прибор и выполнить настройку. На экране компьютера должно появиться 3 точки: одна точка должна быть по центру экрана, а одна в углу.

Дополнительная точка — это лазерный луч. Именно его нужно совместить с центральной точкой. Калибровка выполнена.

Этот прибор очень громоздкий по причине использования штатива. Но его легко можно установить на автомобиль или жесткую основу, например, на крышу дома. Шнур для соединения с компьютером можно удлинить или приобрести готовый. Главная особенность этого устройства в том, что существует большое поле для модернизации. Этот тепловизор можно легко использовать в качестве охранной или пожарной сигнализации. Единственный недостаток прибора кроется в замедлении передачи данных. Связано это с частотой взаимодействия контроллера и веб-камеры.

Термодатчик на германиевых диодах

Особенностью германиевых полупроводниковых диодов является их высокая чувствительность к изменениям температуры воздуха. Поэтому эти радиодетали могут использоваться, как термодатчики при их обратном включении.

Их применение объясняется сильной зависимостью обратного тока от температуры окружающей среды. Эта особенность диодов используется в простой схеме регулятора скорости кулера.

Германиевые диоды, соединённые параллельно (3–4 шт.), включают в обратном направлении в цепь базы составного транзистора. Их стеклянные корпуса можно крепить прямо на кулер без всяких прокладок-теплоотводов. Резистор R1 предохраняет транзистор от теплового пробоя, а R2 определяет порог срабатывания регулятора. Если при превышении комнатной температуры вентилятор не включается, то число диодов надо увеличить. Когда кулер начинает вращать лопасти с большой скоростью количество радиодеталей уменьшают.

Использование микроконтроллера

Применение в схеме самодельного термометра микроконтроллера подразумевает использование программы, управляющей его работой. В качестве микросхемы применяется ATmega8, а датчика температуры — DS18B20.

В схеме используется небольшое число радиодеталей. Она несложная и не нуждается после сборки в какой-либо наладке. Напряжение питания микроконтроллера составляет пять вольт. Для его стабилизации используется микросхема L7805. Транзисторы можно использовать любые с NPN структурой. В качестве индикатора подойдёт трёхразрядный сегментный дисплей с общим катодом.

Температура устройством может изменяться в интервале от -55 ° до 125º С с шагом в 0,1º С. Погрешность измерения не превышает 0,5º С. Обмен данными между датчиком и микроконтроллером происходит по шине 1-Wire. При большом расстоянии выноса измерительной микросхемы DS18B20 от ATmega8 необходимо подобрать подтягивающее сопротивление. Распаять его лучше непосредственно на вывод датчика.

При программировании все установки микроконтроллера оставляются заводскими, и фьюзы не изменяются. Затем к собранному термометру можно добавить ещё один датчик, а также часы. Но для этого необходимо будет обладать знаниями в программировании, чтобы дописать программный код.

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.

• 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.

• Привод для откатных ворот — выбор автоматики, лучшие материалы для изготовления и характеристики привода

• Блок питания своими руками: пошаговая инструкция как делается самодельная, регулируемая, универсальная и импульсная модель

• Расчет сечения электрического кабеля: формулы, таблицы, онлайн калькулятор для быстрого и точного расчета

Применение датчиков на практике

Датчики используются для следующих задач:

• поддержание заданного микроклимата в жилых и офисных помещениях: обеспечение комфортного пребывания людей;
• обеспечение необходимых параметров воздуха на складах и в хранилищах: например, архивы, музеи или овощебазы;
• сохранение заданной влажностной среды при работе с биологическими объектами: инкубаторы, лаборатории, медицинские учреждения;
• обеспечение климатических условий на производстве сухих смесей или с применением чувствительной к влажности технике;
• контроль в котельных или водоочистительных станциях: предотвращение образования конденсата;
• соблюдение гигиенических норм в любых помещениях: высокая влажность способствует развитию плесени и грибка.

3 Разновидности аппаратов на рынке

Сегодня компании, которые производят такое оборудование, предлагают покупателю 3 основные разновидности устройств. Все они работают на разных внутренних сигналах. Именно их функция заключается в контроле над температурой и её выравнивании в зависимости от настроек прибора (верхней и нижней черты).

Существует три вида внутренних сигналов:

1. 1. Данные снимаются непосредственно с теплоносителя. В обиходе не очень популярный, так как его эффективность недостаточная. Принцип работы заключается в погружном датчике или другом подобном ему устройстве. Хотя с эффективностью есть проблемы, но на рынке относится к дорогому сегменту подобных устройств.
2. 2. Внутренние воздушные волны. Этот вариант самый популярный, поскольку считается надёжным и экономичным. Он берёт данные не температуры теплоносителя, а непосредственно воздуха. Это позволяет добиться более высокой точности. Какой градус будет выставлен в блоке управления, такова и будет температура воздуха. Соединяется с отопительной системой с помощью кабеля. Такие модели постоянно усовершенствуются производителями, что делает их более удобными и функциональными.
3. 3. Внешние воздушные волны. Функционирует на основе уличного датчика. Он срабатывает при любых изменениях погодных условий, и немедля реагирует, изменяя настройки отопительного оборудования.

Сегодня на рынке есть много популярных моделей от топовых производителей, которые уже закрепили своё положение. К ним в первую очередь можно отнести E 51.716 и IWarm 710. Сам корпус небольших размеров и сделанный из пластполимера, который не горит. Несмотря на это в нём есть множество полезных функций. Дисплей, как на такие маленькие разеры, довольно большой. На нём отображаются все существующие данные. Стоят такие приборы в пределах 2500−3000 рублей.

К вышеперечисленным плюсам можно добавить и некоторые минусы. К ним относится небольшй набор функций, которые есть в аналогах этих устройств. При пользовании это иногда вызывает дискомфорт. К тому же в этих моделях нет функции автоматического нагревания. Но при желании её можно доделать уже самостоятельно.

Таким образом, сделать самостоятельно терморегулятор или приобрести и установить готовую модель не составит никакого труда, если в точности придерживаться всех схем, чертежей и инструкций по изготовлению и монтажу. Это оборудование позволит сэкономить время хозяев на ручной регулировке температуры определённых приборов.

Как сделать терморегулятор своими руками

1. Вскрывается донор корпуса и силовой схемы — электронный таймер CDT-1G. На сером трехжильном шлейфе установлен микроконтроллер таймера. Отпаиваем шлейф от платы. Отверстия для проводов шлейфа имеют маркировку (+) — питание +5 Вольт, (О) — подача управляющего сигнала, (-) — минус питания. Коммутировать нагрузку будет электромагнитное реле.

Донор корпуса

Параметры таймера

Удобный корпус

Силовая схема

2. Так как питание схемы от силового блока не имеет гальванической развязки от сети, то все работы по проверки и настройке схемы проводим от безопасного источника питания 5 вольт. Сначала на стенде проверяем работоспособность элементов схемы.

Сборка макета

Проверка работы

3. После проверки элементов схемы конструкция собирается на плате. Плата для устройства не разрабатывалась и собрана на куске макетной платы. После сборки также проводится проверка работоспособности на стенде.

4. Термодатчик R1 установлен снаружи на боковой поверхности корпуса блок- розетки, проводники изолированы термоусадочной трубкой. Для недопущения контакта с датчиком, но и сохранения доступа наружного воздуха к датчику сверху установлена защитная трубка. Трубка изготовлена из средней части шариковой авторучки. В трубке вырезано отверстие для установки на датчик. Трубка приклеена к корпусу.

Защитная трубка

Термодатчик

Защитная трубка

5. Переменный резистор R3 установлен на верхней крышке корпуса, там же сделано отверстие для светодиода. Корпус резистора полезно для безопасности покрыть слоем изоленты.

6. Ручка регулировки для резистора R3 самодельная и изготовлена своими руками из старой зубной щетки подходящей формы :).

Резистор R3

Донор ручки

Ручка снизу

Ручка настройки

7. Перед окончательной сборкой еще раз проверяем работу на стенде, далее подпаиваем проводники к контактам силовой схемы и включаем в сеть. При включении схема должна работать.

Еще раз напоминаю питание терморегулятора бестрансформаторное и гальваническая развязка от сети отсутствует, то есть опасное сетевое напряжение присутствует на элементах устройства. При подборе резистора R3 недопустимо применение резистора с отсутствием изоляции управляющей ручки от контактов.

Терморегулятор изготовлен для управления работой электрокамина на котором регулятор температуры не установлен.

Термодатчик на германиевых диодах

Особенностью германиевых полупроводниковых диодов является их высокая чувствительность к изменениям температуры воздуха. Поэтому эти радиодетали могут использоваться, как термодатчики при их обратном включении.

Их применение объясняется сильной зависимостью обратного тока от температуры окружающей среды. Эта особенность диодов используется в простой схеме регулятора скорости кулера.

Германиевые диоды, соединённые параллельно (3–4 шт.), включают в обратном направлении в цепь базы составного транзистора. Их стеклянные корпуса можно крепить прямо на кулер без всяких прокладок-теплоотводов. Резистор R1 предохраняет транзистор от теплового пробоя, а R2 определяет порог срабатывания регулятора. Если при превышении комнатной температуры вентилятор не включается, то число диодов надо увеличить. Когда кулер начинает вращать лопасти с большой скоростью количество радиодеталей уменьшают.

Полупроводниковые датчики с цифровым выходом

Технология изготовления полупроводниковых термометров позволяет размещать их на кристаллах интегральных микросхем. Температурные датчики можно встретить в составе микропроцессоров и микроконтроллеров, служебных мониторов микропроцессорных систем, а также в других измерительных устройствах, например датчиках влажности. Возможен и противоположный вариант — добавления различных элементов к датчикам. Примером подобных изделий могут служить датчики температуры с цифровым выходом. В отличие от аналоговых вариантов, эти устройства содержат встроенный АЦП и формирователь сигналов какого-либо стандартного интерфейса. Наибольшую популярность получили интерфейсы SPI, I2C и 1-Wire. Использование термометров с цифровым выходом значительно упрощает схемотехнику измерительного устройства, при незначительном увеличении стоимости относительно аналоговых вариантов. Также использование стандартных интерфейсов позволяет интегрировать датчики в различные системы управления или подключать несколько датчиков на одну шину. Программирование протокола обмена с большинством датчиков не представляется сложной задачей, что обусловило огромную популярность применения этих элементов в любительской практике и мелкосерийном производстве.

Рекомендации по монтажу своими руками

Подобные приборы широко используются в разных целях: ими оснащаются радиаторы, котлы нагревания и другие бытовые приборы.

Перед началом монтажа следует внимательно прочитать инструкцию: в ней указываются не только особенности установки (например, размеры для подсоединения к патрубку), но и правила эксплуатации, а также границы температур, для которых годится измерительный прибор.

Необходимо также учесть размер гильзы, который может варьироваться в пределах 120-160 мм.

Рассмотрим два наиболее часто встречающихся случая монтажа термодатчика.

Подключение прибора на радиатор

Не стоит оснащать термостатом все отопительные приборы. Согласно регламенту, датчики устанавливаются на батарею, если ее суммарная мощность превышает 50% от выработки тепла аналогичными системами. Если в помещении имеется два нагревателя, то термостат устанавливается лишь на одном, имеющем больший показатель мощности.

Термодатчик является обязательной составной частью регуляторов температуры, позволяющих снижать или увеличивать нагрев радиаторов, теплого пола и других отопительных приборов

Клапан прибора устанавливается на подающий трубопровод в месте подключения радиатора к сети отопления. При невозможности его врезки в уже имеющуюся цепь следует демонтировать подводку подачи, что может вызвать некоторые сложности.

Для проведения этой манипуляции необходимо воспользоваться инструментом для резки труб, тогда как монтаж термоголовки легко производится без спецоборудования. Как только датчик будем смонтирован, достаточно совместить сделанные метки на корпусе и приборе, после чего головка фиксируется плавным нажатием руки.

Монтаж термодатчика воздуха

Подобный прибор устанавливается в наиболее холодном жилом помещении без сквозняков (в холле, кухне или котельной его монтаж нежелателен, так как может вызвать нарушения в работе системы).

При выборе места нужно следить, чтобы на устройство не падали солнечные лучи, рядом не должно быть отопительных приборов (обогревателей, радиаторов, труб).

Для обычной системы отопления достаточно одного термостата, тогда как при коллекторной схеме желательно применять несколько датчиков, число которых совпадает с количеством комнат. Это позволит индивидуально регулировать температуру в обособленных пространствах

Подключение прибора осуществляется согласно инструкциям, которые находятся в техническом паспорте, при этом используются клеммы или кабель, которые входят в комплект.

При необходимости отслеживания температуры термодатчик в “теплом полу” может располагаться в глубине бетонной стяжки. В этом случае для защиты можно применить гофрированную трубу, имеющую один закрытый торец и покатый изгиб

Последняя особенность позволяет при необходимости извлечь сломанный прибор и заменить его на новый.

Монтаж устройства осуществляется следующим образом:

1. В стене устраивается углубление для крепежа навесного прибора.
2. С термодатчика снимается передняя деталь, после чего приспособление устанавливается на подготовленном участке.
3. Далее к контактам подсоединяется греющий кабель, тогда как к датчикам – клеммы.

Заключительный этап – подсоединение питающего кабеля и установка передней панели на свое место.

Если устройство, для функциональности которого необходимо внутреннее подключение датчиков, имеет сложную конструкцию, лучше обратиться к специалистам.

Регулятор температуры своими руками: питание и нагрузка

Что касается подключения LM 335 то оно должно быть последовательным. Все сопротивления необходимо подобрать так, чтобы общая величина тока, который проходит через термодатчик соответствовала показателям от 0,45 мА до 5 мА. Превышения отметки допускать нельзя, так как датчик будет перегреваться, и показывать искаженные данные.

Запитка терморегулятора может происходить несколькими способами:

• С помощью блока питания с ориентировкой на 12 В;
• С помощью любого другого устройства, питание которого не превышает вышеуказанный показатель, но при этом ток, протекающий через катушку не должен превышать 100 мА.

Еще раз напомним о том, что показатель тока в цепи датчика не должен превышать 5 мА, по этой причине придется использовать транзистор с большой мощностью. Лучше всего подойдет КТ 814. Конечно, если вы хотите избежать применения транзистора, можно использовать реле с меньшим уровнем тока. Он сможет работать от напряжения в 220 В.

Достоинства и недостатки

Даже простой терморегулятор своими руками имеет массу достоинств и положительных моментов. Говорить же о заводских многофункциональных устройствах и вовсе не приходится.

Регуляторы температуры позволяют:

1. Поддерживать комфортную температуру.
2. Экономить энергоресурсы.
3. Не привлекать к процессу человека.
4. Соблюдать технологический процесс, повышая качество.

Из недостатков можно назвать высокую стоимость заводских моделей. Конечно, самодельных приборов это не касается. А вот производственные, которые требуются при работе с жидкими, газообразными, щелочными и другими подобными средами, имеют высокую стоимость. Особенно если прибор должен иметь множество функций и возможностей.

Терморегулятор для инкубатора своими руками – схема

Термостат можно собрать, так сказать, с нуля, используя для этого различные радиотехнические детали.

Наибольшее признание у радиолюбителей получила схема на основе специального элемента, именуемого компаратором.

Компаратор имеет две пары входных контактов и одну выходную. Одна из входных пар называется прямой (помечается знаком «+»), вторая – инверсной (знак «-»).

Функция компаратора заключается в сравнении уровня напряжения на входных контактах. Если напряжение на инверсном входе больше, чем на прямом, – на выходной паре микросхемы устанавливается высокий уровень.

При этом включается подключенное к ней реле, замыкая цепь нагревателя. Если для включения реле требуется больший ток, чем имеется в цепи терморегулятора, компаратор включает его через транзистор.

Как же формируются напряжения на входных контактах компаратора? Одно из них определяется пользователем, для чего в цепь терморегулятора включается переменный резистор. Меняя сопротивление резистора, пользователь фактически задает желаемую температуру.

Напряжение на втором входе зависит от состояния температурного сенсора. В этом качестве применяются различные элементы, характеристики которых меняются с изменением температуры. Например, термистор – резистор, сопротивление которого увеличивается при нагреве и падает при охлаждении (может быть и наоборот – зависит от типа элемента).

Силовая часть терморегулятора, то есть нагреватель, запитана от обычной электросети с напряжением в 220 В. На цепь управления следует подать постоянное напряжение в пределах 12 В, для чего применяется понижающий трансформатор с диодным мостом (выпрямитель) и стабилизатором.

Схема терморегулятора

Данную схему мы, как уже говорилось, дополним аккумулятором. В его цепь включим реле, контакты которого при наличии напряжения в централизованной электросети будут разомкнуты. При этом обогрев инкубатора будет осуществляться лампами на 220 В или таким же инфракрасным обогревателем.

При отключении основного электричества контакты реле в цепи аккумулятора замкнутся и электропитание будет поступать от него. При этом в качестве обогревателей будут использоваться автомобильные лампы.

Как только в основной электросети снова появится напряжение, реле разомкнет цепь аккумулятора, но второй парой контактов подключит зарядное устройство, которое восстановит заряд батареи до первоначального уровня.

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.