Терморегулятор с обратной связью своими руками. схема и описание работы

Простой термостат на компараторе — Меандр — занимательная электроника

Читать все новости ➔

Идея подобного устройства возникла в процессе апгрейда усилителя на 4-х TDA2030A. Очень уж мне не нравился шум вентилятора. За музыкой его слышно конечно же не было но, когда музыка выключалась, было слышно довольно громкое жужжание вентилятора, обдувающего радиатор. В результате родилась такая вот схема на компараторе LM311.Для начала вспомним, что есть компаратор.

Компаратор (от англ. compare — сравнивать) — это сравнивающее устройство.Он сравнивает напряжение на прямом входе (у компаратора их два — прямой и инверсный), с напряжением на инверсном входе (напряжение срабатывания). Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения. С их помощью осуществляется настройка порогового напряжения срабатывания компаратора. Если на прямом входе напряжение превысит напряжение инверсного входа, то компаратор выдаст на выходе высокий уровень, равный напряжению питания компаратора.

Резистор R3 служит для создания положительной обратной связи для формирования гистерезисной передаточной характеристики. Эта мера позволяет избежать быстрых нежелательных переключений состояния выхода, обусловленном шумами во входном сигнале.

На компараторе можно даже построить простейший АЦП, если выставить порог срабатывания и напряжение питания компаратора равными логической единице!

Итак, термостат.

Принцип его действия таков: радиатор не охлаждается, пока его температура не достигнет 40-50 градусов (зависит от сопротивления резисторов RV1 и RT1). По достижении необходимой температуры кулер включается, охлаждает радиатор и снова отключается. Такая схема позволит снизить шум вентилятора на тех режимах работы усилителя, когда нагрев микросхем УМЗЧ незначителен и таким образом уменьшить уровень шума.Здесь компаратор управляет полевым транзистором, который может коммутировать нагрузку (кулер, светодиод, реле и пр.).

Видно что напряжение на прямом входе (12,7В) меньше чем на инверсном (12,8В). На выходе компаратора 0В, следовательно полевик закрыт, ток через него не течет и двигатель не вращается.

Немного изменим сопротивление RV1.

Напряжение на входе превысило пороговое, компаратор открыл транзистор, через него пошел ток, двигатель начал вращаться. В реальных условиях должно изменится сопротивление RT1 из-за нагревания (если это NCT) или охлаждения ( если PCT).

Теперь посмотрим как это будет выглядеть «в железе».Данные о температуре снимаются с помощью NTC термистора на 1 кОм.

Мой выбор пал на SMD-монтаж, т.к. передо мной стояла задача сделать устройство, имеющее как можно меньшие габариты.

Такую платку можно просто прилепить на термоклей или 2-сторонний скотч к радиатору или стенке корпуса усилителя.

Настройка осуществляется довольно просто: необходимо чтобы терморезистор приобрел комнатную температуру. После этого его калибруют вращением подстроечного резистора до прекращения срабатывания на комнатную температуру. Затем нагревают термистор до необходимой расчетной температуры (я калибровал примерно на 50*С. Прилепил термистор к настольной лампе со 100Вт лампой накаливания и настраивал по теплу, отдаваемому лампой.) и подстраивают резистор до появления срабатывания на необходимую температуру.

Ну и не стоит забывать о теплопроводящей пасте между термистором и радиатором.

Печатная плата

cxem.net

Как определить, что сломан именно термосенсор

Опишем, как проверить датчик температуры в холодильнике. Не стоит путать методы диагностики терморегулятора и сенсора: может быть сломано первое устройство, а второе быть исправным, и наоборот.

Советы, которые помогут определить, что сломан именно температурный сенсор:

для вариантов с микроконтроллеров:
- замерить сопротивление электронного датчика (терморезистора) мультиметром. Значение должно совпасть с данными таблицы, показывающей зависимость номинала от t°. Способ не всегда подразумевает снятие датчика;
- нередко сам электромодуль сигнализирует о выходе из строя сенсора, выдавая звуковые сигналы, а при наличии табло коды ошибок;
для механических типов способов меньше, как и ниже степень конкретики их результатов:
- осмотр сильфонной трубки на предмет прорех, разгерметизации;
- вынуть термостат, проверить мультиметром его цепь (может быть обрыв при рабочем сенсоре). Далее, продлить проводками его контакты, подключить в холодильник, вывести узел за шкаф, поместить трубку в холод/тепло и посмотреть, как будет работать.

Если холодильник не включается, то находят проводки термостата и замыкают их напрямую — узел можно не демонтировать. Если прибор заработает, значит, проблема в этом устройстве. Но данный способ не дает стопроцентной диагностики — может быть сломано именно термореле, а не датчик.

Часто всего ломаются терморезисторы испарителя — там среда и нагрузки более агрессивные (высокая влажность, постоянные значительные перепады температур).

Диагностика электронного датчика температуры (терморезистора)

Отдельно опишем, как проверить термодатчик на микроконтроллере для холодильника. Для примера возьмем холодильник Samsung Rb30j3200ef с датчиком DA32-10105q, снабженным термопарой (терморезистором) 502AT-2.

Находим в инструкции холодильника модель термопары, в сети — техописание для нее:

Поиск спецификации (specification, datasheet) обычно проводится по зарубежным источникам, в PDF файле техдокументации указаны все характеристики терморезистора. По таблице видим, что сопротивление составляет 5 кОм при +25° C, рабочий диапазон от −50 до +110° C.

Находим 502АТ-2 и смотрим остальные данные, сопоставляя с температурой:

Далее, смотрим по графику, как меняется сопротивление в процессе роста/понижения температуры. Чем она выше, тем ниже число Ом и наоборот.

Вынимаем и диагностируем электронный датчик

Снимаем крышку отсека:

Под крышкой:

Отсоединяем разъем термопары. Замеряем ее сопротивление при комнатной температуре: при +25° C надо, чтобы было 25 кОм. Если показатель другой, значит, есть поломка:

Если обнаружена поломка, надо вытащить и заменить термопару. Откручиваем 3 винта, снимаем всю заднюю большую панель:

Данное отверстие — воздховод, по которому холод идет в морозилку, здесь есть заслонка, она видна если перевернуть снятую крышку:

Если крышку разобрать, найдем термопару:

Термопара снимается, погружается в воду комнатной температуры (так среда будет стабильнее), мультиметр переводится на измерение сопротивления. Сравниваем значения с заводскими (есть в таблицах спецификации).

Добавляем нагретую жидкость и кипяток — сопротивление понижается.

Терморезистор исправен — показания отвечают графику и таблицам в «даташит». На практике нет смысла опускать термопару в воду, достаточно замерить сопротивление при наличной температуре, не вытаскивая из посадочного места (для наглядности повторим фото):

Датчик температуры LM35 в схеме термостата

Это простая, но в свою очередь очень точная схема термостата, которая может быть применена там, где необходим автоматический контроль температуры. Схема термостата управляет миниатюрным реле в соответствии с температурой измеренной температурным датчиком LM35.

Когда датчик температуры LM35 фиксирует температуру выше, чем заданный уровень (уровень устанавливается резистором Р1), реле включается, а когда температура падает ниже заданной температуры, реле выключается.

Описание работы термостата на датчике LM35

Основой схемы является температурный датчик LM35, который имеет заводскую калибровку в градусах Цельсия с погрешностью 1%. У датчика линейная шкала зависимости Градус/Вольт. Выходное напряжение (контакт 2) изменяется с температурой от 0мВ (0С) до 1500мВ (+150C).

Это очень упрощает схему термостата, поскольку мы только должны создать точное опорное напряжение при помощи стабилитрона TL431 и точный блок сравнения на операционном усилителе LM358.

Переменный резистор (Р1) и резистор (R3) формируют переменный делитель напряжения, который устанавливает опорное напряжение от 0В до 1,62В.

Операционный усилитель (DA1.1) является буфером опорного напряжения, чтобы избежать влияния делителя. Компаратор (DA1.2) сравнивает опорное напряжение, установленный переменным резистором Р1, с выходным напряжением температурного датчика LM35 и решает, включить или выключить реле управления.

О включении реле сигнализирует светодиод VD3. Транзистор VT1 можно заменить на КТ3107, КТ209, КТ501 и перед установкой желательно его проверить на исправность.

Настройка термостата

Калибровка достаточна, проста, нам понадобится всего лишь вольтметр. Подключите вольтметр к указанным на схеме точкам «А» и «В» и переменным резистором Р1 установите необходимое опорное напряжение. Не забудьте что 10мВ равен одному градусу Цельсия, то есть, к примеру, чтобы получить значение в 50 гр.С необходимо выставить 500мВ.

Простой электронный

Для того, чтобы сделать электронный градусник, требуется немного более сложная конструкция. Индикатором температуры в нем служит амперметр чувствительностью в 50 мкА, а датчиком выступает терморезистор типа СТЗ-19 с унарным номиналом сопротивления в 10 кОм. У последнего есть много аналогов различных производителей, на тот случай, если не удастся найти оригинал указанной маркировки.

Итак, чтобы создать электронный термометр, потребуются:

Обозначение на схеме	Наименование	Аналоги
VT1, VT2	Транзисторы KT315A	КТ3102 (А, Б, В, Г)
S1	Тумблер включения
R1	Резистор 68 Ом
R2	Переменный резистор 680 Ом
R3	Переменный резистор 22 кОм
R4, R5	Резисторы 6.2 кОм
R6*	-//- 9.1 кОм
R7*	-//- 910 Ом
R8	Терморезистор СТЗ-19 10 кОм
GB1	Две пальчиковые батарейки 1.5 В
S2	Двухпозиционный переключатель режима работы калибровка/измерение
PA1	Любой микроамперметр с предельным положением стрелки в 50 мкА. Желательно наибольшей длины шкалы, для последующего удобства разметки.

Схема

Единственное замечание к конструкции — терморезистор R8 нужно вынести отдельно на двух проводах от остальных элементов, чтобы излучаемое ими тепло в процессе работы не влияло на итоговые показания. В остальном схема электронного термометра отображена на картинке:

Наладка

Прежде чем производить градуировку шкалы микроамперметра под показания температуры, требуется подобрать суммарное сопротивление R6 и R7 равное значению, которое выдает R8 при эталонной температуре, планируемой, как самой низкой в измерениях настоящим градусником. Использоваться цепь R6-R7 будет только при калибровке. Впоследствии ее можно безболезненно демонтировать.

Подобрав параметры элементов согласно рекомендации, поворотом R2, при работе аппарата в режиме «калибровка», устанавливаем стрелку PA1 в нулевую позицию. Подстройка R3 должна находится на средине.

Переключив самодельный термометр на «измерение» производим пробу терморезистором нагрева воздуха или жидкости с известной температурой. Отмечаем ее на шкале микроамперметра. Аналогичным образом поступаем с остальными показаниями эталонного градусника.

По окончании настройки устройства, резисторы R4, R6 и R7, вместе с переключателем S2 можно убрать, соединив минусовой контакт амперметра напрямую с точкой связи R5 и R8.

Точность и пределы

Электронно-аналоговый датчик, несмотря на простоту конструкции, весьма точен — до 0.1 градусов Цельсия. Пределы зависят только от минимальной температуры с которой производились установки нуля шкалы, и максимума нагрева до выхода терморезистора из строя. Для СТЗ-19 предел «выживания» находится чуть свыше 110 ºC.

Схема подключения

В схеме используется два датчика LM35DZ в корпусе TO-92 (DA1, DA2).

Схема подключения датчиков температуры LM35DZ к WiFi-модулю SC120

Контроллер SC120 и датчики установлены на макетной плате для проектирования (Breadboard), позволяющей собирать проекты без пайки.

Внешний вид макетной платы с WiFi-модулем SC120 и подключенными датчиками температуры LM35DZ

В качестве внешнего источника используется адаптер питания для зарядки сотовых телефонов, смартфонов, планшетов, с выходным током не менее 500мА.
Для автономного питания контроллера можно использовать портативные аккумуляторы (Power Bank) емкостью от 2000мА*ч и выше.
В качестве соединительного кабеля между макетной платой (Breadboard) и адаптером используется кабель для зарядки сотовых телефонов.

Калибровка температурного датчика lm35

Калибровка аналогового датчика нужна, для того чтобы получать показания с lm35 температурного датчика в градусах Цельсия, как это сделано на цифровом датчике температуры и влажности DHT11. Для этого в скетч следует добавить еще одну переменную и вставить формулу, которая преобразует аналоговый сигнал с датчика в градусы Цельсия. Для калибровки lm35 следует изменить формулу в программе.

Скетч для калибровки датчика lm35

int temp;    // освобождаем память для переменной "temp"
float grad; // освобождаем память для переменной "grad"

void setup() {
  pinMode(A0, INPUT); // сенсор LM35 подключим к аналоговому входу A0
  Serial.begin(9600);     // подключаем монитор порта
}

void loop() {
  temp = analogRead(A0); // переменная находится в интервале 0 - 1023
  grad = ( temp/1023.0 )*5.0*1000/10; // формулу можно изменять
  Serial.println(grad);              
      // выводим температуру на монитор

  delay(100); // ставим небольшую задержку
}

Пояснения к коду:

переменная — это число с плавающей точкой, используется для аналоговых величин, т.к. позволяют описать их более точно, чем целые числа;
в формуле можно менять значения чисел, чтобы точнее откалибровать температурный датчик;

Метки: датчик температуры, изготовление датчика

Комментарии 153

Я точно такой же на двухконтурный котёл поставил.Тертий сезон уже пашет.Блок питания от усилителя антенны. А у вас контролёр с датчиком шла?

нет, датчик насколько я помню, покупал отдельно в Чип и Дипе

Но вообще потом все задуманное собрал на DS18B20

А такой вариант: термопара закрепленная на патрубке и простенький мультиметр в режиме измерения температуры

Подскажите, а плата для индикации- это что за она? Самодельная?

нет, не самодельная — друг на алиэкспрессе купил «пучёк за пяточёк» и одну мне подарил:

Сами такую приблуду не думали замутить?

Думал. На датчике ДС1820. Но так вышло что зашел в гости к другу, за рюмочкой чая разговорились, я ему рассказал что хочу сделать, а он достал с полки это устройство, да мне и отдал. Теперь надобность в самостоятельном изготовлении как бы и отпала.А так я вот по этой схеме уже делал раньше и у меня под нее все есть:

Даллас лучше работает по сравнению с термисторами, и в цифре.Правда диапазон маловат.

почему маловат? для применения в авто более чем достаточен.

У далласа в принципе диапазон измерений лучьше.Но верхняя планка критична.Термистор на сколько я помню не надежен.Хотя если потенциал сидит 12 вольт, то работает.А Далласу надо стабильное питание.

Можно подробнее что значит критичней верхняя планка? Больше 120 градусов я нагревал феном датчик, вроде работает после этого.

Верхний диапазон температуры вроде равен 125 градусов у далласа.То бишь -50 и +125.А температура если нужна будет контролирумая выше 125 то Даллас не справится.Вообще точность у него нормальная, но задержка есть 0,5-1 сек.Есть 3 проводное подключение, есть возможность подключать по 2 проводам.Будет задержка и диапазон меньше.

Знаю про эти подключения, сейчас ради прикола попровал нагреть датчик феном, 127.9 удалось максимально на нем увидеть, дальше ноли, когда остывает то приходит в норму)

Советуем изучить Экспертиза электрооборудования: профессиональный подход к важнейшему вопросу

да не, это уже отработанная технология. заморочился только с тем что все отфоткал, сформулировал и выложил сюда )

Я понимаю, что отработанная, просто стоит ли это таких трудов при сравнительно невысокой стоимости датчика? Хотя конечно бывают редкие и дорогие датчики…

да не, дело не в стоимости, а в том чтобы запихнуть китайский датчик в нужный конструктив.вот надо тебе температуру воды например регулировать кипятильником — просто так же датчик в воду не засунешь его надо как то вкрутить, соответственно нужен корпус.

кстааати, а клевая идея…слушай во сколько мжет обойтись такой самый дешевый датчик? еще бы он вот цепь бы размыкал как терморегулятор и тогда цены бы не было…

Ну, смотри — у меня, к примеру, Бош Моно-Джетроник, по всем таблицам ДТВВ и ДТОЖ должны (при одинаковой температуре воздуха и ОЖ) давать «мозгам» одинаковое сопротивление. При этом ДТВВ вполне адекватен, но замене не подлежит (из-за особенностей конструкции). А ДТОЖ — «глючный», при разности показаний ЭБУ начинает «подгонять», т.к. не может сообразить кому верить (ДТОЖ или ДТВВ)!Покупал 4 (ЧЕТЫРЕ) разных датчика — все разное сопротивление при одинаковой температуре дают!А при вышеописанной технологии есть возможность подобрать копеечный термистор практически под любое значение сопротивление при заданной температуре! Да, что там, можно заменить ОБА термистора (подобрав нужное сопротивление) и на ДТОЖ и на ДТВВ ! А это поможет решить сразу несколько проблем с «глюками» электронной системы питания! Тем более цена китайских термисторов, расходников и проч. не идёт ни в какое сравнение с «фирменными» датчиками (которые невозможно иногда заменить, или они стоят как крыло от самолёта) !Я понятно объясняю? )))

Принцип действия терморегуляторов

Основой любого терморегулятора является электронный или механический термодатчик, контролирующий температуру воздуха в помещении. В зависимости от полученных показаний, он подает команды на отопительный котел, заставляя тот включаться и отключаться, в зависимости от пользовательских температурных предпочтений. Для выставления параметров используются крутящиеся ручки, сенсорные экраны и кнопки различных конструкций.

Конструкционно терморегулятор представляет собой компактный пульт управления, внутри которого стоит датчик температуры воздуха. При этом сам котел может располагаться в любом другом месте здания – на кухне, в ванной комнате, в отдельной котельной или вовсе в подвале, где он никому не мешает и не мозолит глаза. Согласитесь, что бегать в подвал, для того чтобы сделать воздух более теплым или более прохладным не так уж и удобно. Гораздо удобнее располагать эдаким пультом дистанционного управления, установленным в комнате.

Терморегуляторы с датчиком температуры воздуха для котла и являются пультами дистанционного управления. Они обеспечивают точную регулировку температурного режима и избавляют от необходимости бегать к месту установки котла, чтобы выставить нужный режим или задать рабочую программу. Работают терморегуляторы следующим образом:

Желательно подбирать термостат той же компании-производителя, что и Ваш котел. Это убережет Вас от возможных сбоев и неполадок в работе оборудования из-за различия электронной начинки.

Пользователи задают необходимую им температуру воздуха, например, +22 градуса;
Как только температура опустится ниже заданного предела, термостат подаст команду на включение котла – начнется нагрев теплоносителя, циркулирующего по отопительной системе;
Как только температура поднимется до желаемой отметки, термостат подаст команду для отключения котла.

Этот процесс повторяется циклически, обеспечивая создание комфортной атмосферы для домочадцев.

Комнатный термостат с датчиком температуры воздуха может контролировать температуру воды в контуре горячего водоснабжения – это необходимый функционал, если в доме стоит двухконтурный котел, причем установлен он не на кухне, в труднодоступном месте (в подвале или в гараже). Если вода в кране покажется слишком горячей, достаточно подойти к термостату и уменьшить степень ее нагрева – очень удобно и практично.

Продвинутые терморегуляторы с выносным датчиком температуры воздуха могут управлять сразу несколькими отопительными контурами – благодаря этому они обеспечивают раздельный температурный контроль в нескольких помещениях.

Основные параметры термореле

Таких параметров несколько. Вот самые важные из них:

диапазон рабочих температур;
точность уставки;
гистерезис;
мощность нагрузки.

Гистерезисом называется промежуток температур устойчивого состояния реле, когда реле поддерживает нагрузку во включенном состоянии. Уставка может занимать любое положение на этом промежутке, но принадлежит этому промежутку. Гистерезис не есть плохое качество реле, часто нормируется, даже отдельно регулируется и помогает избежать слишком частого переключения в цепи нагревателей, которое будет сокращать срок службы тэнов.

Пояснение к уставке и гистерезису

В домашних устройствах положение уставки характеризуется как “плюс-минус”. Так проще считать. Например, комнатная температура комфортна для человека в пределах 18-20 градусов Цельсия. Если гистерезис регулятора составляет 1 градус, то уставка в этом случае составит 19 градусов. Если при этом точность термореле составляет 0,5 градусов, то температура будет поддерживаться в пределах 17,5 … 20,5 градусов. Говоря точнее, будет срабатывать термореле, а истинная температура будет определяться мощностью нагревателя, который работает совместно с этим реле.

Мощность нагрузки выражается через ток, который реле способно переключать. Известно, что электронагреватели потребляют наибольшую мощность среди остальных потребителей энергии. Значит, таким нагревателям необходим достаточный ток и реле должно обеспечить этот ток своими контактами. Если токовая нагрузка слишком велика для контактов реле, то используют промежуточное реле: магнитный пускатель или электронный силовой ключ. Иначе контакты реле быстро подгорят и реле выйдет из строя.

Термореле с переключением диапазонов

Предварительные рекомендации

Ознакомьтесь со статьей Рабочий цикл плачущего испарителя, чтобы иметь представление об особенностях работы плачущего испарителя холодильного агрегата, в тесном взаимодействии с которым функционируют терморегуляторы серии ТАМ133-1М.

Соблюдайте предельную осторожность при обращении с терморегулятором в процессе его регулировки. Вы имеете дело с точным прибором, взаимное расположение некоторых его составных частей оказывает непосредственное влияние на температурные характеристики.

Не производите излишнюю разборку терморегулятора

Для проведения его регулировки достаточно получить доступ к юстировочным винтам, сняв пару пластиковых крышек-заглушек. Не отсоединяйте от корпуса терморегулятора блок электрических контактов.

Все манипуляции с терморегулятором по возможности следует производить на обесточенном холодильнике. При необходимости в процессе юстировки запитать компрессор или другие приборы, делать это следует в обход терморегулятора (сняв с него все клеммы проводки холодильника).

Перед началом и в процессе работ производите фотосъемку. Наличие фотоснимков поможет восстановить предыдущее состояние механизма в случае необходимости.

При вращении юстировочных винтов, не прикладывайте излишние усилия вдоль оси отвертки. Другими словами, не давите отверткой на юстировочный винт.

Перед началом вращения юстировочных винтов нанесите тонким спиртовым маркером совпадающие отметки на головки винтов и на удерживаемые ими неподвижные пластины. При вращении винтов ведите счет полным оборотам юстировочных винтов и запоминайте направление вращения. Эти меры помогут в любой момент вернуть винты в первоначальное, установленное на заводе, положение.

По возможности, производите контроль изменения температурных характеристик терморегулятора после каждых 45° угла поворота юстировочных винтов.

Следует отказаться от выполнения работ по регулировке терморегулятора, если у вас недостаточно опыта в работе с электроустановками. Помните, что вы самостоятельно несете всё бремя ответственности за последствия вашего вмешательства в работу терморегулятора и холодильника.

Имейте в запасе дополнительный терморегулятор на случай фатальной ошибки при регулировке основного терморегулятора.