Принцип работы терморегулятора
В зависимости от конструкции, работа различных моделей терморегуляторов отличается по своему принципу действия. К основным типам таких приборов можно отнести электрические и отопительные устройства. Они используются с той системой обогрева, которая установлена в инкубаторе.
Все нагревательные электроприборы с нагревательными элементами оборудованы электрическими терморегуляторами. Принцип работы этих устройств один и тот же, независимо от места установки. Они способны автоматически поддерживать температуру с заранее установленным значением. В процессе регулировки нагревательный элемент включается в работу, если температура становится ниже заданной, и отключается, когда ее значение превышает установленный предел.
Основной элемент электрического терморегулятора представляет собой биметаллическую пластину, изменяющую свои физические свойства под действием различных температур. Вступая в контакт с нагревательной средой или нагревательным элементом, эта пластина управляет включением и выключением нагревателя. При низкой температуре пластина изгибается и вызывает замыкание электрических контактов. В нагревательный элемент начинает поступать электрический ток. После того как температура превысила установленный уровень, происходит изгиб пластины в другую сторону. Контакты размыкаются и нагревательный элемент отключается от питания.
Существуют регулируемые электрические устройства, в которых нужное значение температуры выполняется механическим способом. Непосредственная регулировка осуществляется специальным штоком, который оказывает давление на определенную часть пластины. Чем больше давление штока на пластину, тем меньше будет температура, при которой она сработает.
В системах обогрева довольно часто применяются специальные терморегуляторы с механическим управлением. Принцип работы этих устройств основан на специфических свойствах некоторых веществ. При повышении температуры происходит увеличение их объема, при остывании они, наоборот, уменьшаются в объеме. За счет этого прибор реагирует на все изменения температуры в наружной среде. Каждое значение температуры соответствует определенному давлению рабочей среды, заполняющей полость специальной емкости – сильфона.
Действие сильфона происходит в двух вариантах:
- Температура превышает значение, установленное потребителем. В этом случае объем рабочей среды увеличивается, что приводит к растяжению емкости. Под действием растяжения начинает работать шток, связанный с перекрывающим клапаном. Происходит уменьшение потока теплоносителя и снижение температуры.
- Во втором случае температура падает ниже установленной отметки. В результате, наступает сжатие сильфона в связи с уменьшением объема рабочей среды. Под действием сжатия происходит обратное движение штока и открытие клапана. Увеличение потока теплоносителя вызывает повышение температуры.
Во время работы терморегулятора идет постоянная смена этих процессов. Настройка современных приборов дает возможность реагировать даже на незначительные температурные изменения.
Описание конструкции
Модуль управления терморегулятора должен быть помещен в какой-нибудь корпус.
Наилучшим образом для этого подходит старый, отслуживший свое электросчетчик.
Здесь найдется и плата, на которой можно разместить радиодетали, и катушка для изготовления понижающего трансформатора.
Кроме того, в электросчетчике имеется клеммник с розеткой, в который очень удобно включать провод от нагревателя.
Термодатчик помещают в стеклянную или термоусадочную трубку (предотвращает механические повреждения) и кладут прямо на лотки с яйцами.
Если в качестве обогревателя предполагается использовать лампы накаливания, то патроны для них лучше закрепить на алюминиевой пластине. Предварительно в ней придется просверлить несколько отверстий соответствующего диаметра.
Обычно нагреватель устанавливается под лотком с яйцами, при этом автомобильные лампы и обычные 220-вольтовые располагают вперемешку.
Если навыков радиолюбителя у вас нет, можно собрать примитивный терморегулятор, используя термостат от какого-нибудь ненужного или поломанного электроприбора. Лучшим «донором» является старый утюг. Извлеченный из него термостат промывают, заполняют эфиром и герметично запаивают. Эфир активно испаряется, поэтому работу с ним затягивать не следует.
Это вещество выбрано потому, что оно хорошо реагирует на колебания температуры изменением объема. Остается припаять к термостату регулируемый винт или пластину, которые при определенной температуре будут замыкать контакты в цепи нагревателя.
Обогреватель в качестве вспомогательного прибора для отопления часто используют и в частных домах, и в квартирах. Масляные радиаторы отопления электрические очень популярны среди потребителей благодаря их эффективности.
Нужно ли покупать ИБП для котла отопления? Попробуем разобраться далее.
Терморегуляторы для инкубатора
За основу первой схемы (рис. 1) взята перепечатка в журнале «Радио» (1970, № 10 из radio serkehen elektronik). Для повышения точности поддержания температуры и надежности силовой части внесены изменения и дополнения. Транзистор VT2 нагружен на резистор, а не на реле. Добавлены резисторы R9 и R10, транзистор VT3, цепь включения нагревателя через тиристор, включенный в диагональ диодного моста.
Терморегулятор собран по мостовой схеме. Терморезистор включен в одно из плеч моста, остальные плечи которого состоят из резисторов R4R5-R6-R2R3. В одну из диагоналей моста подается питание, а в другую включен переход база—эмиттер транзистора VT1. Напряжение на резисторе R6 составляет примерно 5,6 В. Если прибавить к нему пороговое напряжение транзистора VT1, будет получено напряжение переключения.
Работа схемы. При температуре в инкубаторе ниже номинальной напряжение на базе VT1 мало, транзисторы VT1 и VT2 закрыты, а транзистор VT3 открыт. Через обмотку реле проходит ток, его нормально разомкнутые контакты замкнуты, они включают цепь управления тиристора. Тиристор открыт, цепь нагревателя включена, в инкубаторе идет нагрев. При достижении заданной температуры сопротивление терморезистора уменьшится, напряжение на базе VT1 увеличится. Транзистор VT1 откроется, через цепь R6, переход эмиттер — коллектор VT1, резисторы R5R6 проходит ток. На резисторе R4 создается падение напряжения, оно плюсом приложено к базе, а минусом через резистор R7 — к эмиттеру VT2. Транзистор VT2 откроется и открытым переходом коллектор-эмиттер соединит базу VT3 с его эмиттером через малое сопротивление резистора R7. Транзистор VT3 закроется, реле обесточит-ся, его контакты разомкнут цепь управления тиристора, тиристор закроется, нагреватель выключится. Переменный резистор R3 служит для задания необходимой температуры. Для питания схемы подойдет любой стабилизатор, обеспечивающий ток более 150 мА. Стабилизатор может быть включен как в цепь минуса, так и в цепь плюса питания. Удобно применить интегральный стабилизатор КР145ЕН8Б или КР145ЕН8Д.
Налаживание
Перед включением необходимо проверить схему на отсутствие ошибок в монтаже, обратив внимание на правильность подсоединения выводов транзисторов, диодов. Нежелательно на первом этапе настройки низковольтной части подключать цепь 220 В
Если вместо реле РЭС-10 будет применено другое реле, то, возможно, потребуется подобрать величину резистора R10 такой, чтобы ток транзистора был достаточным для срабатывания реле, но не более. Чем меньше сопротивление резистора R10, тем больше ток коллектора VT3, и наоборот. Для проверки работы схемы подают питание и держат терморезистор над прогретым паяльником, не касаясь его. Через несколько секунд слышно, как сработает реле. Убрать паяльник от терморезистора — через несколько секунд реле снова сработает. Если реле не сработает, то допускается кратковременное соединение эмиттера и базы VT2. При этом реле должно срабатывать. Если реле не срабатывает (не слышно щелчков), то нужно проверить исправность VT2, VT3. Если же при кратковременном соединении реле срабатывает, а при нагреве терморезистора оно не срабатывает, то нужно проверить исправность VT1. Монтаж может быть любым. Смонтировав схему, ее нужно поместить в корпус из изоляционного материала, подсоединить блок к монтажу инкубатора. Терморезистор следует разместить на уровне лотка. Вторая схема подойдет для тех, кто не может приобрести терморезистор по каким-либо причинам. В качестве термочувствительного элемента задействованы контакты датчика ТМ103. Он применяется в автотракторной технике как датчик контрольной лампы перегрева воды в радиаторе. Он отлично подходит для терморегулятора, чего не скажешь о датчике ТМ101. Не нужно тратить времени на опыты. Проверено, что датчикТМ101 не годится для терморегулятора, хотя его контакты работают на размыкание, а не на замыкание, как у ТМ103. Для того чтобы обеспечить малый ток через контакты и инвертировать работу контактов, датчик включен в несложную схему (рис. 2) параллельно резистору R2.
Технические характеристики терморегуляторов
Самая важная часть в процессе искусственного инкубирования яиц – изменение влажности и температуры. В природе наседка регулирует эти показатели – покидая гнездо с кладкой на время. В домашних же условиях за это отвечают специальные приборы и датчики.
Работает терморегулятор для инкубатора по принципу обратной связи, когда одна подконтрольная единица оказывает влияние на вторую. Это позволяет сохранять заданные температурные условия вне зависимости от условий окружающей среды. Приборы могут находиться как внутри инкубатора, так и снаружи – на корпусе, а датчики – около лотков.
В современных устройствах предусмотрена возможность подключения резервного питания на случай отключения электричества. Обычно в качестве дополнительного источника выступает обычный аккумулятор на 12 вольт.
Система нагревания и контроля позволяет измерять и регулировать температуру в диапазоне от 0 до 85°С, с погрешностью не более 0,1°С. Современный электронный или цифровой терморегулятор имеет следующие функции:
- Управляет работой нагревательных элементов и системой увлажнения,
- Минимизирует участие человека в инкубационном процессе,
- Экономит электроэнергию,
- Позволяет быстро изменить рабочие параметры,
- Облегчает контроль над работой аппарата.
Состоит термометр для инкубатора из:
- Исполнительного блока,
- Основного и дополнительного нагревательного элемента,
- Измерительной системы,
- Основного блока.
Роль главного блока – сравнение полученных данных от термодатчиков с установленным температурным режимом, и передача команды исполнительному блоку с нагревательной системой.
Принцип работы
Рассмотрим, как работает терморегулятор для инкубатора. После включения устройства в сеть через его цепи подается питание на нагревательный элемент (допустим, лампу накаливания). Так как крышка птичника закрыта, то начинается постепенное повышение температуры.
Ее значение передается в устройство с размещенного в корпусе инкубатора термодатчика. В самом терморегуляторе реализована возможность тем или иным способом (зависит от исполнения) выставить предел нагрева. Когда температура достигнет этого порогового значения, устройство временно отключит лампы или снизит интенсивность их свечения. После остывания на несколько градусов (дельта) питание на лампы снова будет подано. Задача человека сводится лишь к выставлению верхнего предела, а остальное сделает автоматика. Таким образом, не имеет значения, какая температура вне инкубатора: если она низка, то лампы будут более интенсивно нагревать кладку, а если высока, то будет происходить их частое отключение. Итог одинаков: температура внутри инкубатора поддерживается в установленных пределах. Обратная связь в данной схеме состоит в том, что чем сильнее нагрет воздух, тем меньше греют лампы, и наоборот.
Назначение устройства
Принцип работы терморегулятора — обратная связь, при которой одна контролируемая величина косвенно влияет на другую
Для искусственного выведения птицы очень важно сохранять нужную температуру, ведь даже незначительный сбой и отклонения могут сказаться на количестве вылупившихся птиц — терморегулятор для инкубации именно для этого и предназначен
Прибор нагревает элементы таким образом, чтобы температура оставалась неизменной даже при изменениях в окружающем воздухе. В уже готовом приборе есть датчик для терморегулятора инкубатора, который контролирует температурный процесс.
Каждый птицевод должен знать основы рабочего процесса прибора, тем более что схема подключения очень проста: к выходным проводам присоединяют источник тепла, по другим идет электричество, а к третьему проводу подключается термодатчик, через который считывается значение температуры.
Знаете ли вы? Когда-то терморегуляторы применяли для аквариумов с тропическими рыбами. Эта необходимость возникла по причине того, что многие модели имели механический регулятор с тэном. Следовательно, поддерживали собственную температуру. Такие приборы хорошо работали только в помещениях со стабильной температурой.
Терморегулятор для инкубатора своими руками — описание конструкции
Нагреватель подключается в цепь тиристора VD5. Схема термореле питается от стабилизированного источника питания (VD7, С1, R1). В результате охлаждения терморезистора R6, его сопротивление увеличивается, в результате чего, потенциал на базе транзистора VT3 уменьшается до тех пор, пока транзисторы VT2, VT3 не закроются.
После того как транзисторы VT2 и VT3 закроются током, протекающим через резисторы R2, R4, откроется транзистор VT1 и связанный с ним тиристор VD5. Нагревательный элемент будет греть до тех пор, покуда температура в зоне местоположения терморезистора не достигнет такого значения, при котором сопротивление терморезистора R6 уменьшится, и вновь не откроются транзисторы V2 и V3.
Транзистор VT1 и тиристор VD5 закроются, и процесс повторится до установления состояния равновесия. Терморезистор R6 с отрицательным ТКС.
Архив блога
Также нельзя забывать о том, что система электроснабжения является наиболее уязвимой частью загородной инфраструктуры.
Этот инкубатор изготовлен в домашних условиях, а значит при желании его конструкцию вполне можно повторить. Терморегулятор может быть приобретён и в магазине. Подбирается она многоканального типа.
Гани В этом году первые приобрел инкубатор, остановил свой выбор на Золушке 98 яиц с автопереворотом, 12 В и нагрев горячей водой.
Отобранные для инкубации яйца укладывают в лотки из проволочной сетки. Для того чтобы исключить потерю тепла, все щели нужно заделать с помощью герметика. Желательно, чтобы он крепился в самой верхней точке, где наиболее высокая температура. Выходной редукторный вал должен совершать полный оборот вокруг оси на 4 часа.
Для лучшего визуального контроля за режимами работы терморегулятора, ток через светодиоды HL1-HL3 выбран относительно большим. В схеме, представленной на рисунке, датчиком температуры выступает транзистор VT1, который размещают в стеклянной трубке и укладывают непосредственно на лоток с яйцами. Об особенностях выбора стабилизатора напряжения для газового котла читайте далее.
Архивы статей
Основными его элементами являются нагреватель, в качестве которого используется инфракрасный излучатель или группа ламп накаливания, и температурный сенсор. Минусы — недостаточная теплоизоляция, хрупкость и ручной переворот решеток с яйцами.
Подробнее здесь. Если говорить о металлической пластине, то она считается наиболее дешевым, но и наиболее ненадежным способом. Кроме этого решётки рассеивают тепловой поток, идущий от ламп. Выбор схемы регулятора Если взять за основу для изготовления терморегулятора заводские изделия, можно столкнуться с непреодолимыми трудностями по сборке, а особенно по настройке таких изделий. Некоторые любители собирали дома небольшие инкубаторы из подручных средств своими руками.
Три года гарантии на любое изделие. Модификации с импульсными триодами Схема терморегулятора для инкубатора с импульсными триодами включает в себя микроконтроллер, расширитель, а также набор конденсаторов.
схема подключения самодельного инкубатора
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.
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.
Детали устройства
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.
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
Устройство с низкоемкостным конденсатором
Схема терморегулятора данного типа предполагает использование модульного выпрямителя. Непосредственно конденсатор применяется емкостью не более 2.3 пФ. Резисторы для модели подбираются подстроечного типа. Всего в устройстве имеется три расширителя. Безопасная работа прибора обеспечивается изоляторами.
Динисторы в цепи предусмотрены аналогового типа. Всего для модели требуется один стабилизатор. Трансиверы в данном случае отсутствуют. Выходное напряжение терморегулятора находится на отметке в 10 В. Чувствительность модулятора равняется не более 6 мк. Показатель перегрузки устройства находится на уровне 3.3 А.
Купить или сделать самому
Стоимость птичьего молодняка на рынке растет с каждым годом. Поэтому фермеры заинтересованы в получении большого потомства, которое можно выгодно продать.
Поголовье птицы от естественного вывода увеличивается незначительно, поэтому выход однозначный – это инкубатор. Его выбирают и те, кто хочет поддерживать постоянный уровень птичьего поголовья во дворе, без продажи птенцов.
Лучшим изобретением считается цифровой регулятор, который чувствует изменения в температуре до 0,1 градуса. Это электронный прибор, которым легко управлять. Но его стоимость составляет в среднем 4000 рублей. Для выращивания птицы на продажу его покупка будет оправданной. Но какой смысл тратить эту сумму фермеру, который мог израсходовать столько же на покупку самого молодняка?
Из термостата в терморегулятор
Термостат – это прибор, позволяющий поддерживать температуру на определенном уровне. Он входит в устройство предметов бытовой техники, работа которых основана на поддержании постоянной температуры посредством нагрева.
Сборка схемы выполняется поэтапно:
Подготовка термостата. Корпус наполняют специальным эфиром. Это позволяет повысить чувствительность термостата – цепь будет смыкаться и размыкаться от малейших температурных колебаний.
Подключение реле регулятора. Термореле понадобится для точного измерения температуры воздуха. Оно помещается внутрь инкубатора.
Подключение к сети питания
При осторожном извлечении термостата из оборудования к нему уже будет подведен шнур питания. Но если его нет, то его нужно припаять к устройству, иначе самодельный терморегулятор не сможет работать.
Подключение регулировочного винта
Регулирование происходит с помощью винта. Он уже входит в состав термостата. По желанию или необходимости его можно заменить на более удобный.
После сборки самодельного терморегулятора проверяют его работоспособность. Для этого используют любую закрывающуюся емкость и термометр.
Если его показания совпадают со значениями, указанными на устройстве, то такой регулятор можно смело использовать для инкубации яиц.
Из термостата в терморегулятор
Термостат – это прибор, позволяющий поддерживать температуру на определенном уровне. Он входит в устройство предметов бытовой техники, работа которых основана на поддержании постоянной температуры посредством нагрева.
Для преобразования термостата в терморегулятор можно взять новый прибор или извлечь его из сломанной домашней техники.
Сборка схемы выполняется поэтапно:
Подготовка термостата. Корпус наполняют специальным эфиром. Это позволяет повысить чувствительность термостата – цепь будет смыкаться и размыкаться от малейших температурных колебаний. Подключение реле регулятора. Термореле понадобится для точного измерения температуры воздуха. Оно помещается внутрь инкубатора. Подключение к сети питания
При осторожном извлечении термостата из оборудования к нему уже будет подведен шнур питания. Но если его нет, то его нужно припаять к устройству, иначе самодельный терморегулятор не сможет работать
Подключение регулировочного винта
Регулирование происходит с помощью винта. Он уже входит в состав термостата. По желанию или необходимости его можно заменить на более удобный.
После сборки самодельного терморегулятора проверяют его работоспособность. Для этого используют любую закрывающуюся емкость и термометр.
Если его показания совпадают со значениями, указанными на устройстве, то такой регулятор можно смело использовать для инкубации яиц.
