Как сделать простой терморегулятор своими руками
Для изготовления устройства понадобятся три элемента:
- термопара;
- операционный блок;
- исполнительный механизм.
Термопара
Деталь представляет собой спайку проводников из двух разнородных металлов. При изменении температуры воздуха в соединении металлов меняется сопротивление, что вызывает изменение характеристики протекающего в нём электрического тока.
Операционный блок
Блок – это есть сам терморегулятор, который, реагируя на изменение характеристики тока в термопаре, передаёт сигнал в исполнительный механизм.
Исполнительный механизм
Это реле, которое включает и выключает обогреватели. При понижении температуры воздуха механизм замыкает контакты питания системы обогрева. По достижении нужного температурного уровня реле размыкает цепь питания.
Схемы самодельных регуляторов температуры публикуются в интернете. Термопару можно использовать, взятую из какого-нибудь старого прибора (холодильника, СВЧ печи и пр.). Таким же образом можно обзавестись реле.
Целесообразность установки терморегуляторов имеет смысл в домах индивидуальной застройки, где нет центрального отопления. Эксплуатация терморегулирующих систем приносит экономию энергоресурсов, что создаёт существенный экономический эффект.
Устройство масляного обогревателя
Температурные режимы и бак масляного обогревателя
Принцип работы масляного обогревателя заключается в передаче энергии небольшого по площади, размерам ТЭНа масло, затем через него к поверхности стального бака. Величина потери тепла зависит от разницы температур по обе стороны плоскости, площади. Первый параметр невыгодно увеличивать — сгорит спираль. Если заняться увеличением площади — добьемся нужного результата. Расчет такой, чтобы о поверхность бака нельзя было обжечься, но перепад температур с комнатой должен быть значителен для теплообмена.
Нормальные условия: в комнате 20 градусов по Цельсию. Граждане доводят температуру до 35, даже выше — не полезно для здоровья. Производители выбрали меньшее из зол – поверхность масляного обогревателя нагревается до 70 ºС.
Разобрали масляный обогреватель для определения режимов:
- Аварийный термостат KSD 301 с температурой срабатывания 80 градусов Цельсия.
- Термопредохранитель левой марки, настроенный на 142 градуса по Фаренгейту (61,5 градус Цельсия).
Аварийные термостаты KSD 301 и термопредохранитель
Первый стоял чувствительной площадкой на канале ближайшей к электронному блоку секции радиатора. Масло находится в гармошке, составленной из секций. Они привальцованы друг к другу, швы прихвачены снаружи точечной сваркой (черточки в реальности). Гармошка-радиатор неразборная, стоит на платформе с колесиками: притянута двумя проволочными скобами из стали. С одного бока гармошка в виде радиатора отопления, с другого прислонилась крышка блока электроники (громкое название для пары-тройки резисторов).
Каждая секция плоская. Прорезаны верхний, нижний канал. По вертикали соединены прожилками: сквозь сочится небольшое количество масла. В нижнем канале, основанием к электронному блоку находится ТЭН. Отличие: в водонагревателе отсутствует термостат. Зато к основанию прикручен термопредохранитель. Низкая температура — 61,5 градус (хотя элемент не касается рабочей части ТЭНа). Термопредохранитель обернут резиновой прокладкой, дополнительно защищен жаропрочной тканью: при кипении масла температура будет невысокая.
Термостат с фиксированной температурой срабатывания на 80 градусов Цельсия металлическим боком прислонился (на двух винтах) к центральной вертикальной прожилке первой секции. Как ни выставляй режимы верхним термостатом, ни нажимай кнопки питания секций ТЭНа, лимит не будет превышен.
Модели масляных обогревателей
Миф о горячей поверхности масляных обогревателей лишен правды. Максимум – 80 градусов Цельсия. Потом происходит аварийное отключение с гистерезисом (обратное включение при 65 градусах Цельсия).
Управление температурой масляного обогревателя
Начали с аварийных режимов неспроста. При ремонте протечек, выборе холодной сварки нужно знать температурный режим (условия эксплуатации клееного соединения). Перейдем к основным характеристикам масляного обогревателя. ТЭН состоит из двух неравнозначных ветвей: включаются вместе либо порознь. Обеспечит три температурных режима работы, различающихся теплоотдачей. Переключение обеспечивается двумя кнопками, расположенными в верхней части электронного блока масляного обогревателя.
Под панелью управления стоит термостат. Не контролирует аварийный режим — представлен настраиваемой биметаллической пластиной, задающей комнатную температуру для нагрева ТЭНом. Температура срабатывания не велика, как у аварийного — 40 – 60 градусов Цельсия, даже ниже. За счет вращения винта, изменяющего натяг пластины, температура срабатывания меняется в нужную сторону:
- Нажимая кнопки, изменяем скорость прогрева масла, обогревателя, помещения.
- Подкручивая термостат, добиваемся отключения прибора в нужный момент.
Область применения
Термореле на 12 вольт часто входит в состав конструктивной схемы систем отопления. Пользователю необходимо контролировать температуру в котле и контурах с учетом климатических показателей помещения. Также устройство позволяет регулировать объем воды в системе. При наличии температурного реле удается своевременно выявить любые неисправности в работе котла.
В конструкции бытовых обогревателей также могут присутствовать термостаты, включаемые через розетку. Такие устройства просты в использовании и подключении, универсальны и высокоэффективны. Подобные термореле совместимы с электрическими чайниками, нагревательными приборами, светотехникой.
Термореле для теплого пола
Схема установки термореле для теплого пола
Существуют специальные контролеры, предназначенные для регулировки работы системы «теплый пол». Они подсоединяются к нескольким деталям – датчикам, нагревательным элементам и электросети. После включения термореле получает информацию о температурных показателях системы, после чего сравнивает их с заданными пользователем настройками.
При необходимости контролер включает или отключает нагревательные элементы, делая это циклично. Поэтому теплый пол без трудностей обеспечивает в помещении стабильную температуру воздуха.
Для инфракрасных обогревателей
Приборы получили большое распространение из-за способности передавать тепловую энергию на значительные площади. При установке термостата удастся повысить эффективность работы таких устройств. Используя программируемые накладное термореле, легко настроить функционирование инфракрасного обогревателя на длительный период времени.
Для сауны и бани
Рекомендуется использовать контролеры, способные работать при температуре от +50°С. С их помощью функционирование сауны или бани будет происходить автономно с учетом параметров, заданных пользователем.
Назначение и принцип действия
Терморегуляторы с температурными датчиками воздуха предназначены для включения и/или выключения исполнительных механизмов в тех случаях, когда параметры теплового режима выходят за пределы предустановленных значений. Благодаря этому стабильная температура обслуживаемых объектов поддерживается на одном уровне автоматически.
Функциональное назначение
Терморегулятор с датчиком для теплого пола
Терморегуляторы устанавливают в жилых и в производственных помещениях. Их используют для контроля температуры:
- воздуха в помещениях (терморегулятор воздушный);
- определенных предметов, например, пола;
- наружного воздуха (погодные термостаты).
Принцип действия
Все термостаты, независимо от конструктивного исполнения и места установки функционируют по одному и тому-же принципу:
- В автоматический контроллер от встроенных и/или выносных термодатчиков поступают данные о температуре окружающей среды и/или теплоносителя.
- Контроллер сравнивает полученные данные с предустановленными температурными показателями и при необходимости включает или отключает исполнительные механизмы приборов и систем нагрева или охлаждения.
Основные функции
К основным функциональным возможностям регуляторов температуры воздуха в помещениях можно отнести следующие:
- Экономия расхода топливных ресурсов. Воздушные термостаты «следят» за уровнем прогрева воздуха, не допуская перерасхода тепловой энергии. Система выключения и включения отопления срабатывает при выходе уровня температуры из заданного диапазона.
- Создание комфортных условий пребывания людей внутри жилых домов и зданий различного назначения.
- Несколько датчиков регулирования температуры воздуха в отдельных помещениях могут корректировать температурные режимы в каждом из них.
- Во время отсутствия людей термостат может значительно понижать нагрев тёплых полов, включать экономный режим работы электрического котла, водонагревателя либо другой системы отопления.
- Безопасность эксплуатации системы обогрева при перегреве или отключении источника тепловой энергии обеспечивается автоматическим звуковым или электронным сигналом термореле.
Важно! Режим работы системы терморегуляции может быть задан удалённо через интернет. Хозяин жилья до прихода домой по смартфону устанавливает настройку нужной степени прогрева воздуха в помещениях
Преимущества и недостатки использования терморегуляторов с выносным датчиком температуры воздуха
Прибор со встроенным датчиком может показывать некорректные данные. Особенно располагаясь около отопительного оборудования. Отдав предпочтение электронному термостату с выносным датчиком, можно значительно уменьшить ошибку измерения.
Терморегулятор демонстрирует высокую точность измерения
К преимуществам устройств данного типа стоит отнести:
- высокую точность измерения;
- возможность установки в любых комнатах, а также за пределами дома;
- контроль температурного режима под любой поверхностью.
Основным недостатком является ограниченная длина провода. Исключение составляют беспроводные модели, у которых расстояние между приёмником и передатчиком может достигать 300 м.
Беспроводные модели способны принимать сигнал на большом расстоянии
Контроль в помещениях
Типовая схема терморегулятора для погреба.
Приборы обозначаются латинскими буквами и цифрами. Например, LM135. Чтобы не ошибиться в выборе, запомните: 1 — применение в военной технике, 2 — применение в производственных аппаратах и устройствах, 3 — применение в бытовых приборах. Российским аналогом является обозначение транзисторов — 2Т (военный) и КТ (массовый). Принцип действия такого датчика таков: при повышении температуры увеличивается напряжение стабилизации, то есть это стабилитрон. Удостовериться в правильности выбора можно, почитав технические характеристики прибора. Точка калибровки указана в кельвинах. Температурная шкала указана в градусах по Цельсию.
Вспоминая школьный курс физики, переводите 0С= 0+273=273К. Рабочий диапазон датчика от -40 до 100°C. Если используется такой датчик, нет нужды в сомнительных опытах. Достаточно рассчитать напряжение на выходе стабилитрона, а затем это значение указать задающим на входе компаратора (сравнивающего устройства). Температурный сенсор LM335 стоит недорого — порядка 35-40 рублей. Взяв за основу этот термодатчик, нарисуйте схему терморегулятора для погреба.
Принципиальная электрическая схема терморегулятора.
На практике она дополнится выходным устройством для включения нагревателя, блоком питания и индикатором работы.
Следующий важный элемент — компаратор, например LM311. Он имеет два входа — прямой (2), обозначенный «+», и инверсный (3), обозначенный «-», и один выход. На схеме выход компаратора обозначен цифрой 7. Работает это устройство так: напряжение на входе 2 больше, чем на входе 3, на выходе получаем высокий уровень. Транзистор открылся, подключил нагрузку. Потенциометр, подключенный к прямому входу, устанавливает температуру — задает порог срабатывания компаратора. При обратной ситуации (напряжение на входе 2 меньше, чем на входе 3), на выходе уровень понижается. Повышается температура, срабатывает термореле, компаратор переходит на низкий уровень, транзистор закрывается, ТЭН выключается. Этот цикл повторяется беспрерывно.
Простой электронный терморегулятор своими руками. Предлагаю способ изготовления самодельного терморегулятора для поддержания комфортной температуры в помещении в холодное время. Термостат позволяет коммутировать мощность до 3,6 кВт. Самая важная часть любой радиолюбительской конструкции это корпус. Красивый и надежный корпус позволит обеспечить длительную жизнь любому самодельному устройству. В показанном ниже варианте терморегулятора применен удобный малогабаритный корпус и вся силовая электроника от продаваемого в магазинах электронного таймера. Самодельная электронная часть построена на микросхеме компараторе LM311.
Классификация терморегуляторов
Терморегулятор с датчиком температуры для дома
Несмотря на то что принцип действия всех терморегуляторов, оснащенных датчиками температуры, одинаков, на рынке можно встретить разнообразные модели, отличающиеся между собой конструктивными и функциональными особенностями.
- По назначению – предназначенные для установки внутри помещений и на открытом воздухе.
- По варианту установки – настенные, встроенные, с креплением на DIN-рейку и пр.
- По габаритным размерам – крупные, большие, компактные.
Также терморегуляторы с датчиком температуры воздуха отличаются друг от друга:
- пределами измерений – различные модификации могут измерять как отрицательную (до -60°С), так и высокую (до +1200°С) температуры;
- количеством каналов – одноканальные и многоканальные;
- функциональными особенностями – центральное и беспроводное регулирование.
Как выбрать терморегуляторы с датчиком температуры воздуха
При выборе терморегулятора руководствуются несколькими факторами:
- способ отопления помещений;
- вид тепловой установки;
- тип обогревателей;
- количество помещений и площадь обогрева;
- время, когда в доме будут отсутствовать люди;
- финансовые возможности.
Рассматривая эти условия, потребитель может выбрать механический или электрический ТР. Если нужно регулировать отопление в 2-3 помещениях, то можно установить электронный регулятор и поместить датчики в каждой комнате. Для особняков в 2-3 этажа подойдёт климатическая система с универсальным программируемым терморегулятором.
Виды терморегуляторов
Электронный терморегулятор
Существует несколько видов терморегуляторов:
- механические;
- электромеханические;
- электронные.
Все они обладают определенными достоинствами и недостатками.
Механические термостаты
Механический терморегулятор с функцией ручной настройки
Механический терморегулятор представляет собой наиболее простое устройство. Используется в нагревательных и охладительных приборах. Предназначен для установки внутри помещений.
Основным элементом такого термостата служит термодатчик, корпус которого имеет вид цилиндра с гибкими гофрированными стенками. Последние имеют возможность растягиваться или сжиматься. Внутри корпус заполнен специальным материалом (парафин, газ и пр.), способным воспринимать изменения температуры окружающей среды. К сильфону также прикреплен шток, воздействующий при изменении температуры в помещении на управляющий элемент согласно предустановленной программе. Необходимая температура устанавливается вручную. Если температура воздуха приближается к указанной, происходит выключение или включение исполнительных механизмов. При этом разрывается или замыкается соответствующая электрическая цепь.
Достоинства:
- высокая надежность;
- простота управления;
- возможность работы в условиях отрицательных температур;
- отсутствие электронных узлов делает терморегуляторы невосприимчивыми к перепадам напряжения и исключает сбои в работе электроники;
- продолжительный срок службы.
Недостатки:
- малая функциональность;
- невысокая точность и наличие погрешностей.
Электромеханические терморегуляторы
Капиллярный терморегулятор с чувствительной трубкой
Электромеханические термостаты широко применяются в различных электробытовых приборах. При этом встречается две модификации таких устройств – с биметаллической пластиной и с капиллярной трубкой.
В контроллере с биметаллической пластиной работает следующим образом – после нагревания до заданной температуры пластина изгибается, размыкая при этом контакты. Тем самым прекращается подача электрического тока на нагревательные элементы (ТЭН, спираль). После того как пластина остынет, она прогибается обратно и замыкает контакты электрической цепи. При этом нагревательные элементы подключаются к электросети и прибор нагревается. Чаще всего такими устройствами оснащаются электроутюги и другие бытовые электроприборы.
Работа контроллеров с капиллярной трубкой основана на использовании материалов, способных расширяться при повышении температуры. Конструктивно термодатчик состоит из трубки с контактами, которая заполнена газом. Трубка помещена в емкость с водой, которая при разогреве или охлаждении воздействует на газ в трубке. При этом газ замыкает или размыкает контакты электроцепи. Устанавливают их в бойлерах, масляных нагревателях и пр.
К сожалению в электромеханических термостатах сложно добиться высокой точности регулировки.
Электронные контроллеры
Терморегуляторы с открытой логикой могут контролировать температуру очень точно
Электронные контроллеры широко используются в системах отопления и кондиционирования воздуха. Как правило, они состоят из таких элементов:
- выносной термодатчик;
- управляющий контроллер;
- электронный ключ (контактная группа).
Среди множества электронных контроллеров выделяют:
- обычные терморегуляторы, в которых можно выставить диапазон желаемых температур или ее точное значение;
- цифровые термостаты с закрытой или открытой логикой.
В контроллерах с закрытой логикой регулировка осуществляется при помощи передачи команд конкретным приборам. Температурные параметры задаются заранее. Скорректировать программу невозможно, но можно изменять основные параметры.
Контроллеры с открытой логикой способны контролировать процесс обогрева помещений с высокой точностью. Благодаря наличию расширенных настроек можно изменять алгоритм работы. Можно также включать и отключать системы обогрева в заданное время. Однако перепрограммировать эти контроллеры могут только специалисты, в связи с чем их чаще всего используют на производстве.
По сравнению с другими видами терморегуляторов, электронные контроллеры обладают:
- широким диапазоном регулировок;
- высокой точностью.
https://youtube.com/watch?v=Td_BYOoumFU
Виды датчиков для измерения температуры
Датчик температуры воздуха в помещении может иметь различное конструктивное исполнение, определяющее порядок его работы, срок службы и стоимость. Прежде чем отдать предпочтение определённому варианту, стоит ознакомиться с существующими.
Датчики бывают разного вида
Выносные датчики температуры
Большинство терморегуляторов оснащается встроенными датчиками, позволяющими определить температуру воздуха непосредственно в той комнате, где установлено отопительное оборудование. Используя терморегуляторы с выносным датчиком температуры воздуха, можно определить температуру за пределами помещения, в котором находится блок управления. При этом прибор выполняет ту же функцию – принимает данные, чтобы отрегулировать степень нагрева воздуха.
Чаще всего терморегуляторы с выносными датчиками устанавливают непосредственно около котла, а для чувствительного элемента выбирают место в отапливаемой комнате. Возможна также установка за пределами дома, чтобы адаптировать системы отопления под внешние условия. В этом случае они выступают в качестве дополнительных индикаторов, а основными являются устройства, располагающиеся внутри.
Приборы с выносными датчиками позволяют измерить температуру воздуха на расстоянии
Электронные датчики температуры
Электронные приборы комплектуются полупроводниковыми деталями, с помощью которых измеряется изменение температуры. Позволяют автоматизировать процесс. Электронные датчики температуры устанавливаются на котлы и другое отопительное оборудование. Отличаются широкими функциональными возможностями.
Бывают с открытой и закрытой системой управления. Первый тип имеет большой набор функций. Такие устройства можно программировать, выполняя тонкую настройку. Однако сложное конструктивное исполнение предъявляет определённые требования к знаниям потребителя.
Датчики с закрытой системой работают по строго заданному алгоритму. Возможно изменение ограниченного числа программ и настроек. Благодаря простоте обслуживания их чаще всего приобретают для оснащения бытовых систем. Для питания датчиков необходим электрический ток. Их подключают к розетке, устанавливают на дин-рейку либо используют батарейки.
Управление электронными моделями осуществляется за счёт использования специальных кнопок либо сенсорной панели. С их помощью пользователь может изменить температурные настройки. На мониторах дополнительно отражается дата и время.
Современные устройства способны работать в режиме дня/ночи, выходных дней/будней. Возможно наличие других функций, увеличивающих стоимость терморегулятора. Перед покупкой стоит сопоставить потребность в перечисленных возможностях с затратами на приобретение конкретной модели.
Электронные модели способны работать в различных режимах
Прочие
Термореле с выносным датчиком температуры принято делить на различные виды в зависимости от используемого при изготовлении материала, функционалу, особенностям монтажа. Способ контроля температуры позволяет разделить прибор на устройства:
- с контролем по датчику воздуха;
- с контролем по датчику пола;
- комбинированные. Учитывают данные от различных источников.
Первый тип получил наибольшее распространение, если требуется автоматизировать работу отопительного котла или батареи отопления. Второй актуален при устройстве системы «тёплый пол», что значительно сокращает возможную область использования.
В зависимости от используемого материала датчики могут быть:
- биметаллическими, при изготовлении которых используется упрочнённая пластмасса;
- электронными термисторами;
- электронными термопарами.
В качестве терморегулятора для отопительного оборудования используются два последних вида. Могут быть механическими и электронными. В основу работы механических приборов положен принцип изменения объёма биметаллических пластин с последующей передачей данных блоку управления.
Механические приборы обладают некоторой инертностью
Основные функции термореле с регулировкой температуры
Функциональные возможности устройства позволяют:
- Сократить эксплуатационные расходы за счёт экономии используемого топлива. Термореле с регулировкой температуры отключает оборудование после достижения максимального значения температуры и подключает после снижения до минимального.
- Обезопасить потребителя. При перегреве котла или возникновении неисправности раздастся характерный звуковой сигнал.
- Создать комфортные условия внутри дома, так как датчик температуры воздуха будет автоматически менять режим работы оборудования.
Термореле имеет широкие функциональные возможности
Терморегуляторы для инфракрасных обогревателей
В последние годы все большую популярность начинают приобретать отопительные приборы, использующие инфракрасное излучение. Такие обогреватели повышают температуру не воздуха, а объектов в зоне своей досягаемости. Для них разработаны специальные конструкции терморегуляторов, несколько отличающихся от обычных. Условно их можно разделить на две основных категории – механические и программируемые.
Механические
Механический терморегулятор хорошо впишется в интерьер помещения
Механические терморегуляторы выпускаются большинством фирм, занимающихся производством продукции подобного рода, но все они практически не отличаются друг от друга, так как их конструкция предельно проста и разница может быть лишь в качестве использованных для изготовления материалов. Почти все модели механических регуляторов монтируются на стену, разделение возможно по принципу установки, на врезные и накладные устройства, благодаря чему они могут подсоединяться к проводке любого типа.
Стандартный диапазон настройки температурных режимов, которые способны поддерживать такие регуляторы, находится в пределах от +5 до + 30 градусов. По размерам они незначительно превосходят обычные розетки и выключатели, поэтому не нарушают интерьер помещения. Управляются механические регуляторы ручкой, которой выставляется уровень температуры, при которой отопительная система должна начинать или прекращать свою работу, а также кнопкой включения и выключения самого регулятора.
Программируемые
Если вы добиваетесь максимального комфорта, то вам, безусловно, следует купить программируемый терморегулятор. Программируемые терморегуляторы являются самыми современными и удобными в эксплуатации видами устройств такого типа. Они обладают более широким диапазоном рабочей температуры, который чаще всего составляет от +5 до + 45 градусов, что делает их возможности более гибкими и несколько расширяет сферу применения. Главное их отличие от всех остальных видов регуляторов, основанных на механическом принципе действия, это возможность задания сложной отопительной программы, рассчитанной на несколько дней и даже недель, в зависимости от модели.
Причем на каждый день можно задавать разную последовательность изменения и контроля температуры. Они имеют два датчика для измерения температуры, один следит за всем помещением, второй – за уровнем нагрева самих инфракрасных устройств. В системах типа «умный дом» используются именно программируемые варианты терморегуляторов как самые удобные и комфортные.
Устройство можно запрограммировать на часы, дни и даже недели
Выбирая терморегулятор, нужно учесть следующие моменты:
- внешние климатические условия;
- надежность собственной теплоизоляции помещения;
- количество отопительных приборов;
- виды обогревателей.
Ко всем терморегуляторам, предназначенным для работы с инфракрасными отопительными устройствами и системами, можно подключать несколько устройств, но их суммарная мощность не должна превышать 3-3.5 кВт. Если общая мощность обогревателей выше этого значения, то в цепь нужно встраивать магнитный пускатель, перераспределяющий нагрузку между отдельными устройствами отопительной сети.
Устанавливаются все виды настенных терморегуляторов на высоте примерно полтора метра, в соответствии с правилами монтажа устройств подобного рода. Схемы их подключения к электрической сети помещения достаточно простые и принципиально не отличаются от схем подключения розеток и выключателей, главное следить, чтобы сечение используемых проводов соответствовало мощности отопительных приборов, которые они соединяют с регулятором.
В завершение можно сказать, что установка терморегуляторов на отопительные системы и обогреватели – это выгодное и разумное решение, которое не только сделает жизнь проще и удобней, особенно в регионах с холодным климатом, но и поможет сэкономить на коммунальных услугах, не расходуя электроэнергию впустую. Также стоит отдавать предпочтение известным производителям, так как терморегулятор всегда является частью сложной системы и если он будет некачественный или бракованный, это может привести к возникновению аварийной ситуации в помещении, где он установлен.
При выборе конкретной модели стоит учитывать все нюансы отопления помещения, начиная от количества обогревателей и заканчивая мощностью каждого из них. Если собственных знаний недостаточно для расчета и выбора нужной модели, нужно обратиться к специалистам по электрике и отоплению, а не выбирать первый попавшийся или кажущийся наиболее подходящим лишь на первый взгляд.
