Классические схемы терморегуляторов для домашнего инкубатора

Классические схемы терморегуляторов для домашнего инкубатора

Ниже представлена подборка схем терморегуляторов для небольшого домашнего инкубатора, опубликованных в 2000 — 2003 годах в украинских журналах «Радiоаматор-Электрик» и «Радiоаматор-Конструктор». Данные конструкции можно назвать классическими для всех, кто работает с электроникой на постсоветском пространстве, поскольку используются знакомые схемотехнические решения и привычная элементная база.

Эти схемы нужны, ведь часто эксплуатируются промышленно изготовленные домашние инкубаторы с механическими регуляторами, которым необходима замена, в таких случаях помогут схемы электронных терморегуляторов.

Схема из журнала «Радiоаматор-Электрик» №7/2001

Терморегулятор_1

Точность поддержания температуры внутри мини-инкубатора данным терморегулятором (полноразмерная схема здесь) 0,2°С, и ее можно регулировать в пределах 37...39°С. Работоспособность сохраняется при колебаниях напряжения сети в пределах ±20% от номинального значения.

Работа предложенной схемы терморегулятора для домашнего мини-инкубатора

Схема состоит из терморезистивного моста R1...R6; двух компараторов на операционных усилителях DA1, DA2; узла индикации “нагрев” на светодиоде HL3, индикации “норма” на светодиоде HL2, индикации “перегрев” на светодиоде HL1, контроля протекания тока через нагревательный элемент на светодиоде HL4, звуковой индикации превышения предельной температуры на транзисторах VT6-VT9, VT11, пьезоэлементе (звонке) BQ1 и ключа, обеспечивающего протекание тока через нагревательный элемент, на транзисторе VT10. Питание схемы выполнено по бестрансформаторной схеме с гасящими конденсаторами С8, С9. Выпрямляется напряжение диодным мостом VD2, фильтруется конденсаторами С6, С7, стабилизируется стабилитроном VD1. Диодный мост VD3-VD6 служит для подачи напряжения необходимой полярности на транзистор VT10. На компараторе DA2 собран пороговый элемент, включающий нагрев элемента ЕК1. Когда температура воздуха внутри инкубатора ниже установленной резистором R2, на выводе 6 DA2 устанавливается напряжение, близкое к напряжению питания схемы.

Усиленный по току сигнал через R11, HL3 поступает в базу транзистора VT10, транзистор открывается, и ток протекает через нагревательный элемент ЕК1. Падения напряжения на резисторе R17 достаточно, чтобы засветился светодиод HL4, контролирующий протекание тока через нагревательный элемент, а светодиод HL3 индицирует включение режима “нагрев”. При достижении заданной температуры напряжение на выводе 6 DA2 снижается настолько, что закрывается транзистор VT10, гаснут светодиоды HL3, HL4, нагревательный элемент ЕК1 обесточивается, и начинает светиться светодиод HL2. При понижении температуры внутри инкубатора включается режим "нагрев”.

Для более четкого переключения между режимами в компараторе введена положительная обратная связь с помощью резистора R8. Режимы “нагрев” и “норма” сменяют друг друга. В результате короткого замыкания транзистора VT10 или по каким-либо другим причинам температура внутри инкубатора может превысить 39,4°С. Перегрев выше этой температуры опасен для развития эмбриона (особенно в последние дни инкубации) и вызывает массовую гибель зародышей. Для предотвращения этого в схему введен еще один компаратор на операционном усилителе DA1. Он переключается при достижении температуры 39°С. При этом начинает светиться светодиод HL1, и открывается ключ на транзисторе VT5. На транзисторах VT6-VT9 собран модифицированный мультивибратор с высокой нагрузочной способностью. Этот низкочастотный релаксационный генератор служит модулирующим для автогенератора высокого тона, выполненного на транзисторе VT11 и пьезозвонке BQ1. В этом режиме излучатель издает прерывистый сигнал тревоги.

Для лучшего визуального контроля за режимами работы терморегулятора, ток через светодиоды HL1-HL3 выбран относительно большим. Так как выходной ток ОУ DA1, DA2 недостаточен для обеспечения яркого свечения HL1-HL3, в схему введены усилители на транзисторах VT1-VT4.

Детали и налаживание терморегулятора для мини-инкубатора

Детали терморегулятора. Резисторы R3-R6 стабильные типа С2-29, терморезистор R1 типа ММТ-1, подстроенный резистор R2 типа СП5-16 0,25 Вт. Остальные - типов МЛТ, С2-23, С2-33. Конденсаторы С1, С2, С7 малогабаритные многослойные керамические, фирмы HITANO, конденсаторы С8, С9 типа К73-17. Конденсаторы С4-С6 фирмы HITANO или типа К50-35. Операционные усилители можно заменить на К140УД6 или КР140УД708, транзисторы VT1-VT11 - на другие кремниевые маломощные соответствующей структуры, транзистор VT10 - на мощный составной высоковольтный. Стабилитрон должен быть рассчитан на напряжение 9... 10 В. Диодный мост VD2 можно заменить на мост из отдельных диодов типа КД209А, этими же диодами можно заменить мост VD3-VD6.

Налаживание терморегулятора. Предварительно собирают тональный генератор (VT11 и BQ1) на макетной плате и уточняют сопротивление резисторов R21, R22 для обеспечения надежной генерации, затем эти элементы устанавливают на печатную плату. Терморезистор монтируют внутри инкубатора. Подключают нагреватель ЕК1 мощностью 30...35 Вт к плате. В качестве нагревателя можно использовать 4 последовательно соединенные 60-ваттные лампы накаливания или ТЭН.

Включают инкубатор в сеть. Контролируя температуру воздуха внутри инкубатора термометром, например, ТЛ-4 (ГОСТ 215-73) с ценой деления 0,1°С, устанавливают порог включения нагревательного элемента резистором R2 при температуре 37,7...38°C. Через полчаса работы инкубатора уточняют порог включения. Затем замыкают выводы коллектор-эмиттер транзистора VT10. При температуре 39°С должна включиться световая и звуковая сигнализации. Порог включения устанавливают подбором резистора R5, а желаемую яркость свечения светодиода HL4 - подбором резистора R17. На этом налаживание терморегулятора можно считать законченным.

Схема терморегулятора из журнала «Радiоаматор-Электрик» №8/2001

Терморегулятор_2

Технические данные:

  • напряжение питания 220 В, 50 Гц;
  • коммутируемая мощность активной нагрузки до 150 Вт;
  • точность поддержания температуры ±0,1 °С;
  • диапазон регулирования температуры от + 24 до 45°С.

Описание работы схемы терморегулятора

Принципиальная схема устройства показана на рис.1. На микросхеме DA1 собран компаратор. Регулировка заданной температуры производится переменным резистором R4. Термодатчик R5 подключен к схеме экранированным проводом в хлорвиниловой изоляции через фильтр C1R7 для уменьшения наводок. Можно применить двойной тонкий провод, свитый в жгут. Терморезистор необходимо поместить в тонкую полихлорвиниловую трубку.

Конденсатор С2 создает отрицательную обратную связь по переменному току. Питание схемы осуществляется через параметрический стабилизатор, выполненный на стабилитроне VD1 типа Д814А-Д. Конденсатор С3 - фильтр по питанию. Балластный резистор R9 для уменьшения рассеиваемой мощности составлен из двух последовательно соединенных резисторов 22 кОм 2 Вт. С этой же целью транзисторный ключ на VT1 типа КТ605Б, КТ940А подключен не к стабилитрону, а к аноду тиристора VS1.

Выпрямительный мост собран на диодах VD2-VD5 типа КД202К,М,Р, установленных на не-большие П-образные радиаторы из алюминия толщиной 1-2 мм площадью 2-2,5 см2 Тиристор VS1 также установлен на аналогичный радиатор площадью 10-12 см2.

В качестве нагревателя используются осветительные лампы HL1...HL4, включенные последовательно-параллельно для увеличения срока службы и исключения аварийных ситуаций в случае перегорания нити накала одной из ламп.

Работа схемы. Когда температура термодатчика меньше заданного уровня, выставленного потенциометром R4, напряжение на выводе 6 микросхемы DA1 близко к напряжению питания. Ключ на транзисторе VT1 и тиристоре VS1 открыт, обогреватель на HL1...HL4 подключен к сети. Как только температура достигнет заданного уровня, микросхема DA1 переключится, напряжение на ее выходе станет близким к нулю, тиристорный ключ закроется, и обогреватель отключится от сети. При отключении обогревателя температура начнет понижаться, и когда она станет ниже заданного уровня, снова включатся ключ и обогреватель.

Детали и их замена. В качества DA1 можно применить К140УД7, К140УД8, К153УД2 (подойдет практически любой операционный усилитель или компаратор). Конденсаторы любого типа на соответствующее рабочее напряжение. Терморезистор R5 типа ММТ-4 (или другой с отрицательным ТКС). Его номинал может быть от 10 до 50 кОм. При этом номинал R4 должен быть таким же.

Устройство, выполненное из исправных деталей, начинает работать сразу. При испытании и работе следует соблюдать правила техники безопасности, так как устройство имеет гальваническую связь с сетью.

Печатная плата при используемой микросхеме DA1 типа КР140УД6 показана на рис.2.

Терморегулятор_плата

Совет практика. КТ605Б для этой схемы не годятся! Ставьте BU807!

Схема терморегулятора из журнала «Радiоаматор-Электрик» №8/2000

/Терморегулятор_3

Данный термостабилизатор (увеличенная схема здесь) предлагается для замены в мини-инкубаторе «Квочка». Точность поддержания температуры в инкубаторе "Квочка" 0,2°С. Температуру можно устанавливать в пределах 37...38,5°С. Термостабилизатор содержит терморезисторный мост RK1, R1...R8, два компаратора на операционных усилителях DA1, DA2, узел индикации температуры "норма", "перегрев", узел звуковой индикации превышения верхнего порога температуры на пьезозвонке BQ1 и цепь управления симистором VS1.

В термостабилизаторе применен блок питания с гасящим конденсатором С7, однополупериодный выпрямитель на диодах VD4, VD5. Напряжение питания схемы стабилизировано стабилитроном VD6, сглажено и отфильтровано конденсаторами С5 и С6. Так как симистор VS1 можно включить при любой полярности между анодами А1 и А2 отрицательным импульсом напряжения на управляющим электроде по отношению к аноду А1, то питание схемы выбрано отрицательным напряжением. На компараторе DA2 собран пороговый элемент, включающий нагрев инкубатора. Когда температура воздуха внутри инкубатора ниже установленной резистором R2, сопротивление терморезистора RK1 большое, напряжение на выводе 2 DA2 выше чем на выводе 3 DA2, заданное делителем R7R8, тогда на выводе 6 DA2 устанавливается низкий потенциал, разрешающий работу генератора импульсов на DD1.3, DD1.4. Светодиод HL3 индуцирует режим "нагрев". Так как нагревательным элементом в инкубаторе "Квочка" служат четыре последовательно соединенные 60-ваттные лампы накаливания, то в индикации протекания тока через нагрузку нет необходимости.

Генератор на DD1.3, DD1.4 вырабатывает импульсы высокой скважности с периодом следования 0,7 мс. Усиленные по току транзистором VT4 импульсы отрицательной полярности поступают через ограничивающий резистор R24 на управляющий электрод симистора VS1, и он включается. Как только температура в инкубаторе достигает заданной, сопротивление терморезистора RK1 понижается настолько, что на выводе 2 DA2 напряжение становится ниже, чем на выводе 3 DA2. В это время на выводе 6 DA2 напряжение низкого уровня изменяется на высокое. Генератор импульсов выключается, следовательно, прекращается нагрев. Светодиод HL3 гаснет, а светодиод HL2 "норма" зажигается. Гистерезис между режимами "нагрев" и "норма" составляет 0,2°С.

Для яиц всех видов сельскохозяйственной птицы во все периоды инкубации наиболее благоприятная температура воздуха около яиц в диапазоне 37,7...38,3°С. Перегрев выше 39,4°С опасен для развития эмбриона. Перегрев в последние дни инкубации вызывает массовую гибель зародышей [1]. Для предотвращения перегрева инкубационного материала предназначен узел на DA1. Когда температура воздуха внутри инкубатора превысит пороговое значение, установленное резистором R5, на выводе 6 DA1 появится напряжение высокого уровня, засветится светодиод HL1 "перегрев".

Проинвертированное транзистором VT1 напряжение разрешает работу низкочастотного генератора на DD1.1, DD1.2. Этот генератор модулирует по амплитуде тональный генератор на VT2 и BQ1. Прерывистый акустический сигнал оповещает о том, что температура вышла за верхнюю допустимую границу и необходимо дополнительно открыть вентиляционные отверстия или выключить инкубатор.

Схема терморегулятора расположена на печатной плате размерами 115 мм х 45 мм из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Расположение токопроводящих дорожек и радиоэлементов показано на рис.2. Плата рассчитана на установку постоянных резисторов типа МЛТ. Резисторы R1...R8 моста необходимо использовать стабильные с малым ТКС типа С2-29 с допуском, не хуже 5%. Терморезистор RK1 типа ММТ-1. Подстроенные резисторы проволочные типа СП5-16, ВА-0,25Вт. Конденсаторы С1-С4, С6 типа К10-17, конденсаторы С7 типа К73-17, электролитический типа К50-35.

Операционные усилители DA1, DA2 рекомендуется заменить на К140УД6, микросхему DD1 - на К561ЛА7. Транзисторы VT1-VT4 возможно заменить на другие соответствующей структуры. Симистор VS1 фирмы "Филлипс" заменить подходящим не представляется возможным. Стабилитрон VD6 можно использовать с напряжением стабилизации 8...10 В.

Терморегулятор_плата_3

Полноразмерная печатная плата терморегулятора здесь.

Налаживание термостабилизатора

Предварительно собирают тональный генератор на VT2 и BQ1 на макетной плате и уточняют сопротивления резисторов R21, R23 по надежной генерации, затем эти элементы запаивают в плату. Терморезистор монтируют в трубке из диэлектрика на расстоянии 125 мм от верхнего края крышки мини-инкубатора на место механического узла терморегулирования. Трубка должна иметь возможность протока воздуха снизу вверх и до 8 отверстий 0,2 мм на боковой поверхности в нижней части, где расположен терморезистор. Подсоединив нагрузку к плате терморегулятора, включают инкубатор в сеть. Контролируя температуру воздуха внутри инкубатора термометром, например ТЛ-4 (ГОСТ 215-73) с ценой деления 0,1°С, на расстоянии 125 мм от верхнего края крышки устанавливают порог включения нагревателя резистором R2 при температуре 37,7...38°С. Через полчаса работы инкубатора уточняют порог включения. Затем, замкнув выводы симистора А1 и А2, наблюдают повышение температуры. При температуре 39°С регулировкой резистор R5 включают световую и звуковую индикацию "перегрев". На этом налаживание термостабилизатора можно считать законченным.

Опытная эксплуатация разработанного терморегулятора при выведении нескольких закладок куриных, гусиных, утиных яиц показала полное превосходство над механическим терморегулятором. Данный терморегулятор можно использовать в других самодельных инкубаторах с мощностью нагревателя до 200 Вт.

Схема терморегулятора из журнала «Радiоаматор-Конструктор» №1/2003

Терморегулятор_схема_4

Здесь приводится схема (увеличенная схема), которая позволяет использовать в качестве термочувствительного элемента кремниевые диоды, чтобы произвести замену механического терморегулятора на электронный в мини-инкубаторе типа “КВОЧКА”. Терморегулятор состоит из моста, образованного резисторами R1-R5 и диодов VD1, VD2. Питание моста стабилизировано с помощью диода Зенера VD3. Как известно, с повышением температуры падение напряжения на диоде изменяется на 2 мВ/1С. При двух последовательно включенных диодах падение напряжения удваивается. Это напряжение подается на инвертирующий вход операционного усилителя, на неинвертирующий вход подается напряжение, соответствующее установленной температуре. При температуре внутри инкубатора ниже установленной на выходе ОУ появляется напряжение, близкое к напряжению питания. Это напряжение инвертируется элементом DD1.1, разрешает работу схемы привязки включения тиристора к моменту перехода сетевого напряжения через ноль.

Указанная выше схема выполнена на резисторах R8-R11 и конденсаторе С3. Как только сетевое напряжение превысит значение ноля менее, чем на 10 В, на управляющий электрод триака подастся короткий импульс тока, открывающий прибор, и через нагреватель ЕК потечет ток. Схема питается выпрямленным напряжением с помощью диодного моста VD6-VD9 и гасящих резисторов R3, R10. Для стабилизации напряжения предназначен стабилитрон VD4, для сглаживания выпрямленного напряжения - конденсатор С2. Так как в качестве термочувствительных элементов применены диоды, а в качестве компаратора - ОУ широкого применения типа К140УД1208, то точность поддержания температуры внутри инкубатора составляет 0,5 С. Если применить более качественный ОУ типа К140УД17, то точность поддержания составит 0,2 С.

Детали. В термочувствительном мосту применены резисторы R2, R4, R5 типа С2-29. Резисторы R1, R2 многооборотные типа СП5-2, остальные типов МЛТ, С2-33. Конденсаторы С1, С3 керамические, С2 электролитический типа К50-35. Стабилитроны можно применить любого типа на соответствующее напряжение стабилизации. Микросхему можно применить типа К176ЛЕ5. В качестве электронного ключа применен триак фирмы “Philips” из соображения высоких электрических характеристик и малых габаритов, его можно заменить на КУ201. В качестве диодов моста можно использовать диоды, подходящие по току и напряжению.

При налаживании необходимо помнить, что электронная схема гальванически не развязана с сетью, поэтому необходимо быть осторожным, чтобы не получить поражение электрическим током.

Русский
Пользовательский поиск