Как собрать терморегулятор в домашних условиях. Самодельный термостат к холодильнику Самодельные электронные терморегуляторы для холодильников

Начнем с того, что терморегулятор в холодильнике служит для отключения / включения холодильного компрессора. При первоначальном включении исправного холодильника контакты терморегулятора замкнуты и подается команда на включение компрессора. Задать температуру в холодильнике можно поворотом ручки - степень охлаждения варируется, как правило, от +8 градусов до 0 градусов Цельсия, более низкая температура достигается поворотом ручки терморегулятора по часовой стрелке до упора.

Чтобы понять, какие неисправности могут быть в терморегуляторе (термостате) холодильника, надо разобраться в его устройстве.

Устройство терморегулятора холодильника

Механизм термостата представляет рычажную систему, управляющую электрическими контактами. Внешне терморегулятор представляет собой небольшую коробочку с ручкой, с одной стороны которой находится трубка, заполненная фреоном, а с другой стороны - контакты для подключения к электрической цепи.

Количество контактов может меняться от 2-х до 6-и, а длина трубки, заполненной фреоном, может быть от 0,8 до 2,5 метров. Это зависит от дополнительных функций терморегулятора, температурного режима и количества подключаемых модулей холодильника (свет, оттайка, индикация). Разбирать рабочий терморегулятор для изучения внутреннего устройства не рекомендуется.

Принцип работы

Принцип работы терморегулятора довольно прост. Конец капиллярной трубки термостата находится в зоне охлаждения и крепится на испаритель холодильника. Рычажный механизм терморегулятора, который находится в коробочке, при охлаждении воздействует на контактную группу - термореле размыкается. При повышении темпрературы термостат возвращается в первоначальное положение - силовые контакты замыкаются.

Неисправности

Внешне поломка терморегулятора (температурного датчика) проявляется двояко. Это может быть банальное отключение компрессора холодильника от электросхемы (компрессор не включается, никаких звуков нет, свет в холодильнике есть), а может изменение температурного режима в холодильной камере (перемораживание или высокая температура).

В первом случае, высока вероятность повреждения оцинкованной капиллярной трубки термостата, которая подвержена коррозии в водной среде, в результате которого рычажный механизм терморегулятора просто перестает работать. Во втором, надо разбираться, что конкретно послужило причиной нарушения температурного режима - коррозия, залипание контактов термореле или нарушение внутренних заводских настоек датчика. Ответ может дать только специалист - мастер по ремонту холодильника.

Место установки

Неисправный терморегулятор требует замены. Самостоятельно заменить сломанный термостат довольно просто, если добраться до места его установки. Вот здесь и возникают трудности.

В современных холодильниках регулировка термостата выведена, как правило, на лицевую панель и находится вверху холодильника, но может находиться и внутри. Охлаждающий модуль холодильника (испаритель) спрятан под пластмассовой обшивкой и находится в задней части.

Чтобы самостоятельно установить новый термостат, необходимо демонтировать сломанный терморегулятор.

Для этого надо обесточить холодильник, выдернув шнур из электросети.
В зависимости от модели холодильника, снять пластиковую накладку корпуса, в которой находится сломанный терморегулятор.
Обозначить маркером схему подключения проводов.
Убрать с места крепления (размещения) капиллярную трубку сломанного терморегулятора.

Установить новый термостат в обратной последовательности.

Особенности подключения

Не следует путать различные терморегуляторы, внешне похожие между собой. Одни могут работать только при плюсовых температурах, другие предназначены только для морозильников. Использование термостата, не предназначенного для работы холодильника (морозильника) может привести к некорректной работе оборудования и выходу из строя дорогостоящих элементов (компрессора).

Поэтому обязательно проверьте подключаемые провода к терморегулятору. Одно дело, если вы нашли на замену свой родной термостат, того же производителя или торговой марки, другое - если используете аналог.

Кстати, провода, подходящие к терморегулятору, имеют такое назначение:

оранжевый, красный или черный - соединяет термостат с компрессором;
коричневый - фазный провод, ведущий в розетку;
белый, желтый или зеленый - ведет к лампочке, показывающей, что холодильник включен;
полосатый желто-зеленый - заземление.

Начиная от размера контактов, месторасположения, терморегуляторы могут различаться настройками контактных групп (силовые или слаботочные) и предназначением (среднетемпературные или морозильные). Например, использование внешнепохожего температурного датчика К57-2,5 вместо К59-2,5, приведет обмерзанию в холодильной камере задней стенки и изменению температурного режима холодильника.

Данный электронный термостат для холодильника поможет в тех случаях, когда собственный (заводской) термостат неисправен или его точность работы уже недостаточна. В старых холодильниках используется механический термостат температуры с использованием жидкости или газа, которыми заполнен капилляр.

При изменении температуры меняется и давление внутри капилляра, которое передается на мембрану (сильфона). В результате термостат включает и выключает компрессор холодильника. Конечно же, подобная система термостатирования имеет низкую точность, и детали ее со временем изнашиваются.

Описание работы термостата для холодильника

Как известно температура хранения пищевых продуктов в холодильной камере должна быть +2…8 градусов Цельсия. Рабочая температура холодильника +5 градусов.

Электронный терморегулятор для холодильника характеризуется двумя параметрами: температура запуска и остановки (либо средняя температура плюс значение гистерезиса) компрессора. Гистерезис необходим для предотвращения слишком частого включения компрессора холодильника.

В данной схеме предусмотрен гистерезис в 2 градуса при средней температуре в 5 градусов. Таким образом, компрессор холодильника включается, когда температура достигнет + 6 градусов и отключается при снижении ее до + 4 градусов.

Материал: АБС + металл + акриловые линзы. Светодиодная подсветка...

Этот температурный интервал достаточный для поддержания оптимальной температуры хранения продуктов, и при этом он обеспечивает комфортную работу компрессора, предотвращая его чрезмерный износ. Это особенно важно для уже старых холодильников, использующих термореле для запуска двигателя.

Электронный термостат является подходящей заменой оригинального термостата. Терморегулятор считывает температуру с помощью датчика, сопротивление которого меняется в зависимости от изменения температуры. Для этих целей довольно часто используют термистор (NTC), но проблема заключается в его низкой точности и необходимости в калибровке.

Для обеспечения точной установки контролируемой температуры и избавления от многочасовой калибровки, в данном варианте термостата для холодильника был выбран . Он представляет собой интегральную схему, линейно откалиброванную в градусах Цельсия, с коэффициентом 10 мВ на 1 градус Цельсия. В связи с тем, что пороговая температура близка к нулю, относительное изменение выходного напряжения велико. Поэтому сигнал с выхода датчика можно контролировать с помощью простой схемы состоящей всего из двух транзисторов.

Так как выходное напряжение слишком мало, чтобы открыть транзистор VT1, датчик LM35 включен как источник тока. Его выход нагружен резистором R1 и поэтому сила тока на нем изменяется пропорционально температуре. Этот ток влечет падение на резисторе R2. Падение напряжения управляет работой транзистора VT1. Если падение напряжения превышает пороговое напряжение перехода база-эмиттер, транзисторы VT1 и VT2 открываются, реле К1 включается, чьи контакты подключены вместо контактов старого термостата.

Резистор R3 создает положительно обратную связь. Это добавляет небольшой ток к сопротивлению R2, который сдвигает порог и тем самым обеспечивает гистерезис. Обмотка электромагнитного реле должна быть рассчитана на 5…6 вольт. Контактная пара реле должна выдерживать необходимый ток и напряжение.

Датчик LM35 расположен внутри холодильника в подходящем месте. Сопротивление R1 припаивается непосредственно к датчику температуры, что в свою очередь позволяет соединить LM35 с монтажной платой всего двумя проводами.

Провода соединяющие датчик могут внести в схему помехи, поэтому для подавления помех добавлен конденсатор С2. Схема работает от источника питания 5 вольт построенного . Потребление тока главным образом зависит от типа используемого реле. должен быть надежно изолированы от сети.

Большим преимуществом этой схемы является то, что она начинает работать сразу при первом запуске и не нуждается в калибровке и настройке. Если возникнет необходимость немного изменить уровень температуры, то это можно сделать путем подбора сопротивлений R1 или R2. Сопротивление R3 определяет величину гистерезиса.

Вот конструкция термостата для холодильника, который работает уже более 2 лет. А всё началось с того, что вернувшись с работы и открыв холодильник обнаружил там тепло. Поворот регулятора термостата не помог - холод не появлялся. Поэтому решил не покупать новый блок, который к тому же редкий, а сам сделать электронный термостат на ATtiny85. С оригинальным термостатом разница в том, что датчик температуры лежит на полке, а не спрятан в стенке. Кроме того, появились 2 светодиода - они сигнализируют что агрегат включен или температура выше верхнего порога.

Схема термостата холодильника на МК

Фото оригинального термостата и самодельного

Для подключения потребовалось провести второй провод 220 В (взял от лампы освещения) для питания трансформатора.
Разъем, к которому подключен потенциометр - это одновременно разъем программирования ISP.

Плата защищена от влаги специальным лаком для печатных плат.

Термостат в настоящее время работает без проблем, и что главное - обошёлся по цене примерно в 10 раз меньше оригинального.

Трансформатор тут на 6 В. Был выбран такой, чтобы свести к минимуму потери на микросхеме 7805.

Реле здесь можно поставить и на 12 В. Если взять на него напряжение до стабилизатора. Чтобы снизить расходы, можно было бы создать блок питания бестрансформаторным, хотя найдутся сторонники и противники такого решения (электробезопастность). Еще одно сокращение расходов - это исключение микроконтроллера AVR. Есть термометры Даллас, которые могут работать тоже в режиме термостата.

Рис.1

Генератор на микросхеме DD1 рис.1 имеет две независимые времязадающие цепи соответственно R1, R3, C1; и R2, R3, C2; которые переключаются ключами на микросхеме DD2. Управление ключами осуществляется импульсами с выхода пятнадцатого разряда делителя DD1. При высоком уровне на выводе 5 DD1 к внутренним логическим элементам микросхемы К176ИЕ5 подключаются резисторы R2, R4 и конденсатор C2 через ключи DD2.1 и DD2.4. При низком уровне на выводе 5 микросхемы К176ИЕ5 к выводам 11 и 12 DD1 через ключи DD2.3 и DD2.2 подключаются соответственно резисторы R1, R3 и конденсатор C1. Таким образом, если параметры времязадающих цепей различны, то длительность импульса будет отличаться от длительности спада. Получается RC-генератор с регулируемыми параметрами. Частоту RC-генератора можно приближенно определить по формуле F=0,7/RC. На выводе 5 DD1 частота генератора разделится на 32768. Диапазон регулировок можно задавать в больших пределах от десятых долей секунды до многих часов. Так, например, при R=3,3 мОм, С=1мкФ T=455 часов (F=0,2Гц).
При расчётах длительности необходимо помнить, что время работы или паузы холодильника будет составлять половину расчетной, так как с выхода 15 берётся только часть периода либо высокий уровень, либо низкий. Резисторы R1 и R2 необходимы для задания минимальных значений работы и паузы холодильника. Элементы R2, R4, C2 определяют время работы холодильника (контакты реле К1 замкнуты), а элементы R1, R3, C1 - длительность паузы.
Практически определено, что достаточен диапазон регулировок от 5 до 30 минут. Для такого диапазона необходимо принять следующие значения времязадающих цепей: R1=R2=43к, R3=R4=470к, C1=C2=0,15мк. Для больших диапазонов регулировок значения переменных резисторов можно увеличить до 1мОм.

При появлении единицы на 14 разряде счётчика (состояние 01) RC-генератор работает с включенными времязадающими элементами паузы - R1, R3, C1. Следующее состояние счётчика 10. Единица на 15 разряде включает времязадающие элементы работы - R2, C2 и параллельно R2 подключаются резисторы R1, R3, R4. Генератор работает с другой частотой и поэтому интервал времени t1 не равен интервалу времени t2. При состоянии счётчика 11 параллельно включаются времязадающие элементы и паузы и работы. Причём, если при параллельном включении емкости C1, C2 суммируются, то значения резисторов вычисляются по известной формуле и всегда будут меньше меньшего значения из параллельно включенных резисторов (при указанных на схеме номиналах разность между максимальным и минимальным влиянием на сопротивление цепи работы составит 1 кОм). Интервал времени t3 будет отличаться от интервала t2, но их сумма составит время работы холодильника. Состояние 00 интересно тем, что значения ёмкостей C1, C2 не только суммируются между собой, но и с малыми величинами ёмкостей переходов открытых ключей в последовательном включении. То есть суммарная ёмкость времязадающей цепи будет очень маленькой. Даже с включённым в RC-цепь большим резистором R1+R3+R4 частота генератора будет большой, а интервал времени t4 составит доли секунды (максимально 0,8 секунды, минимально 0,2 секунды). Время t4 прибавляется к времени t1 и составляет время паузы.
Время работы, при указанных на схеме номиналах, равно 20-23 минуты. Время паузы изменяется от 3 до 30 минут. Практически определено, что любой режим холодильника можно задавать изменением только длительности паузы.
Если вам необходимы другие интервалы времени работы и паузы, то надо руководствоваться простым правилом. Для уменьшения влияния времязадающих цепей на расчетную частоту при их совместном включении необходимо в RC-цепи, подключённой к старшему разряду счётчика, увеличивать номинал ёмкости. А в RC-цепи, подключённой к младшему разряду счётчика, необходимо увеличивать номиналы резисторов.

Единица с выхода 15 разряда счётчика через резистор R5 и ключ на транзисторе VT1 включает промежуточное реле К1. Промежуточное реле выбрано для того, чтобы уменьшить габариты блока питания. Применено реле типа РЭС6 паспорт РФО.452.145. Более мощное реле на 220 В может быть любым с контактами, выдерживающими коммутацию тока не менее 10 А.
Резисторы МЛТ-0,125, R3 -СПО-0,5. Конденсаторы: С1 - КМ5Б, С2 - К73-17. Микросхему К561КТ3 можно заменить без изменения печатной платы на К176КТ1. Реле К1 и конденсатор фильтра C3 расположены совместно с блоком питания.

Литература.
Бирюков С.А. Цифровые устройства на МОП - интегральных микросхемах. - М., Радио и связь, 1990

Банников В.В., Радио 8,1994

В этой статье мы будем рассматривать устройства, поддерживающие определенный тепловой режим, или же сигнализирующие о достижении нужного значения температуры. Такие устройства имеют очень широкую сферу применения: они могут поддерживать заданную температуру в инкубаторах и аквариумах, теплых полах и даже являться частью умного дома. Для вас мы предоставили инструкцию о том, как сделать терморегулятор своими руками и с минимумом затрат.

Немного теории

Простейшие измерительные датчики, в том числе и реагирующие на температуру, состоят из измерительного полуплеча из двух сопротивлений, опорного и элемента, меняющего свое сопротивление в зависимости от прилаживаемой к нему температуры. Более наглядно это представлено на картинке ниже.

Как видно из схемы, резистор R2 является измерительным элементом самодельного терморегулятора, а R1, R3 и R4 опорным плечом устройства. Это терморезистор. Он представляет собой проводниковый прибор, который изменяет своё сопротивление при изменении температуры.

Элементом терморегулятора, реагирующим на изменение состояния измерительного плеча, является интегральный усилитель в режиме компаратора. Данный режим переключает скачком выход микросхемы из состояния выключено в рабочее положение. Таким образом, на выходе компаратора мы имеем всего два значения «включено» и «выключено». Нагрузкой микросхемы является вентилятор для ПК. При достижении температуры определенного значения в плече R1 и R2 происходит смещение напряжения, вход микросхемы сравнивает значение на контакте 2 и 3 и происходит переключение компаратора. Вентилятор охлаждает необходимый предмет, его температура падает, сопротивление резистора меняется и компаратор отключает вентилятор. Таким образом поддерживается температура на заданном уровне, и производится управление работой вентилятора.

Обзор схем

Напряжение разности с измерительного плеча поступает на спаренный транзистор с большим коэффициентом усиления, а в качестве компаратора выступает электромагнитное реле. При достижении на катушке напряжения, достаточного для втягивания сердечника, происходит ее срабатывание и подключение через ее контакты исполнительных устройств. При достижении заданной температуры, сигнал на транзисторах уменьшается, синхронно падает напряжение на катушке реле, и в какой-то момент происходит расцепление контактов и отключение полезной нагрузки.

Особенностью такого типа реле является наличие - это разница в несколько градусов между включением и отключением самодельного терморегулятора, из-за присутствия в схеме электромеханического реле. Таким образом, температура всегда будет колебаться на несколько градусов возле нужного значения. Вариант сборки, предоставленный ниже, практически лишен гистерезиса.

Принципиальная электронная схема аналогового терморегулятора для инкубатора:

Данная схема была очень популярна для повторения в 2000 годах, но и сейчас она не потеряла актуальность и с возложенной на нее функцией справляется. При наличии доступа к старым деталям, можно собрать терморегулятор своими руками практически бесплатно.

Сердцем самоделки является интегральный усилитель К140УД7 или К140УД8. В данном случае он подключен с положительной обратной связью и является компаратором. Термочувствительным элементом R5 служит резистор типа ММТ-4 с отрицательным ТКЕ, это значит, что при нагревании его сопротивление уменьшается.

Выносной датчик подключается через экранированный провод. Для уменьшения и ложного срабатывания устройства, длина провода не должна превышать 1 метр. Нагрузка управляется через тиристор VS1 и максимально допустимая мощность подключаемого нагревателя зависит от его номинала. В данном случае 150 Ватт, электронный ключ - тиристор необходимо установить на небольшой радиатор, для отвода тепла. В таблице ниже представлены номиналы радиоэлементов, для сборки терморегулятора в домашних условиях.

Устройство не имеет гальванической развязки от сети 220 Вольт, при настройке будьте внимательны, на элементах регулятора присутствует сетевое напряжение, которое опасно для жизни. После сборки обязательно изолируйте все контакты и поместите устройство в токонепроводящий корпус. На видео ниже рассматривается, как собрать терморегулятор на транзисторах:

Самодельный термостат на транзисторах

Теперь расскажем как сделать регулятор температуры для теплого пола. Рабочая схема срисована с серийного образца. Пригодится тем, кто хочет ознакомиться и повторить, или как образец для поиска неисправности прибора.

Центром схемы является микросхема стабилизатора, подключенная необычным способом, LM431 начинает пропускать ток при напряжении выше 2,5 Вольт. Именно такой величины у данной микросхемы внутренний источник опорного напряжения. При меньшем значении тока она ни чего не пропускает. Эту ее особенность стали использовать во всевозможных схемах терморегуляторов.

Как видим, классическая схема с измерительным плечом осталась: R5, R4 – дополнительные резисторы , а R9 — терморезистор. При изменении температуры происходит сдвиг напряжения на входе 1 микросхемы, и в случае, если оно достигло порога срабатывания, то напряжение идет дальше по схеме. В данной конструкции нагрузкой для микросхемы TL431 являются светодиод индикации работы HL2 и оптрон U1, для оптической развязки силовой схемы от управляющих цепей.

Как и в предыдущем варианте, устройство не имеет трансформатора, а получает питание на гасящей конденсаторной схеме C1, R1 и R2, поэтому оно так же находится под опасным для жизни напряжением, и при работе со схемой нужно быть предельно осторожным. Для стабилизации напряжения и сглаживания пульсаций сетевых всплесков, в схему установлен стабилитрон VD2 и конденсатор C3. Для визуальной индикации наличия напряжения на устройстве установлен светодиод HL1. Силовым управляющим элементом является симистор ВТ136 с небольшой обвязкой для управления через оптрон U1.

При данных номиналах диапазон регулирования находится в пределах 30-50°С. При кажущейся на первый взгляд сложности конструкция проста в настройке и легка в повторении. Наглядная схема терморегулятора на микросхеме TL431, с внешним питанием 12 вольт для использования в системах домашней автоматики представлена ниже:

Данный терморегулятор способен управлять компьютерным вентилятором, силовым реле, световыми индикаторами, звуковыми сигнализаторами. Для управления температурой паяльника существует интересная схема с использованием все той же интегральной микросхемы TL431.

Для измерения температуры нагревательного элемента используют биметаллическую термопару, которую можно позаимствовать с выносного измерителя в мультиметре или купить в специализированном магазине радиодеталей. Для увеличения напряжения с термопары до уровня срабатывания TL431, установлен дополнительный усилитель на LM351. Управление осуществляется через оптрон MOC3021 и симистор T1.

При включении терморегулятора в сеть необходимо соблюдать полярность, минус регулятора должен быть на нулевом проводе, иначе фазное напряжение появится на корпусе паяльника, через провода термопары. В этом и является главный недостаток этой схемы, ведь не каждому хочется постоянно проверять правильность подключения вилки в розетку, а если пренебречь этим, то можно получить удар током или повредить электронные компоненты во время пайки. Регулировка диапазона производится резистором R3. Данная схема обеспечит долгую работу паяльника, исключит его перегрев и увеличит качество пайки за счет стабильности температурного режима.

Еще одна идея сборки простого терморегулятора рассмотрена на видео:

Регулятор температуры на микросхеме TL431

Простой регулятор для паяльника

Разобранных примеров регуляторов температуры вполне достаточно для удовлетворения нужд домашнего мастера. Схемы не содержат дефицитных и дорогих запчастей, легко повторяются и практически не нуждаются в настройке. Данные самоделки запросто можно приспособить для регулирования температуры воды в баке водонагревателя, следить за теплом в инкубаторе или теплице, модернизировать утюг или паяльник. Помимо этого можно восстановить старенький холодильник, переделав регулятор для работы с отрицательными значениями температуры, путем замены местами сопротивлений в измерительном плече. Надеемся наша статья была интересна, вы нашли ее для себя полезной и поняли, как сделать терморегулятор своими руками в домашних условиях! Если же у вас все еще остались вопросы, смело задавайте их в комментариях.