Данный терморегулятор позиционируется как терморегулятор повышенной точности, поскольку он позволяет компенсировать инерционность нагревателя, что в свою очередь исключает не контролируемый нагрев нагревателя после снятия питающего напряжения.
Подобные терморегуляторы используются крайне редко, поскольку аппаратно они гораздо сложнее и дороже простых бытовых терморегуляторов. Однако сложность и дороговизна данной модели компенсируется возможностью очень точно поддерживать установленную температуру, что иногда бывает очень необходимо.
Сферы применения данного терморегулятора довольно обширны и зависят уже от фантазии желающего повторить данную конструкцию. Самые простые варианты использования – инкубаторы и дисциляторы, ну или самогонные аппараты, если уж говорить совсем откровенно.
При использовании в инкубаторах точность подержания температуры становится гораздо выше, поскольку нагревательный элемент на пороге регулирования работает не на полную мощность, а отдает тепла ровно столько, сколько теряется и делает это не порциями, как обычно, а постоянно.
При использовании данной конструкции в качестве терморегулятора для самогонного аппарата качество выходной продукции значительно повышается, поскольку теперь есть возможность установить большее количество тэнов. Это в свою очередь увеличит скорость разогрева сырья, а затем будет происходить подержание установленной температуры уже не полной мощностью нагревателей, а лишь ее небольшой частью, что так же способствует увеличению качества продукта.
Кстати сказать последнее заявление о качестве продукта не книжные цитаты – в конце девяностых у меня был аппарат с тремя тэнами и на каждый использовался свой терморегулятор, который отключал тэны по мере приближения температуры к кипению. После химочистки и второй перегонки получалась обычная водка, без привкуса самогонки, без головной боли с похмелья. Дабы закрыть тему скажу – химочистка заключается в удалении не нужных кислот и сивушных масел. На три литра продукта столовая ложка соды, перемешивается и оставляется на сутки. Жидкость желтеет и теряет прозрачность. Через сутки желтизна остается, но прозрачность восстанавливается. Далее на 100 грамм воды разводится четверть чайной ложки магранца и выливается в тот же баллон. Жидкость чернеет и становится мутной. Через неделю хранения в темном прохладном месте выпадает осадок в виде черных лохмотьев, жидкость становится действительно бесцветной.
Далее в самую толстую трубку от телескопической антенны (по моему от приемника «Океан») запрессовывал 20 таблеток активированного угля и при помощи насоса для опрыскивания прогонял жидкость через этот фильтр. Насос был куплен специально для этих нужд.
В принципе напиток уже готов к употреблению и имеет качество гораздо лучшее, чем многие сорта магазинной водки, однако разведя жидкость дистиллированной водой до 16-18 градусов и повторно перегнав получается действительно водка без химических примесей и от которой на следующий день нет синдрома похмелья, ну если передоз не случится.
Ладно, я отвлекся, поэтому возвращаемся к терморегулятору.
Измерительным элементом является терморезистор NTC 3950, используемый в индукционных плитах и 3D принтерах. Однако указываемое на торгующих сайтах NTC 3950 это не название элемента, а фрагмент его характеристики. Искал долго, но нашел настоящее название этого термистора - ATH100K1R25.
В даташнике есть табличка, в которой указано сопротивление этого термистора для каждого градуса во всем диапазоне температур – от минус сорока до двухсот семидесяти градусов. Эта табличка позволит более точно подобрать номиналы измерительного моста на ту или иную температуру.
Сопротивление контролирует операционный усилитель. Если нужна ну ОЧЕНЬ большая термостабильность, то можно использовать ОУ с минимальным дрейфом. Для моих же задач вполне пригоден TL071, правда от Texas Instruments. ОУ усиливает изменяющееся на делителе напряжение и своим выходом засвечивает светодиоды оптронов.
Первый оптрон работает непосредственно на ШИМ регулятор мощности на TL494, второй необходим для формирования сигнала разрешения каким либо исполнительным устройствам. Можно было бы этот узел сделать несколько по другому, но в этом случае увеличивается количество деталей, а чем меньше деталей – тем больше надежность. Поэтому узел разрешения несколько угловатый, но вполне работоспособный. Вариант, показанный в видео оказался не совсем удачным – триггер Шмитта в принципе тоже можно использовать, поэтому тут уже на любителя – мне нужна защелка.
Работает это довольно просто – при приближении температуры к установленной сведтодиод оптрона начинает светится, транзистор оптрона открывается и открывает тиристор. До этого момента выход через диод VD1 соединен с управляющей землей через светодиод и резистор R2.
Этим логическим нулем можно блокировать переворотные механизмы инкубаторов, либо электроклапан дисцилятора. Как только температура достигнет установленной тиристор открывается и на верхнем выводе светодиода появляется почти напряжение питания. Если бы не диод VD1, то на выходе появилась бы логическая единица, ну а наличие диода просто переводит данный выход в третье состояние, т.е. на этой же шине могут быть и другие управляющие импульсы от других устройств.
Вход данного терморегулятора позволяет извне либо блокировать нагрев, либо включать его принудительно, не зависимо от температуры среды. Вход рассчитан на третье состояние – в этом случае терморегулятор работает в штатном режиме. Если на входе появляется логическая единица, то пройдя резистор R3 она окажет влияние на опорное напряжение, формируемое R4 и R5, совместно со стабилитроном VD3 и диодом VD4. Таким образом опорное напряжение несколько увеличивается, нарушается достигнутый баланс сопротивления в измерительном мосте и операционный усилитель притушивает светодиоды оптронов, что в свою очередь вызывает подачу на нагреватель напряжения, т.е. включается нагрев.
Если же на вход подать логический ноль, то опорное напряжение уменьшится, что будет имитировать перегрев термистора и нагреватель заблокируется.
Кстати сказать, на печатной плате на базу транзистора VT1 добавлен помехоподавляющий конденсатор на 0,22…1,0 мкФ.
Введение входов-выходов в терморегулятор расширяет функциональные возможности, но если они не нужны, то их можно и не использовать. Вместо светодиода оптрона U1 запаять перемычку, тиристор VD2 и светодиод HL1 не устанавливать, R3 не устанавливать.
Сам узел регулировки подаваемой мощности в нагреватель построен на TL494, которая работает в однотактном режиме. Выход микросхемы усилен транзисторами типа BD139-BD140, которые работают на затвор силового полевика. Тип полевого транзистора зависит от мощности нагрузки, а от типа полевого транзистора уже и тип драйверного каскада на транзистора VT2-VT3. В моем случае используется STW45NM50 – 45 ампер, 500 вольт.
Первоначально на плате предусматривалась индуктивность, т.е. создание полноценного регулятора напряжения, но в процессе испытание необходимость индуктивности стала под вопросом – нужно проверить уровень создаваемых по сети терморегулятором помех и если он достаточно не большой, то от индуктивности можно будет отказаться.
В качестве напряжения питания силовой части используется выпрямленное диодным мостом сетевое напряжение 220 вольт, поэтому первичная проверка режимов работы производится без подключения сетевого питания. Для управления используются два однополярных источника по 12-15 вольт. Необходимость разделения источников вызвана тем, что от источника, связанного гальванически с сетью питается TL494, а от второго источника сам терморегулятор. В этом варианте корпус, емкости с водой или еще с чем могут выступать в роли общего экранирующего проводника. Так же можно задействовать от этого же источника и дополнительные устройства и датчики, например электродный датчик уровня воды и т.д.
Для проверки точности подержания температуры был взят нагревательный элемент от бытовой электроплиты, задействована секция на 800 Вт. На поверхность плиты с помощью теплопроводящего герметика были приклеены термодатчик терморегулятора, термопара термометра и термодатчик программируемого терморегулятора W1209 , который по паспортным данным способен поддерживать точность 0,1 градуса. Ну а что было дальше уже показано в видео.
В заключение можно сказать, что терморегулятор W1209 проиграл данной конструкции в чистую - предлагаемый терморегулятор оказался в 24 раза точнее.
