В радиолюбительской литературе можно найти достаточное количество самых разных конструкций терморегуляторов с присущими им достоинствами и недостатками. Принципиальные схемы многих из них достаточно сложны, особенно для начинающих. Датчиком температуры обычно служит полупроводниковый прибор, что иногда вызывает дополнительные трудности, например, при измерении температуры в жидкой среде.
Предлагаемый в данной статье терморегулятор использует в качестве датчика температуры ртутный контактный термометр, тем самым достигается полная электрическая развязка между измеряемой средой и прибором. Повторить эту конструкцию под силу даже начинающему любителю. Благодаря достаточно высокой чувствительности контактного термометра, терморегулятор позволяет довольно точно поддерживать установленную температуру. Однако и основным недостатком данной конструкции является датчик температуры - контактный термометр из-за больших габаритов по сравнению с полупроводниковыми датчиками. Изначально этот терморегулятор создавался для поддержания необходимой температуры в аквариуме. Поэтому применение контактного термометра вполне оправдано, ведь термометр - неотъемлемый атрибут любого аквариума. А сделав термометр датчиком, мы превращаем недостаток в достоинство, теперь меньше посторонних предметов надо помещать в аквариум. Это важно потому, что "напичканный" термометрами, датчиками, нагревателями, распылителями и фильтрами декоративный аквариум теряет свою привлекательность. Тем не менее это статья не про аквариумы, поэтому следует еще сказать, что данный терморегулятор может найти совсем иное применение, например, в самодельном инкубаторе и т. д.
Итак, рассмотрим подробнее работу этого устройства. Его электрическая схема изображена на рис.1. Как становится ясно из вышесказанного, очень важной частью терморегулятора является ртутный контактный термометр SA1. Следовательно, нет необходимости в калибровке прибора, как при использовании других датчиков. Просто вращая магнит наверху термометра, следует установить подвижный контакт на нужное значение температуры. При достижении заданного значения реле К1 отключит нагреватель. А может быть, наоборот - подключит какое-либо охлаждающее устройство. Это уже зависит от Ваших потребностей. Как видно из схемы рис. 1, цепи питания не имеют трансформатора, что значительно упрощает конструкцию. После включения питания тумблером SA2 начинает светиться индикатор - неоновая лампа HL2. Переменное напряжение поступает на гасящий конденсатор С2. На нем падает существенная часть сетевого напряжения (около 200 В). Далее через балластный резистор R4 оно поступает на стабилизатор, а точнее, ограничитель переменного напряжения на стабилитронах VD3 - VD5. Напряжение на них должно быть около 20 В. Затем оно выпрямляется диодом VD2. Конденсатор С1 сглаживает пульсации постоянного питающего напряжения. Резистор R5 необходим для быстрой разрядки конденсатора С2 после отключения питания устройства.Реле К1 своими контактами К1.1 и К1.2 коммутирует нагрузку, подключенную к розетке XS1. Лампа HLI - индикатор включения нагрузки. С конденсатора С1 постоянное напряжение поступает на узел, управляющий работой реле, на транзисторах VT1 и VT2. Они работают в ключевом режиме. Сопротивления резисторов делителя Rl, R2 подобраны таким образом, что на базе VT1 при разомкнутых контактах термометра SA1 присутствует напряжение, недостаточное для его отпирания. Таким образом, транзистор VT1 заперт, а VT2 открыт. Его базовый ток течет через резистор R3. Обмотка реле К1 является коллекторной нагрузкой VT2. Когда он открыт, срабатывает реле и подключает нагрузку контактами К1.1 и К1.2, которые в исходном состоянии разомкнуты.
Если температура повысится до установленного уровня, контакты термометра SA1 замкнутся, база транзистора VT1 окажется подключенной к его коллектору. Транзистор VT1 отпирается, при этом база VT2 через небольшое сопротивление коллектор - эмиттер открытого VT1 подключается к минусу питания. Транзистор VT2 запирается, реле К1 отключает нагрузку. Как только температура измеряемой среды немного понизится, разомкнутся контакты термометра SA1, закроется транзистор VT1, а VT2 откроется, реле К1 снова подключит нагрузку, затем цикл повторяется.
В терморегуляторе применены широко распространенные компоненты. Транзисторы можно заменить на аналогичные с возможно большим коэффициентом усиления и максимальным напряжением коллектор - эмиттер не менее 30 В. Конденсаторы: С1 типа К50-35, С2 - К73-17 на напряжение не меньше 400 В. Диод VDI, защищающий транзистор VT2 от бросков напряжения при выключении реле К1, типа КД522Б, Д9Д или другой с обратным напряжением не менее 30 В. Реле К1 должно иметь две пары замыкающихся контактов, рассчитанных на коммутацию сетевого напряжения при токе, большем, чем потребляет подключаемая к терморегулятору нагрузка. Собственно реле должно потреблять сравнительно небольшой ток 15-20 мА при напряжении срабатывания около 20 В. Автор в своей конструкции применил "крупногабаритное" реле (из старых запасов), однако можно установить и совершенно другое, отвечающее описанным требованиям. Если у Вас возникнут трудности с подбором подходящего реле, как написано выше, то можно применить и иное. При этом надо внести в принципиальную схему (рис.1) небольшие изменения: при использовании реле с напряжением срабатывания 12-15 В и током большим, чем 20 мА (надо стремиться к наименьшему значению) изменения коснутся конденсатора С2, резистора R4 и стабилитронов VD3 -VD5. В этом случае необходимо увеличить емкость С2 до 0,68 мкФ. Сопротивление резистора R4 уменьшить до 100-150 Ом. И наконец, вместо трех стабилитронов КС168В поставить один КС515Г или КС512, КС518, КС520В. Стабилитрон может быть и другой, аналогичный указанным. Его подбором надо добиться необходимого питающего напряжения и надежного переключения реле при изменении состояния датчика температуры. Применяемый стабилитрон обязательно должен быть двуханодный, как на схеме рис.1. Если таковой отсутствует, его можно заменить двумя обычными. Соединив вместе их катоды, получим двуханодный стабилитрон. Возможно, Вам придется поточнее подобрать сопротивление резистора R3 для достижения четкого переключения транзисторов VTI, VT2 и срабатывания реле К1.
В своем варианте прибора автор предусмотрел также индикацию целостности нагрузки. Эти, довольно простые цепи, не отображены на рис.1 потому, что такую индикацию можно выполнить на различных элементах. Суть заключается в том, что когда нагрузка отключена от сети контактами К1.1 и К1.2, через нее течет небольшой (для нее) ток, однако достаточный для свечения светодиода или неоновой лампы. А они своим свечением свидетельствуют об отсутствии обрывов в цепи нагрузки, когда она отключена. Такой индикатор довольно прост в изготовлении, но бывает очень полезен, особенно если что-то не работает.
Так, на рис.2-4 изображены три варианта индикатора индикатора.
Первый (рис.2) выполнен с использованием четырех светодиодов, выпрямительного диода и гасящего резистора. Точки "А" и "В" подсоединяют параллельно одной из контактных групп реле, а параллельно другой подключают резистор сопротивлением порядка двух килоом и мощностью 0,25-0,5 В (рис.5). Светодиоды располагают на передней панели устройства вокруг лампы HL1, которая зажигается при включенной нагрузке. Их желательно расположить по углам условного квадрата, который нарисован вокруг отверстия для лампы HL1 (рис.6). Сторона квадрата должна быть больше диаметра отверстия для лампы в 2-3 раза. Светодиоды желательно выбрать зеленого свечения. Тогда при отключении нагрузки, как только погаснет HLI, загорятся четыре зеленых огонька, «говоря» о том, что все в порядке.
Детали индикатора монтируют навесным монтажом, мощный резистор удобно припаять к контактам реле К1. Самый главный недостаток у такого индикатора - сравнительно большой ток потребления (около 10 мА).
Следующий, самый простой и экономичный вариант индикатора изображен на рис.3. Это просто неоновая лампа с ограничительным резистором. Подключать к терморегулятору следует так же, как и в предыдущем варианте. Еще один, наиболее сложный (только из-за большего количества деталей) и интересный индикатор изображен на рис.4 [1]. Сразу надо сказать, что подключается он так же, как и предыдущие. Но в отличие от других, неоновая лампа периодически вспыхивает и тем самым привлекает к себе большее внимание, чем постоянно светящийся индикатор. Происходит это следующим образом. При отключении нагрузки напряжение сети прикладывается к точкам "А" и "В" рис.4 и 5). Начинает заряжаться конденсатор С через диод, резистор RI и нагрузку до напряжения, достаточного для зажигания лампы. Загорается лампа, и конденсатор разряжается через нее и резистор R2. Лампа гаснет, и снова происходит зарядка конденсатора. Этот индикатор самый экономичный. Он потребляет ток около 100 мкА. Длительность и яркость вспышек можно изменять подбором резистора R2 и конденсатора С, а частоту - резистором RI и конденсатором С.
Все детали, кроме реле К1, тумблера SA2, индикатора исправности нагрузки и, конечно же, датчика температуры установлены на печатной плате рис.7 (на рис.7,а изображен ее вид со стороны устанавливаемых элементов, а на рис.7,6 - вид со стороны печатных проводников). Плата изготовлена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Размеры 85x49 мм. Устройство размещено в корпусе из изоляционного материала. Корпус также можно изготовить из стеклотекстолита, оргстекла и т. д.
