Меню

Датчики регулировки температуры на термопаре



Термостат на термопаре

с ЖК индикатором и модулем на микросхеме MAX6675

Прибор измеряет температуру с помощью термопары и выполняет функции термостата.

Характеристики
1 Диапазон измеряемых температур 0 … 1000°C
2 Тип дисплея ЖК (1602)

ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА

После включения питания, на дисплее появляется заставка и через секунду основной экран работы. В основном режиме сразу отображается текущая температура, установленная температура, значение гистерезиса и слово ОЖИДАНИЕ, если реле выключено и слово НАГРЕВ!, если включено. Нажатием любой из кнопок включается режим настройки. На дисплее появляется надпись НАСТРОЙКА и мигает температура. Кнопками можно менять температуру. При удержании кнопки цифры сначала изменяются медленно, потом быстро и потом совсем быстро. Если не прикасаться к кнопкам несколько секунд, начинает мигать гистерезис и теперь, аналогично температуре, можно менять значение гистерезиса. Далее нужно так же подождать несколько секунд. На дисплее появится надпись — НОВЫЕ ДАННЫЕ СОХРАНЕНЫ. Новые установки будут приняты и сохранены в энергонезависимой памяти EEPROM. В случае обрыва термопары на дисплее будет надпись ОШИБКА ТЕРМОПАРЫ, так же ошибка будет и при отключении модуля MAX6675.

СХЕМА УСТРОЙСТВА

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ

Реальные термопары имеют более низкий верхний предел температуры. Обычно в районе 600°C

Не обязательно использовать готовый модуль, можно применить и просто микросхему MAX6675.

АРХИВ С ФАЙЛАМИ

Содержимое архива:
Файл Описание Примечание
tsc_rus.hex Прошивка микроконтроллера под руссифицированный ЖК Требуется сохранение калибровочной константы
tsc_eng.hex Прошивка микроконтроллера под любой ЖК (English version) Требуется сохранение калибровочной константы

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ

Индикатор — Любой типа WH1602 (16 символов 2 строки).

Термопара — Типа К.

Реле — Любое с напряжением обмотки 12V и контактами расчитанными на подключаемую нагрузку.

НАЛАЖИВАНИЕ

Подстроечным резистором R6 установить требуемую контрастность изображения на ЖК индикаторе

Источник

СХЕМА ТЕРМОРЕГУЛЯТОРА

Поводом для сборки этой схемы послужила поломка терморегулятора в электрическом духовом шкафу на кухне. Поискав в интернете, особого изобилия вариантов на микроконтроллерах не нашел, конечно есть кое-что, но все в основном рассчитаны на работу с термодатчиком типа DS18B20, а он очень ограничен в температурном диапазоне верхних значений и для духовки не подходит. Задача ставилась измерять температуры до 300°C, поэтому выбор пал на термопары К-типа. Анализ схемных решений привел к паре вариантов.

Схема терморегулятора — первый вариант

Термостат собраный по этой схеме имеет заявленный предел верхней границы 999°C. Вот что получилось после его сборки:

Испытания показали, что сам по себе термостат работает достаточно надежно, но не понравилось в данном варианте отсутствие гибкой памяти. Пошивка микроконтроллера для обеих вариантов — в архиве.

Схема терморегулятора — второй вариант

Немного поразмыслив пришел к выводу, что возможно сюда присоединить тот же контроллер, что и на паяльной станции, но с небольшой доработкой. В процессе эксплуатации паяльной станции были выявлены незначительные неудобства: необходимость перевода таймеров в 0, и иногда проскакивает помеха которая переводит станцию в режим SLEEP. Учитывая то, что женщинам ни к чему запоминать алгоритм перевода таймера в режим 0 или 1 была повторена схема той же станции, но только канал фен. А небольшие доработки привели к устойчивой и «помехонекапризной» работе терморегулятора в части управления. При прошивке AtMega8 следует обратить внимание на новые фьюзы. На следующем фото показана термопара К-типа, которую удобно монтировать в духовке.

Работа регулятора температуры на макетной плате понравилась — приступил к окончательной сборке на печатной плате.

Закончил сборку, работа тоже стабильная, показания в сравнении с лабораторным градусником отличаются порядка на 1,5°C, что в принципе отлично. На печатной плате при настройке стоит выводной резистор, пока что не нашел в наличии SMD такого номинала.

Светодиод моделирует ТЭНы духовки. Единственное замечание: необходимость создания надежной общей земли, что в свою очередь сказывается на конечный результат измерений. В схеме необходим именно многооборотный подстроечный резистор, а во-вторых обратите внимание на R16, его возможно тоже необходимо будет подобрать, в моём случае стоит номинал 18 кОм. Итак, вот что имеем:

В процессе экспериментов с последним терморегулятором появились ещё незначительные доработки, качественно влияющие на конечный результат, смотрим на фото с надписью 543 — это означает датчик отключен или обрыв.

И наконец переходим от экспериментов до готовой конструкции терморегулятора. Внедрил схему в электроплиту и пригласил авторитетную комиссию принимать работу 🙂 Единственное что жена забраковала — маленькие кнопки на управлении конвекцией, общее питание и обдув, но это решаемо со временем, а пока выглядит вот так.

Регулятор заданную температуру держит с точностью до 2-х градусов. Происходит это в момент нагрева, из-за инертности всей конструкции (ТЭНы остывают, внутренний каркас выравнивается температурно), в общем в работе схема мне очень понравилась, а потому рекомендуется для самостоятельного повторения. Автор — ГУБЕРНАТОР.

Источник

Контроллер больших температур на термопаре K-типа.

Автор: с2. Опубликовано в Термометры

PIC16F676 Применение, это и паяльная станция, и управление высокотемпературными процессами и т.д. с функцией ПИД регулировки нагревательного элемента

Решил в свой ламинатор вставить термометр , термометр на термопаре K-типа. Чтобы он у меня стал более информативен, считаю, что хоббийный радиолюбитель не может довольствоваться, когда на таком приборе горит только два светодиода «POWER” и «READY” . Развожу платку под свои детальки. На всякий случай с возможностью её резать пополам( это некоторая универсальность). Сразу с местом под силовую часть на тиристоре, но пока эту часть не использую, это будет у меня схемка под паяльник (когда придумаю, как в жало термопару пристроить)

В ламинаторе мало места (механизмы расположены очень плотно, китай понимаеш ли), использую маленький семисегментный индикатор, но это еще не все, плата целиком тоже не влазит, вот тут пригодилась универсальность платы, разрезаю ее надвое (если использовать разъем верхняя часть подходит ко многим разработкам на пикушечках от ur5kby.)

Читайте также:  Регулировка rain bird 5000 plus


Настраиваю, сначала делаю, как сказано в форуме, не впаиваю термопару, задаю 400 (хотя если этот параметр будет в памяти, этот пункт отпадет) настраиваю переменниками примерно комнатную и точно по кипению,

Такой контроллер теоретически работает до 999°C но в домашних условиях такую температуру вряд ли найти , самое большее это открытый огонь, но у этого источника тепла сильная нелинейность и чувствительность к внешним условиям.

вот примерная таблица.и еще для наглядности

Так что выбор невелик в выборе источника для настройки показаний контроллера.

больше тут никакой игры кнопочками, Все можно собирать,
Термопару использовал от китайского тестера. И пост в форуме надоумил меня, что эту термопару можно размножать, её длина почти полметра, отрезаю 2 см.

делаю трансформатором по скрутке угольком, шарик получается, а к двум концам точно так, по медной проволочке, для хорошей пайки к моим проводам.

Источник

Сравнительный обзор терморегуляторов

Ставь лайк! Делись с друзьями, потому что дальше будет интереснее! Понравилась статья? Ставь палец вверх и будешь видеть наши новости чаще!

Терморегуляторы и термореле – это устройства, без которых невозможно поддержание заданных температурных условий: комфортной температуры в доме, необходимого тепла в парнике или аквариуме, нужных параметров нагрева или охлаждения при хранении продуктов и т.п.

Каждое такое устройство представляет собой датчик температуры, электронную схему управления и исполнительный элемент, к которому подключается нагреватель или охладитель.

Компания Мастер Кит традиционно предлагает широкий ассортимент электронных регуляторов температуры, рассчитанных, прежде всего, на тех, кто хочет самостоятельно построить ту или иную систему температурного контроля: от простейшего одноканального аналогового термореле, до микроконтроллерного программируемого блока, работающего в системах типа «умный дом».

В этом обзоре мы предлагаем познакомиться с типичными представителями DIY устройств, предназначенных для управления температурой.

Поскольку выбор нагревателя или охладителя в каждом конкретном случае будет индивидуален, каждый из рассматриваемых регуляторов имеет выход (выходы) для их подключения. Это могут быть релейные выходы с известными максимальными токами и мощностями, а также логические выходы, рассчитанные на подключение дополнительных мощных управляющих устройств. Обращайте внимание на рекомендуемые сопутствующие модули, перечень которых размещен в каждом описании товаров на сайте.

В качестве датчиков используются как аналоговые элементы типа терморезисторов, так и прецизионные датчики с цифровым выходом.

В большинстве регуляторов, кроме разве что самых простейших, для обработки данных о температуре и управления исполнительными устройствами используются микроконтроллеры, что повышает функциональные возможности приборов и точность регулирования температуры.

Для удобства сравнения основные технические характеристики рассматриваемых устройств сведены в таблицу, расположенную в конце обзора.

  • Начнем наш обзор с самого простого термореле BM4022 .

Триггер Шмитта, на основе которого выполнено это реле, помогает исключить ложные срабатывания. Встроенное реле рассчитано на управление нагрузкой с мощностью до 2 кВт, но в устройстве также предусмотрена возможность использовать так называемый «открытый коллектор» управляющего транзистора. Вместо потенциометра можно установить постоянные резисторы – для этого предусмотрены установочные места на печатной плате.

  • Цифровое термореле BM945F предназначено как для измерения температуры, так и для управления ей с помощью дополнительных исполнительных устройств.

Провод, с помощью которого цифровой датчик температуры подключается к плате управления, можно без потери точности измерения температуры удлинить до 15-20 метров. Если использовать герметизированный датчик, то его можно расположить в жидкости или земле. Обратите снимание на то, что данное устройство не предназнаено для измерения отрицательных температур.

  • Новинка от Мастер Кит – встраиваемое реле MP8030hot с диапазоном измеряемых температур от -99 до +1000 градусов!

Расширенные диапазон достигается за счет применения в качестве датчика температуры термопары типа К. Оригинальной особенностью реле является зависимость скорости обновления показаний индикатора от скорости изменения температуры на входе устройства.

  • Термореле MP8030R имеет лицевую панель, которую можно закрепить на щитке или в корпусе.

В качестве датчика температуры применен NTC терморезистор, имеющий сопротивление 10кОм при температуре 25°С с точностью 1%. При увеличении температуры сопротивление резистора падает. Тепловая постоянная такого терморезистора составляет около 15 сек.

Режим работы и установки температуры сохраняются в энергонезависимой памяти и не пропадают при отключении питания.

Отдельный обзор термостата MP8030R размещен здесь .

  • Цифровой термометр/термостат MP8037R создан на одной платформе с другими устройствами на основе микроконтроллера — MP8037ADC и MP8037time – соответственно «Цифровым модулем защиты и управления» и «Многорежимным таймером». Наличие программируемого микроконтроллера и продуманного схемотехнического решения позволяет при помощи замены микропрограммы получать разные устройства при неизменной схеме.

С целью уменьшения размеров в устройстве установлено управляющее реле небольшой мощности. Применив модули расширения MP220op или MP246 можно управлять нагрузками мощностью до 4 кВт или до 8 кВт соответственно. Рекомендуемы блок питания – PW1245 .

Материал, в котором описывается методика самостоятельного программирования модулей, созданных на платформе модуля можно найти на нашем сайте по этому адресу .

  • Прекрасную возможность потренироваться в пайке и сборке электронных устройств можно на термостате NM0302 . Помимо совершенствования этих навыков, вы получите функциональное устройство для управления или коммутации в системах стабилизации температур помещений, жидкостей, емкостей и т.п.

Особенностью данного модуля является наличие дистанционного управления с помощью пульта на инфра-красных лучах. Имеется два входа для подключения цифровых датчиков температуры типа 18B20, обеспечивающих точность измерения температуры ±0,5°С.

Следующие три устройства являются не только термостатами в узком смысле этого термина, а также представляют собой многофункциональные программируемые микроконтроллерные модули, которые могут с успехом использоваться в качестве главных устройств в системах «умного дома». Все они имеют функции измерения, обработки и управления температурой, поэтому мы не можем обойти их в нашем обзоре.

  • Обучаемый модуль управления теплом и временем NM8036 также является набором для самостоятельной сборки средней сложности. Его вполне можно рекомендовать для учебных заведений, программа обучения которых связана с электроникой.
Читайте также:  Схема генератора звуковой частоты с регулировкой

Устройство может выполнять функции термостата, таймера, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), имеет часы реального времени. Таким образом, управлять температурой можно в привязке к времени дня, дню недели и даже времени года.

Модуль зарекомендовал себя отличным функционалом и надежностью, имеет обширную историю обсуждения на нашем форуме по схемам подключения и способам применения. Вы можете также ознакомиться с серией специализированных материалов по использованию устройства в различных проектах:

Модуль более компактен, а все 12 каналов управления выведены на винтовые клеммы, удобно расположенные на одном краю печатной платы. Для подключения к компьютеру имеется разъем микро-USB. С помощью этого подключения также можно менять прошивку (микропрограмму) устройства. Функции и режимы работы подробно описаны на сайте и в инструкции.

Изучение дополнительных материалов даст вам возможность наиболее полно изучить возможности прибора и правильно использовать его в ваших проектах:

  • Микропроцессорный таймер, термостат, часы на восемь независимых каналов из набора BM8036
  • Первое включение и обучение работе с ВМ8036
  • Описание ПО для блока BM8036
  • Умный дом на базе MP8036, BM8036
  • Логический модуль MP8036multi , конечно, имеет функцию термостата, но это всего лишь одна из множества возможностей, реализуемых этим «великим комбинатором» в семействе программируемых контроллеров для построения автоматических систем управления домом.

Главным преимуществом устройства является возможность программировать его реакцию на аналоговые и цифровые сигналы на входах и выходах, а также комбинировать логические условия, необходимые для решения поставленной задачи управления.

Программирования производится на компьютере с помощью интуитивно понятного набора инструкция на русском языке. Программа сохраняется и загружается в модуль через USB-порт в текстовом формате и может быть изменена в любой момент.

Модуль может обеспечить не только оптимальный температурный режим многих объектов, но и охрану дома, управление освещением, поливом и многое другое. Вы сами задаете алгоритм работы.

Для управления различными исполнительными устройствами можно использовать большое число разнообразных датчиков и силовых модулей как сторонних производителей, так и модулей из каталога Мастер Кит. Для примера укажем следующие:

MP220V – датчик контроля сетевого напряжения с опторазвязкой;

MP594 – аналоговый датчик освещенности;

MP220R – силовое реле расширения;

MP246 – регулятор мощности 220В, 8кВт;

MP515 – силовое реле расширения;

MP146 — силовое реле 20А.

Надеемся, что наш обзор поможет вам выбрать терморегулятор для решения собственных уникальных задач!

Делись с друзьями, подписывайся на наш канал Мастер Кит DIY и жми лайк, чтобы не пропустить новые публикации.

Источник

Датчики температуры. Часть третья. Термопары. Эффект Зеебека

Термопара. Краткая история создания, устройство, принцип работы

Внешне термопара устроена очень просто: две тоненькие проволочки просто сварены между собой в виде аккуратного маленького шарика. Некоторые современные цифровые мультиметры китайского производства комплектуются термопарой, которая позволяет измерять температуру не менее, чем до 1000°C, что дает возможность проверить температуру нагрева паяльника или утюга, которым собираются пригладить лазерную распечатку к стеклотекстолиту, а также во многих других случаях.

Конструкция такой термопары очень проста: оба проводка спрятаны в трубку из стекловолокна, и при этом даже не имеют заметной на глаз изоляции. С одной стороны проволочки аккуратно сварены, а с другой имеют вилку для подключения к прибору. Даже при таком примитивном исполнении результаты измерения температуры особых сомнений не вызывают, если, конечно, не требуется точность измерения класса 0,5°C и выше.

В отличии от только что упомянутых китайских термопар, термопары для применения в промышленных установках имеют конструкцию более сложную: собственно измерительный участок термопары помещается в металлический корпус. Внутри корпуса термопара находится в изоляторах, как правило, керамических, рассчитанных на высокую температуру.

Вообще термопара является самым распространенным и самым старым термодатчиком. Ее действие основывается на эффекте Зеебека, который был открыт еще в 1822 году. Для того, чтобы ознакомиться с этим эффектом, мысленно соберем несложную схему, показанную на рисунке 1.

На рисунке показаны два разнородных металлических проводника М1 и М2, концы которых в точках А и В просто сварены между собой, хотя везде и всюду эти точки называются почему-то спаями. Кстати, многие домашние умельцы-кустари для самодельных термопар, предназначенных для работы при не очень высоких температурах, вместо сварки пользуются как раз пайкой.

Вернемся снова к рисунку 1. Если вся эта конструкция будет просто лежать на столе, то эффекта от нее не будет никакого. Если же один из спаев чем-нибудь нагреть, ну хотя бы спичкой, то в замкнутой цепи из проводников М1 и М2 потечет электрический ток. Пусть он будет весьма слабым, но все-таки он будет.

Чтобы в этом убедиться, достаточно в этой электрической цепи разорвать один провод, причем любой, и в получившийся разрыв включить милливольтметр, желательно со средней точкой, как показано на рисунках 2 и 3.

Если теперь один из спаев нагреть, например спай А, то стрелка прибора отклонится в левую сторону. При этом температура спая A будет равняться TA = TB + ΔT. В этой формуле ΔT = TA — TB есть разность температур между спаями A и B.

На рисунке 3 показано, что будет, если нагреть спай B. Стрелка прибора отклонится в другую сторону, причем в обоих случаях, чем больше будет разность температур между спаями, тем на больший угол отклонится стрелка прибора.

Читайте также:  Какие личные неимущественные отношения регулирует семейное право

Описанный опыт как раз иллюстрирует эффект Зеебека, смысл которого в том, что если спаи проводников A и B имеют разные температуры, то между ними возникает термоэдс, величина которой пропорциональна разности температур спаев. Не следует забывать, что именно разности температур, а не какой-то температуре вообще!

Если же оба спая имеют одинаковую температуру, то никакой термоэдс в цепи не будет. При этом проводники могут находиться при комнатной температуре, нагреты до нескольких сот градусов, или на них будет воздействовать отрицательная температура – все равно никакой термоэдс получено не будет.

Что же меряет термопара?

Предположим, что один из спаев, например A, (обычно его называют горячим) поместили в сосуд с кипящей водой, а другой спай B (холодный) остался при комнатной температуре, например, 25°C. Именно 25°C в учебниках физики считается нормальными условиями.

Температура кипения воды в нормальных условиях 100°C, поэтому выработанная термопарой термоэдс, будет пропорциональна разности температур спаев, которая в этих условиях составит всего 100 -25 = 75°C. Если же температура окружающей среды будет изменяться, то и результаты измерений будут больше походить на цену на дрова, нежели на температуру кипящей воды. Как же получить правильные результаты?

Вывод напрашивается сам собой: нужно холодный спай охладить до 0°C, тем самым задав нижнюю опорную точку шкалы температуры по Цельсию. Проще всего это сделать, поместив холодный спай термопары в сосуд с тающим льдом, ведь именно эта температура принята за 0°C. Тогда в предыдущем примере все будет правильно: разница температур горячего и холодного спаев составит 100 – 0 = 100°C.

Конечно, решение простое и верное, но каждый раз искать где-то сосуд с тающим льдом и длительное время в таком виде его сохранять, просто технически невозможно. Поэтому вместо льда применяются различные схемы компенсации температуры холодного спая.

Как правило, полупроводниковым датчиком измеряется температура в зоне холодного спая, а уже электронная схема добавляет этот результат в общее значение температуры. В настоящее время выпускаются специализированные микросхемы для термопар, имеющие встроенную схему компенсации температуры холодного спая.

В ряде случаев для упрощения схемы в целом можно от компенсации просто отказаться. Простой пример терморегулятор для паяльника: если паяльник постоянно в руках, то, что мешает чуть подкрутить регулятор, убавить или прибавить температуру? Ведь тот, кто умеет паять, видит качество пайки и вовремя принимает решения. Схема такого терморегулятора достаточно проста и показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема простого терморегулятора ( для увеличения нажмите на рисунок).

Как видно из рисунка схема достаточно проста и не содержит дорогих специализированных деталей. Ее основу составляет отечественная микросхема К157УД2 – сдвоенный малошумящий операционный усилитель. На ОУ DA1.1 собран собственно усилитель сигнала термопары. При использовании термопары TYPE K при нагреве до 200 — 250°C выходное напряжение усилителя достигает порядка 7 — 8В.

На второй половине ОУ собран компаратор, на инвертирующий вход которого подано напряжение с выхода усилителя термопары. На другой — задающее напряжение с движка переменного резистора R8.

Пока напряжение на выходе усилителя термопары меньше задающего напряжения на выходе компаратора удерживается положительное напряжение, поэтому работает схема запуска симистора T1, выполненная по схеме блокинг-генератора на транзисторе VT1. Поэтому симистор T1 открывается и через нагреватель EK проходит электрический ток, отчего возрастает напряжение на выходе усилителя термопары.

Как только это напряжение чуть превысит задающее напряжение, на выходе компаратора появляется напряжение отрицательного уровня. Поэтому транзистор VT1 запирается и блокинг-генератор перестает вырабатывать управляющие импульсы, что приводит к закрытию симистора T1, и охлаждению нагревательного элемента. Когда напряжение на выходе усилителя термопары станет несколько меньше задающего напряжения. весь цикл нагрева повторяется снова.

Для питания такого терморегулятора понадобится маломощный блок питания с двух полярным напряжением +12, -12 В. Трансформатор Тр1 выполнен на ферритовом кольце типоразмера К10*6*4 из феррита НМ2000. Все три обмотки содержат по 50 витков провода ПЭЛШО-0,1.

Несмотря на простоту схемы, работает она достаточно надежно, а собранная из исправных деталей требует лишь настройки температуры, которую можно определить, используя хотя бы китайский мультиметр с термопарой.

Материалы для изготовления термопар

Как уже было сказано, термопара содержит два электрода из разнородных материалов. Всего имеется около десятка термопар различных типов, по международному стандарту обозначаемых буквами латинского алфавита.

Каждый тип имеет свои характеристики, что в основном обусловлено материалами электродов. Например, достаточно распространенная термопара TYPE K изготовлена из пары хромель – алюмель. Ее диапазон измерений – 200 — 1200 °C, коэффициент термоэдс в диапазоне температур 0 — 1200 °C 35 — 32 мкВ/°C, что говорит о некоторой нелинейности характеристики термопары.

При выборе термопары в первую очередь следует руководствоваться тем, чтобы в измеряемом диапазоне температур нелинейность характеристики была бы минимальной. Тогда погрешность измерений будет не столь заметна.

Если термопара находится на значительном удалении от прибора, то подключение должно производиться с помощью специального компенсационного провода. Такой провод выполнен из таких же материалов как сама термопара, только, как правило, заметно большего диаметра.

Для работы при более высоких температурах часто применяются термопары из благородных металлов на основе платины и платиново-родиевых сплавов. Такие термопары несомненно дороже. Материалы для электродов термопар изготавливаются согласно стандартам. Все разнообразие термопар можно найти в соответствующих таблицах в любом хорошем справочнике.

Борис А ладышкин

Обратите внимание! Только 11 ноября 2020 года главная распродажа года на Алиэкспресс: Товары на Алиэкспресс с самыми большими скидками

Источник

Adblock
detector