Модуль термостата w1209 и его доработка

Описание явления магнитного гистерезиса

Мы знаем, что магнитный поток, создаваемый электромагнитной катушкой, представляет собой величину магнитного поля или силовых линий, создаваемых в данной области, и что его чаще называют «плотностью потока», обозначенным символ B с единицей измерения Тесла, Т.

Мы также знаем из предыдущих уроков, что магнитная сила электромагнита зависит от числа витков катушки, тока, протекающего через катушку, или от типа используемого материала сердечника, и если мы увеличим либо ток, либо число оказывается, мы можем увеличить напряженность магнитного поля H.

Ранее относительная проницаемость, символ µ r, определялась как отношение абсолютной проницаемости µ и проницаемости свободного пространства µ o(вакуум), и это задавалось как постоянная величина. Однако взаимосвязь между плотностью потока B и напряженностью магнитного поля H может быть определена тем фактом, что относительная проницаемость µ r не является постоянной величиной, а функцией интенсивности магнитного поля, что дает плотность магнитного потока как: B = M H .

Тогда плотность магнитного потока в материале будет увеличена в большей степени в результате его относительной проницаемости для материала по сравнению с плотностью магнитного потока в вакууме, µ o H, а для катушки с воздушной сердцевиной это соотношение определяется как:

Таким образом, для ферромагнитных материалов отношение плотности потока к напряженности поля ( B / H ) не является постоянным, а изменяется в зависимости от плотности потока. Тем не менее, для катушек с воздушной сердцевиной или любой сердцевины с немагнитной средой, такой как дерево или пластмасса, это отношение можно считать постоянной величиной, и эта постоянная известна как μ o , проницаемость свободного пространства ( μ o = 4.π.10 -7 ч / м ).

Построив значения плотности потока ( B ) против напряженности поля, ( Н ) мы можем произвести набор кривых , называемых Кривые намагничивания, кривые магнитного гистерезиса или более обычно BH кривые для каждого типа основного используемого материала.

Плагин BRT-100 TRV. Настройки в приложении

На главном экране плагина отображается текущая температура в комнате, чуть выше можно задать поддерживаемую температуру. Внизу – выбор режима работы:

• по расписанию;
• ручной, путем задания поддерживаемой температуры;
• режим отпуска с поддержанием температуры в 15 градусов Цельсия определенное количество дней;
• временный ручной режим.

При выборе последнего режима, термоголовка будет поддерживать заданную температуру и автоматически вернется к работе по расписанию в следующий временной промежуток. Как я понял – данный режим недоступен при автономной настройке и доступен только через приложение.

Еще ниже можно:

• посмотреть график изменения температуры (как за текущую дату, так и за предыдущие);
• настроить расписание (единое для будней и отдельное для субботы и воскресенья);
• перейти в расширенные настройки.

Меню расширенных настроек дублирует аналогичное меню, доступное при автономной настройке устройства. Тут есть защита от детей, режим открытого окна, включение эко режима и т д.

Так же, как и другие умные устройства Tuya, термоголовка для радиатора Moes может участвовать в различных сценариях автоматизации.

В сценариях возможно использование термоголовки в качестве действия. Т е что-то произошло – термоголовка реагирует определенным образом. И скажу сразу, я ожидал увидеть всего 2 доступных действия, а их тут оказалось больше 10. По сути в сценарии можно изменить практически все ее настройки. Но нет ожидаемых действий – убрать или выдвинуть штифт. Но можно реализовать данное действие выбрав ручной режим работы и задав нужную температуру. Таким образом можно привязать ее к внешнему датчику температуры. Сам не пробовал, ввиду отсутствия такого датчика, но причин, почему это не будет работать – не вижу.

Полный список вариантов действий в сценарии привожу на скриншоте ниже.

Типичные неисправности электронных терморегуляторов

Нарушение контакта проводов в клеммной колодке

Одной из основных причин отказа терморегулятора является плохой контакт при подключении к нему проводов, что и продемонстрировано в примере ремонта. Иногда винты в клеммной колодке вращаются туго, и кажется, что провод зажат достаточно крепко, чего на самом деле не произошло.

Поэтому перед монтажом терморегулятора нужно в обязательном порядке закрутить до упора каждый из винтов клемм и отвернуть обратно, чтобы оценить, с каким усилием нужно затягивать винты при зажиме проводов.

Чтобы исключить попадание изоляции проводов в отверстия клемм нужно ее снимать на достаточную длину.

Отказ датчика температуры

В терморегуляторах предусмотрена проверка исправности терморезистора и информирование в случае его выхода из строя. В простых терморегуляторах начинает мигать индикаторный светодиод, а в дисплейных на экран выводится сообщение об ошибке.

При сообщении об ошибке датчика в первую очередь нужно убедиться в надежности его подключения к терморегулятору. Если подключен надежно, то отсоединить датчик от схемы и мультиметром измерять его сопротивление, которое указано в паспорте или на корпусе прибора.

Если данных нет, то следует исходить из того, что в зависимости от температуры окружающей среды сопротивление терморезистора составляет от 6 до 30 кОм. Дополнительно можно убедиться в исправности датчика температуры, обхватив его рукой. При нагреве от тела сопротивление должно изменяться, обычно уменьшается.

Если сопротивление датчика температуры не укладывается в диапазон, указанный выше и не изменяется при его нагреве, значит, терморезистор неисправен и подлежит замене.

Отказ радиоэлектронных компонентов

Если терморегулятор не подает признаков работы, то причиной может быть выход из строя токоограничивающего сопротивления и конденсатора, электролитического конденсатора (обычно он раздувается сверху) для сглаживания пульсаций и электромагнитного реле.

Если есть небольшой опыт по проверке и замене радиодеталей на печатной плате, то с такими неисправностями домашний мастер вполне может справиться. Если нет мультиметра, то ремонтировать можно простой заменой перечисленных выше радиодеталей заведомо исправными.

Преимущества и недостатки

Капиллярный термостат элемент многих электрических приборов. К основным преимуществам устройства можно отнести:

1. Простоту конструкции и малые габариты.
2. Высокую частоту реакции на повышение температуры.
3. Широкий спектр применения.
4. Возможность подключения сразу нескольких приборов.
5. Высокую надежность при правильной эксплуатации.
6. Сравнительно низкую цену.

Единственным минусом этого элемента является его непригодность к ремонту. Невозможно заменить оплавленные контакты или потерявшую упругость мембрану. Термостаты, используемые в промышленности, имеют большие габариты. В зависимости от конструкции некоторые модели являются пригодными к ремонту.

Гистерезис в электротехнике

Важными характеристиками сердечников электромагнитов и других электрических машин являются параметры намагничивания ферромагнитных материалов, из которых они изготавливаются. Исследовать эти материалы помогают петли ферромагнетиков. В данном случае прослеживается нелинейная зависимость внутренней магнитной индукции от величины внешних магнитных полей.

На процесс намагничивания (перемагничивания) влияет предыдущее состояние ферромагнетика. Кроме того, кривая намагничивания зависит от типа ферромагнитного образца, из которого состоит сердечник.

Если по катушке с сердечником циркулирует переменный ток, то намагничивания образца приводит к отставанию намагничивания. В результате намагничивания сердечника происходит сдвиг фаз в цепи с индуктивной нагрузкой. Ширина петли гистерезиса при этом зависит от гистерезисных свойств ферромагнетиков, применяемых в сердечнике.

Это объясняется тем, что при изменении полярности тока, ферромагнетик какое-то время сохраняет приобретённую ориентацию полюсов. Для переориентации этих полюсов требуется время и дополнительная энергия, которая израсходуется на нагревание вещества, что приводит к гистерезисным потерям. По величине потерь материалы подразделяются на магнитомягкие и магнитотвёрдые (см. рис. 3).

Магнитный гистерезис в ферромагнетиках отображает зависимость вектора намагничивания от напряженности электрического поля (см. Рис. 3). Но не только изменение поля по знаку вызывает гистерезис. Вращение поля или (что, то же самое) магнитного образца, также сдвигает временные характеристики намагничивания.

Обратите внимание, что на рисунке изображены двойные петли. Такие петли характерны для магнитного гистерезиса

В однодоменных ферромагнетиках, которые состоят из очень маленьких частиц, образование доменов не поддерживается (не выгодно с точки зрения энергетических затрат). В таких образцах могут происходить только процессы магнитного вращения.

В электротехнике гистерезисные свойства используются довольно часто:

• в работе электромагнитных реле;
• в конструкциях коммутационных приборов;
• при создании электромоторов и других силовых механизмов.

Явления диэлектрического гистерезиса

У диэлектриков отсутствуют свободные заряды. Электроны тесно связаны со своими атомами и не могут перемещаться. Другими словами, у диэлектриков спонтанная поляризация. Такие вещества называются сегнетоэлектриками.

Однако под действием электрического поля заряды в диэлектриках поляризуются, то есть изменяют ориентацию в противоположные стороны. С увеличением напряжённости поля абсолютная величина вектора поляризации возрастает по нелинейному принципу. В определённый момент поляризация достигает насыщённости, что вызывает эффект диэлектрического гистерезиса.

На изменение поляризации уходит часть энергии, в виде диэлектрических потерь.

Для чего нужен гистерезис терморегулятора

Сегодня, большинство устройств по контролю над температурным режимом имеют функции как установки нужной температуры, так и настройки гистерезиса. Что же такое гистерезис терморегулятора? Это величина температуры, при которой сигнал противоположно меняется. Благодаря настройке гистерезиса реле осуществляет включение или выключение подключенного к нему оборудования.

Главная функция гистерезиса терморегулятора заключается в выключении и включении оборудования, которое к нему подключено

Так, например, если гистерезис терморегулятора равен 2 °С, а само устройство выставлено на 25 °С, то при понижении температуры окружающей среды до 23 °С термореле запустит оборудование, контролирующее обогрев комнаты. Такое оборудование может быть представлено электрическим обогревателем или газовым котлом отопления. При этом, чем больше будет гистерезис, тем реже будет запускаться термореле. Это следует учитывать в том случае, если главной целью установки автоматического терморегулятора является экономия электроэнергии.

Что такое термореле с регулировкой температуры

Термореле с регулировкой температуры – это электромеханический прибор, предназначенный для контроля температуры в неагрессивной среде. Регулировка температуры посредством устройства происходит благодаря способности реле размыкать и замыкать контакты электрической цепи, в соответствии с изменениями температурного режима.

Так, например, термореле с внешними теплочувствительными датчиками можно использовать для регулирования работы отопительной системы в зависимости от погодных условий. Регулятор будет включать отопительные приборы при понижении температуры на улице ниже заданной.

Кроме того, термореле можно использовать для:

• Управления оборудованием для нагрева воды в системах автономного отопления и горячего водоснабжения;
• Автономной работы “теплого пола”, водонагревательного котла;
• Автоматизации систем кондиционирования в тепличном хозяйстве;
• В автоматических системах отопления погреба и других складских и подсобных помещений.

Существует несколько видов термореле. В основном, устройства различаются по исполнению. При этом, их устройство остается практически неизменным. К основным конструктивным элементам термореле относят термочувствительный датчик и терморегулятор, подающий сигнал на включение или выключение приборов обогрева и кондиционирования. Информация о фактическом и заданном температурных режимах, обычно, выводится на цифровой дисплей устройства, а светодиодный индикатор сигнализирует о рабочем состоянии реле.

Динамический гистерезис

Рассмотрим явление запаздывания ответной реакции во времени на примере механической деформации. Предположим у нас есть металлический стержень, обладающий упругой деформацией. Приложим к одному концу стержня силу, направленную в сторону другого конца, который покоится на опоре. Например, поставим стержень под пресс.

По мере возрастания давления, тело будет сжиматься. В зависимости от механических характеристик металла, реакция стержня на приложенную силу (напряжение) будет проявляться по-разному: вначале сила упругости постепенно будет возрастать, потом она резко устремится к пороговому значению. Достигнув порогового значения, сила упругого напряжения уже не сможет противодействовать возрастающему нагружению.

Универсальный регулируемый термостат с изменяемым гистерезисом

Данное устройство выполняет функцию цифрового термостата с возможностью настройки температуры, гистерезиса, а также выбора одного из двух режимов работы (нагрев/охлаждение). Может работать в местах, где необходимо поддерживать температуру на заданном уровне.

Основные характеристики термостата:

• Диапазон измерения и регулирования температуры: -50 C…+120 C
• Изменение настройки с шагом 0,5°C или 5°C
• Диапазон гистерезиса: 1…10°C
• Работа в режиме нагрева или в режиме охлаждения
• Управление нагрузкой посредством силового реле
• Отображение информации с помощью LCD 16X2
• Светодиодная индикация состояния реле

Благодаря применению температурного датчика DS18B20, мы можем контролировать температуру в широком диапазоне от -50°C до +120°C. Термостат может работать в режиме нагрева или охлаждения, которые в удобном виде можно переключить в настройках. Термостат оснащен LCD дисплеем 16×2, что дает возможность постоянно контролировать текущую, минимальную и максимальную температуру.

Кроме того, устройство имеет два светодиода красного и зеленого цвета, которые показывают состояние реле и правильную работу программы микроконтроллера. Благодаря использованию энергонезависимой памяти EEPROM, термостат запоминает последние настройки, что упрощает работу с устройством.

Программа микроконтроллера способна определить отсутствие или повреждение датчика DS18B20, с последующим выведением информации на дисплей и отключением реле.

Все устройство собрано на двух платах, соединенные между собой 3-проводной линией, что дает много возможностей при установке его в корпус. Термостат имеет встроенный блок питания, который вместе с несколькими внешними элементами стабилизирует и фильтрует напряжение для микроконтроллера.

Трансформатор TR1 понижает напряжение до значения 10 В, которое затем выпрямляется, фильтруется и стабилизируется. Исполнительная часть состоит из мощного реле и управляющего транзистора VT1. Диод VD2 защищает транзистор от всплесков ЭДС самоиндукции во время выключения реле.

На разъем X1 выведены: масса, напряжение питания VCC и сигнал базы транзистора (через токоограничивающий резистор R1).Разъем X2 датчика DS18B20 имеет напряжение питания, массу, и сигнальную линию, идущую к микроконтроллеру. По datasheet данная линия подтянута к питанию через резистор 4,7 к (R3).

Микросхема DD1 — это микроконтроллер Atmega8, который работает от внутреннего RC генератора на частоте 1 МГц. Конденсаторы С1 и С2 фильтруют напряжение питания микроконтроллера, а резисторы R1 и R2 ограничивают ток светодиодов HL2 и HL1.

LCD дисплей подключен к микроконтроллеру по 4-х разрядной шине. Потенциометр R5 регулирует контрастность дисплея. Работоспособность данного термостата протестирована в Proteus (ссылка на модель в конце статьи)

Управление термостатом

В настройки можно войти, удерживая нажатой кнопку во время запуска устройства и в момент его работы. При входе в настройки, можно с помощью первых трех кнопок выбрать режим работы, температуру и гистерезис. Кнопка переключает параметрs, кнопка увеличивает значение на 0,5°C после однократного нажатия, и на 5°C при удержании, кнопка работает аналогично в противоположную сторону.

Кнопка позволяет выйти из меню с сохранением параметров в EEPROM микроконтроллера, а кнопка — выход без сохранения (отмена). Зеленый светодиод информирует пользователя о корректной работе программы, а красный отражает состояние выхода. Если будет отключен или неисправен температурный датчик, то зеленый светодиод погаснет, а также отключатся реле и красный светодиод.

Печатная плата, прошивка, модель в Proteus (38,2 Kb, скачано: 947)

Гистерезис в отоплении

Гистерезис определение относится не только к ферромагнетикам, применяемым в электронике. Такой процесс может происходить и в термодинамике. Например, при организации отопления от газового или электрического котла. Регулирующим компонентом в системе является терморегулятор. Но только контролируемой величиной является температура воды в системе.

При ее снижении до заданного уровня котел включается, начиная подогрев до заданной величины. После чего выключается и процесс повторяется в цикле. Если снять показания температуры при нагреве и остывании системы при каждом цикле включения и выключения отопления, то получиться график в виде петли гистерезиса, который и получил название гистерезис котла.

В таких системах гистерезис выражается в температуре. Например, если он составляет 4°С, а температура теплоносителя установлена 18°С, то котел выключится, когда она достигнет значения 22°С. Таким образом, можно настроить любой приемлемый температурный режим в помещениях. А терморегулятор является, по сути, датчиком температуры или термостатом, который включает или выключает отопления при достижении нижнего и верхнего порога, соответственно.

Порядок настройки

Перед включением следует изучить руководство по эксплуатации.

Для управления настройками схема W1209 предусматривает три кнопки:

Все предусмотренные функции и возможности настраиваются путем нажатия на перечисленные кнопки.

Согласно инструкции к W1209, для изменения настроек необходимо войти в режим программирования. Для этого нажимают и удерживают в течение 5 секунд кнопку «Set». Когда на экране высветится номер пункта настройки, кнопку можно отпустить. Для перемещения по меню настроек используют кнопки «+» и «-».

Всего инструкция термостата W1209 предусматривает от 6 до 8 позиций, в зависимости от текущей прошивки встроенного микроконтроллера:

• Р0 – переключение контроля нагрева или охлаждения;
• Р1 – регулировка диапазона гистерезиса;
• Р2 – изменение максимального предела контроля температуры;
• Р3 – изменение минимального предела контроля температуры;
• Р4 – коррекция температурной погрешности измерений;
• Р5 – программирование времени задержки включения;
• Р6 – тревога (не используется в большинстве прошивок);
• Р7 – принудительное выключение при достижении верхнего порога регулирования;
• Р8 – сброс к заводским установкам (работает не на всех прошивках).

По умолчанию, при входе в режим программирования устанавливается первый пункт меню – Р0.

Войдя в нужный пункт, при помощи кнопок «+» или «-» устанавливают необходимое значение параметра. Для выхода из режима программирования необходимо нажать и удерживать в течение 5 секунд кнопку «Set». Выход в режим работы с записью установок также происходит по прошествии 10 секунд, если за это время не была нажата ни одна кнопка.

Инструкция термореле w1209 dc 12 в информирует, что данное устройство имеет сигнализацию неправильной работы, что отображается на индикаторе:

• LLL – обрыв датчика температуры;
• 110 или HHH – короткое замыкание шлейфа датчика;
• 888 – неисправность датчика.

Кроме использования режима программирования, сброс к заводским настройкам можно произвести следующим образом:

1. Снять питание с регулятора;
2. Нажать одновременно кнопки «+» и «-»;
3. Включить питание.

Гистерезис в разных материалах

Гистерезис – это комплексное понятие, характеризующее способность вещества накапливать энергию магнитного поля или другой величины за счет имеющихся магнитных связей между молекулами вещества или особенностей работы системы. Но таким эффектом могут обладать не только сплавы железа, кобальта и никеля. Титанат бария даст несколько иной результат, если его поместить в поле с определенной напряженностью.

Так как он является сегнетоэлектриком, то в нем наблюдается диэлектрический гистерезис. Обратная петля гистерезиса образуется при противоположной полярности подводимого к среде напряжения, а величина противоположного поля, действующего на материал, получило название коэрцитивная сила.

При этом величина поля может предшествовать разным напряженностям, что связано с особенностями фактического состояния диполей – магнитных моментов после прошлого намагничивания. Также на процесс влияют различные примеси, содержащиеся в составе материала. Чем их больше, тем труднее сдвинуть стенки диполей, поэтому остается так называемая остаточная намагниченность.

Физический процесс при гистерезисе

Чтобы подробно понять процесс гистерезиса, необходимо досконально изучить следующие понятия:

• Магнитное поле – это среда, которая создается линиями магнитной индукции, образованными током, протекающим по проводнику или созданные строго направленными магнитными моментами в постоянном магните.
• Вектор магнитной индукции – величина, указывающая направление распространения магнитного поля, обозначается большой буквой В.
• Намагниченность – состояние вещества, при котором в нем еще остались направленные магнитные диполи. В физике и электротехнике обозначается буквой М.
• Напряженность магнитного поля – величина, характеризующая разницу между В и М, обозначается буквой Н.

Что касается материалов, в которых лучше всего наблюдается эффект гистерезиса, то таковыми являются именно ферромагнетики. Это смесь химических элементов, которая способна намагничиваться за счет направленности магнитных диполей, поэтому обычно в составе имеются такие металлы, как:

• железо;
• кобальт;
• никель;
• соединения на их основе.

Чтобы увидеть гистерезис, на катушку с сердечником из ферромагнетика необходимо подать переменное напряжение. При этом от величины его график намагничивания сильно зависеть не будет, потому как эффект зависит напрямую от свойства самого материала и величины магнитной связи между элементами вещества.

Основополагающим моментом при рассмотрении понятия гистерезиса в электронике является как раз магнитная индукция В, созданная вокруг катушки при подаче напряжения. Она определяется по стандартной формуле, как произведение магнитной диэлектрической проницаемости вещества к сумме напряженности и намагниченности поля.

Чтобы понять общий принцип эффекта гистерезиса, необходимо воспользоваться графиком. На нем видна петля намагничивания из состояния полной размагниченности. Участок можно обозначить цифрами 0-1. При достаточной величине напряжения и длительности воздействия магнитного поля на материал график доходит до крайней своей точки по указанной траектории. Процесс осуществляется не по прямой, а по кривой с определенным изгибом, который характеризует свойства материала. Чем больше в веществе магнитных связей между молекулами, тем быстрее он выходит в насыщение.

После снятия напряжения с катушки напряженность магнитного поля падает до нуля. Это участок на графике 1-2. При этом материал за счет направленности магнитных моментов остается намагниченным. Но величина намагниченности несколько ниже, чем при насыщении. Если такой эффект наблюдается в веществе, то оно относится к ферромагнетикам, способным накапливать в себе магнитное поле за счет сильных магнитных связей между молекулами вещества.

Со сменой полярности напряжения, подводимого к катушке, процесс размагничивания продолжается по той же кривой до состояния насыщения. Только в этом случае магнитные моменты диполей будут направлены в обратную сторону. С частотой сети процесс будет периодически повторяться, описывая график, получивший название – петля магнитного гистерезиса.

При многократном намагничивании ферромагнетика меньшей, чем при насыщении напряженностью, то можно получить семейство кривых, из которых можно построить общий график, характеризующий состояние вещества от полного размагниченного до полного намагниченного.

Как изготовить терморегулятор для инкубатора своими руками

Инкубатор – это незаменимая вещь в сельском хозяйстве, которая позволяет выводить птенцов в домашних условиях. Температуру инкубатора можно контролировать с помощью термореле. Термореле для инкубатора можно приобрести, а можно собрать самостоятельно из подручных материалов.

Существует два способа изготовления терморегулятора для инкубатора:

• С использованием стабилитрона, тиристора и 4 диодов мощностью не менее 700 Вт. Регулировка температурного режима выполняться через переменный резистор с сопротивлением в диапазоне от 30 до 50 кОм. Датчиком температуры в данном приборе выступит транзистор, установленный в стеклянной трубке и размещенный на лотке с яйцами.
• С использованием термостата. К корпусу термостата с помощью паяльника нужно будет прикрепить винт и связать его с контактами. Вращение винта будет регулировать температурные показатели.

Наиболее простым и доступным считается второй способ. Независимо от типа термореле, перед закладкой яиц, инкубатор необходимо прогреть, а самодельный терморегулятор настроить.