РУКОДЕЛКИ Термостат для научного прибора

ununnamed

✩✩✩✩✩✩✩
18 Авг 2020
28
7
Потребовалось мне провести измерения при разной температуре. Зашёл на сайт производителя, увидел цены на термостаты, и офигел. Так и родился этот прибор.

Максимальная погрешность установки температуры: ± 0.5 градуса.
Стоимость: детали с Али 2200 руб, "мелочёвка" ещё на 1500 руб (можно скинуть 700 рублей, если заменить детский конструктор)

Схема до предела проста:
Нагрев воды: элементы Пельтье
Циркуляция воды: насос
Контроль температуры: реле
Питание: блок питания (6А 12В)
Силиконовый шланг - для соединения с прибором
Металлический тройник - чтобы в него засунуть датчик температуры
Металлический конструктор - для создания компактного корпуса
Тумблер - для включения\выключения питания, изменения режима нагрев\охлаждение (охлаждения в моей схеме нет, но в теории, можно сделать)
Герметик - чтобы герметично залить датчик температуры в тройнике
"Двойник" - металлическая деталь для безопасности, чтобы можно было отсоединить шланг и слить воду после окончания работы
Провод двужильный - чтобы можно было отключать блок питания тумблером
Колодки - чтобы удобно было собирать схему
В идеале - ЗНАЧИТЕЛЬНО БОЛЬШИЕ вентиляторы - эти работают на пределе, ну и блок питания лучше взять на 8А (а не на 6А, который использовал я)
элементы Пельтье для нагрева воды: DIY kits Thermoelectric Peltier Refrigeration Cooling System + fan +2 TEC1-12706
насос для циркуляции воды: 385 DC 6V-12V high temperature resistance 100 degrees Celsius Mini Micro Water Pump diaphragm water pump vacuum pump63HF
реле - для контроля температуры: 1pcs W1209 -50-100C DC 12V digital temperature controllear thermostat temperature control thermostat switch plate W1209 Case
блок питания для питания: LED Power Adapter 5.5*2.1~2.5mm Female Connector AC 110V 220V To DC 12V 24V 5V Lighting Transformer For LED Strip CCTV Router
1.jpg

Схема очень проста:
из нижнего шланга (который я держу в руке) вода засасывается в насос (на фото вода идёт слева-направо)
из насоса вода идёт в элементы Пельтье для нагрева
далее проходит через тройник, омывая датчик температуры
и идёт в прибор

Проводка:
Тумблер замыкает переменный ток из розетки на блок питания. Насос работает постоянно, питается напрямую от блока питания.scheme.png
Как нужно сделать: В реле есть возможность работать на охлаждение. Элементы Пельтье тоже могут охлаждать, но для этого нужно на них подавать обратную полярность. (На тех элементах, что я взял, если подавать правильную полярность, сторона элемента Пельтье, на которой нарисован текст - охлаждается. Соответственно, если подавать обратную полярность, эта сторона будет охлаждаться). Поэтому нужно взять ещё один тумблер, который мог бы переключаться и менять полярность тока, подаваемого на элементы Пельтье, но есть один минус

Минусы конструкции:
1) Элементы Пельтье очень сильно греются. Если использовать их по прямому назначению - для нагрева воды, то они работают отлично. Если же их использовать для охлаждения воды, то двух маленьких радиаторов и крошечных вентиляторов не хватит, чтобы отводить тепло, и элементы тупо расплавятся. Поэтому если коротко - этот термостат работает только на нагрев.
2) Низкая точность установки температуры - ± 0.5 градуса - это достаточно большой разброс (но есть способ его уменьшить, об этом далее)
3) Блок питания греется - я не силён в электронике, но я прочитал, что если подать больше 6А на эти элементы Пельтье, то они сгорят. Поэтому я взял блок питания на 6А. Но в цепи также есть насос, который тоже потребляет электричество. И получается, что когда элементы Пельтье выключены, насос работает громко, а когда включаются элементы Пельтье, то насос значительно проседает в мощности. Это говорит об одном - блок питания работает на пределах своих возможностей, и не знаю, насколько его хватит. По ощущениям, он греется до 80 градусов.

Плюсы конструкции:
1) Малый объем используемой воды. У нас дорогой прибор, и рядом стоит ещё дороже, который требует абсолютной сухости в помещении. Этот термостат вмещает в себя всего 20 мл воды. Даже если протечёт, то не сможет залить электронику. А если и зальёт - то всё равно дистиллированная вода не проводит ток.
2) Защита прибора от короткого замыкания. Если какой-то китайский компонент и замкнёт, то силикон и дистиллированная вода не проведут разряд до прибора
3) Высокая скорость работы. 20 мл воды быстро нагреваются и быстро остывают
4) Высокая точность установки температуры. ± 0.5 градуса - это достаточно маленький разброс. Его можно сделать ещё меньше, если добавить промежуточный сосуд, поллитровую бутылку, обитую поролоном. Чем больше воды в системе, тем плавнее нагрев и охлаждение. И думаю, что с промежуточным сосудом, точность удерживаемой температуры можно свести до ± 0.1 градуса
5) Большой диапазон рабочих температур. Я смог нагреть воду до 75 градусов минут за 10. Можно и выше - но долго и страшно
6) Низкая цена - 3700 за такой точный прибор, когда цена аналогов начинается от 65 тысяч
7) Нет привязки к системе водоснабжения. Просто есть в продаже такие термостаты, через которые постоянно должна идти водопроводная вода
8) Компактность и легкость. Тут всё зависит от вас. Я уместил это всё в маленький, аккуратный столбик.

2.jpg
3.jpg4.jpg

Если захотите сделать сами - обязательно почитайте документацию к реле. Именно там задаётся погрешность температуры и режим работы: нагрев\охлаждение. Например, тут: http://k-13.su/w1209-dc-12-v-termostat-regulyator-temperatury-s-cifrovoj-indikaciej/
 
Последнее редактирование:

ununnamed

✩✩✩✩✩✩✩
18 Авг 2020
28
7
Добавил я промежуточный сосуд из колбы Эрленмейера на 500 мл (обёрнутой мятой алюминиевой фольгой), резиновой пробки с двумя вставленными через неё стеклянными трубками - погрешность ±0.2 градуса. Я разочарован, 0.4 градуса погрешности - это очень много. Надо проектировать промежуточный сосуд изначально - с правильным расположением шлангов и перемешиванием
 

PiratFox

★★★✩✩✩✩
13 Фев 2020
516
108
Харьков
@ununnamed, а Вы слышали про PID регулирование? Именно оно вам и нужно. Хотите десятые градуса - будут вам десятые градуса. Только не на дешёвых датчиках. Не просто так серьёзные приборы больших денег стоят. Там нет дешёвых китайских датчиков. Такие дела...
 

ununnamed

✩✩✩✩✩✩✩
18 Авг 2020
28
7
@PiratFox,
это лучшее решение, и порядок цен совершенно другой, даже для самоделок