Для приготовления йогурта в домашних условиях требуется термостат, способный в течении 5 — 10 часов поддерживать температуру 38 — 40 градусов Цельсия. Йогуртницы, выпускаемые промышленностью, обычно содержат маломощный электрический нагреватель постоянно подключенный к питающей сети. В некоторых случаях это приводит к существенному отклонению температуры от оптимальной, что отрицательно сказывается на качестве получаемого продута. В данной статье предлагается схема и конструкция простого электронного термостата, способного поддерживать температуру с достаточной точностью. Схема электрическая принципиальная термостата приведена на рисунке.
Зелёный светодиод HL1 является индикатором наличия сетевого напряжения. На элементах VD2, R1, R2 и R3 собран стабилизированный источник питания с выходным напряжением 12В. Кремниевые диоды VD3, VD4 используются в качестве датчика температуры. При температуре 20°C падение напряжения на них около 1В, а коэффициент преобразования составляет -4 мВ/°C. Компаратор DA1.2 сравнивает напряжение на датчике с уставкой, получаемой с переменного резистора R9. Благодаря резисторам R11, R12 компаратор работает с небольшим гистерезисом. Если температура ниже заданной, то напряжение на входе 3 DA1.2 выше, чем на входе 2 DA1.2, выходной транзистор компаратора заперт, мощный высоковольтный полевой транзистор VT1 открыт, т. к. благодаря резистору R13 на его затворе присутствует напряжение 12 вольт. На нагреватель R17 подаётся выпрямленное сетевое напряжение. Когда температура поднимется выше заданной, то выходной транзистор компаратора откроется, а VT1 запрётся, нагреватель выключится. Красный светодиод HL2 является индикатором включения нагревателя. Переменный резистор R9 снабжён шкалой 20°C — 60°C, позволяющей задавать желаемое значение температуры. Подстроечные резисторы R5 и R6 задают границы диапазона регулирования температуры.
Описанная схемная реализация имеет недостаток, заключающийся в том, что в случае обрыва цепи датчика произойдёт неконтролируемый рост температуры нагревателя. Для устранения этого недостатка используется компаратор DA1.1, выход которого соединён с выходом DA1.2 по схеме «монтажного или». В случае обрыва в цепи датчика напряжение на входе 6 DA1.2 окажется выше, чем на входе 5. Выходной транзистор компаратора DA1.1 откроется и VT1 будет заперт независимо от состояния DA1.2.
Демпфирующая цепочка (снаббер) R16, С6 защищает транзистор VT1 от пробоя короткими высоковольтными импульсами, которые иногда возникают в питающей сети.
Конструкция и детали
Устройство состоит из 2-х частей — электронного блока и термостабилизированной поверхности, представленных на следующей фотографии.
Электронный блок собран в пластмассовой коробке размером 100х75х65 [мм]. Ось переменного резистора R9 выведена на верхнюю панель блока. Торец этой оси немного заглублён относительно уровня верхней панели. На нём имеется шлиц, позволяющий с помощью отвёртки менять заданную температуру. Также на верхнею панель вынесены светодиоды HL1 «Сеть» и HL2 «Нагрев». Монтаж электронного блока выполнен на макетной плате, представленной на следующей фотографии.
Термостабилизированная поверхность изготовлена из металлического подноса, внутри которого размещены датчик температуры VD3, VD4 и нагреватель R17, в качестве которого использован нагревательный элемент от фотоглянцевателя. Нагреватель и датчик смонтированы на алюминиевой пластине толщиной 5 мм, прикрученной к дну подноса 6-ю винтами с потайными головками. Пластину следует изготовить по размерам дна подноса. Краску с внутренней поверхности дна подноса нужно счистить и нанести на него тонкий слой теплопроводящей пасты КПТ-8 или, что хуже, смазки Литол-24, а далее установить пластину и прикрепить винтами. Размеры пластины можно существенно уменьшить или даже вовсе от неё отказаться, если использовать поднос из алюминия, теплопроводность которого существенно больше, чем у стали. Нагреватель следует разместить в середине пластины. Взаимное положение нагревателя и датчика показано на фотографии. Зазор между нагревателем и датчиком нужно заполнить теплопроводящей пастой.
Со стороны нагревателя поднос закрыт крышкой из фанеры. Между крышкой и нагревателем полезно проложить теплоизолятор — тонкий войлок, синтепон и т.п.
Электронный блок подключается к термостабилизированной поверхности с помощью самодельного четырёхжильного кабеля длиной 50 см, заканчивающегося разъём DB-9. Провода, идущие к нагревателю, следует перевить, а для подключения датчика использовать провод в экране, как это показано на схеме.
В качестве HL1 можно использовать любой зелёный светодиод, например L-1154GF фирмы Kingbright, в качестве HL2 — любой красный, например L-1154ID той же фирмы.
VD3, VD4 1N4148 можно заменить на КД512 или КД503 с любой буквой. VT1 IRF740 можно заменить на IRF840.
Резисторы R1, R2, R4, R7 и R10 желательно использовать стабильные С2-23, MF-25 и т.п. Подстроечные резисторы R5 и R6 СП5-3, СП5-14 или 3266 bowrns. Переменный резистор R9 должен иметь линейную зависимость сопротивления от угла поворота оси (для отечественных резисторов — группа А, для импортных — B). Автор использовал проволочный резистор ПП3-20.
Данное устройство имеет непосредственную связь с питающей сетью. Все операции по наладке рекомендуется выполнять подключив электронный блок к сети через разделительный трансформатор 220В/220В.
Наладка устройства сводится к установке границ диапазона регулировки температуры. Для этого потребуется термометр и цифровой вольтметр или мультиметр.
Термометр следует расположить вблизи датчика и записать его показания. После этого нужно измерить напряжение на датчике — контрольная точка КТ1. Зная коэффициент преобразования датчика (- 4 мВ/°C) легко рассчитать какое будет напряжение на датчике при температуре 20°C (V1) и при 60°C (V2).
Подключив вольтметр к КТ3 нужно установить на этой контрольной точке напряжение V2 с помощью подстроечного резистора R6. Далее следует установить на КТ2 напряжение V1 с помощью R5. Поскольку эти регулировки являются взаимозависимыми их следует повторить несколько раз. На этом наладку устройства можно считать законченной.
В заключении несколько советов по эксплуатации.
Для равномерного прогрева йогурта полезно создать над термостатированной поверхностью замкнутый термоизолированный объём. Проще всего это сделать с помощью одеяла или толстого пледа.
Шкала на электронном блоке, по которой устанавливается температура поверхности, носит ориентировочный характер. Кроме того температура йогурта может несколько отличаться от температуры поверхности из-за несовершенства теплоизоляции. В связи с этим рекомендуется, используя термометр, помещённый в сосуд с водой, составить таблицу поправок для шкалы термостата. При выполнении этой работы следует использовать ту же посуду и ту же теплоизоляцию, что будет применяться в дальнейшем для приготовления йогурта.
Данный термостат имеет расширенный температурный диапазон. Это позволяет использовать его не лишь по прямому назначению, но и для других кулинарных и технических целей. К примеру для приготовления теста, подогрева раствора при травлении печатных плат и т.д.
При отрицательной температуре в помещении электронный блок может заблокировать включение нагревателя, т.к. эта ситуация будет воспринята как неисправность (обрыв) датчика. Устройство не предназначено для эксплуатации в таких условиях, но если любым способом нагреть датчик до плюсовой температуры, то термостат заработает.
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
DA1
КомпараторLM3931
VT1
MOSFET-транзисторIRF7401
VD1
Диодный мостRC2071
VD2
ИС источника опорного напряженияTL4311
VD3, VD4
Выпрямительный диод1N41482
HL1
СветодиодL-1154GF1
HL2
СветодиодL-1154ID1
R1
Резистор39 кОм1
R2
Резистор10 кОм1
R3
Резистор43 кОм 2Вт1
R4, R10, R13
Резистор22 кОм3
R5, R6
Резистор подстроечный1 кОм1
R7
Резистор1.5 кОм1
R8
Резистор180 Ом1
R9
Переменный резистор3.3 кОм1
R11, R14
Резистор1 кОм1
R12
Резистор4.7 МОм1
R15
Резистор100 кОм 0.5Вт1
R16
Резистор47 Ом 0,5Вт1
C1
Конденсатор500 мкФ 16В1
C2-C5
Конденсатор0.1 мкФ4
C6
Конденсатор0.01 мкФ 250В~1
FU1
Предохранитель плавкий1 А1
X1
РазъёмDB91
Добавить все