Вот и закончилось лето, на пороге осень, а зима уже не за горами. Самое время позаботиться о братьях наших меньших, которых мы приручили. Ни для кого не секрет, что температура тела у животных отличается от человеческой, причем зачастую в большую сторону. Поэтому там, где нам вполне ещё комфортно, зверькам может быть уже холодно.
Во многих домах отопление включат не скоро, но давайте будем честными и признаем, что многие жалуются на то, что зимой батареи не очень то горячие, а в квартире холодно. И если кот или собака ещё могут найти себе местечко в доме потеплее, то грызунам приходится куда труднее. Никто ведь не держит грызунов на свободном выгуле постоянно. Обычно зверёк путешествует по квартире под присмотром хозяев, а после выгула отправляется коротать холодные вечера в свою клетку. Да, можно дать им теплый гамак или тряпичный домик, но это не очень помогает на самом деле мелким грызунам.
Не могу ручаться за всех, но именно крысы зачастую мёрзнут. А те, у которых ещё и микоплазма, простужаются вообще на раз (крысоводы меня поймут). Если у вас их несколько, то это ещё куда ни шло, а вот одиноким крысам зимой приходится тяжело.
Так мой крыс стал мёрзнуть, когда остался без товарища. И по советам из форумов, сначала, я грел его бутылкой с водой. Но сразу стало ясно, что это плохой вариант, ведь сначала вода в бутылке слишком горячая, а к утру уже слишком холодная. Это не обогрев, а какое-то издевательство получается. Тогда-то я и соорудил первый электрический обогреватель для своего питомца. Представлял он из себя небольшой радиатор от мощных транзисторов, к которому были прикреплены плата, датчик температуры и мощные резисторы.
У этого "Mark 1", не смотря на все его преимущества перед "водяным отоплением", был и ряд недостатков, в силу того, что сделан он был на скорую руку. Конструкция была не очень прочная: резисторы, выступающие в роли источников тепла, крепились к радиатору нейлоновыми стяжками, а плата была приклеена двухсторонним скотчем к тому же радиатору. Изначально, резисторы включались с помощью реле, но после первой же ночи я заменил его на транзистор (оказалось, что щелкает оно довольно часто и громко). Ещё провод блока питания всегда был в опасности. 12 вольт для крысы, конечно, не опасны, но если бы зверёк был чуть помоложе и не так болен, то обязательно перегрыз бы провод, и "грелка" просто перестала бы работать. Углы радиатора хоть и не особо острые, но все же приходилось заворачивать его в полотенце, чтобы крыс не колол свой бочок об эти углы.
В новом варианте обогревателя я буду учитывать недостатки прежнего и постараюсь сделать его максимально надёжным и безопасным.
Начнем с управления нагревательными элементами. Чтобы это устройство мог повторить абсолютно каждый, применим один из самых распространенных операционных усилителей LM358, а так же легкодоступный как на АлиЭкспресс , так и в ПидИпиЧ, терморезистор "NTC MF58 3950 3950B 10K" в стеклянном корпусе.
Как это будет работать? ОУ будет сравнивать эталонную "температуру" с "измеренной" и принимать решение: включать обогрев или нет. Конечно, в радиоэлектронике нет никаких температур и работать мы будем с величиной напряжений. Взгляните на схему:
Проще некуда! Теперь разберемся, что здесь происходит. Данный терморезистор MF58-3950* - NTC 10k, то есть с отрицательной зависимостью сопротивления от температуры и при температуре +25 С его сопротивление равно 10 кОм. На терморезисторе Rt и резисторе R3 собран делитель напряжения, который отвечает за измеренную температуру, а его выход подключен к неинвертирующему входу LM-ки (D1). На резисторах R1 и R2 собран второй делитель, который отвечает за уставку температуры и его выход подключен к инвертирующему входу ОУ. R5 здесь установлен в качестве положительной обратной связи и обеспечивает гистерезис (т.е. некий допуск температуры обогревателя). R4 нужен для того, чтобы ограничивать ток на входе ОУ (В нашем конкретном случае он не очень нужен, но пусть будет). Осталось всего лишь определиться с номиналами деталей.
Это график зависимости сопротивления от температуры типичного терморезистора:
Температура тела крысы 37-38 градусов. Так сделаем же так, чтобы наш "электронный греющий компаньон" грелся именно до такой температуры. В соответствии с графиком, при 38 градусах сопротивление терморезистора равно 6 кОм. Значит принимаем номинал Rt в 6 кОм. R3 пусть будет 10 кОм. В таком случае, образовавшийся делитель выдаст нам 1,875 Вольт при входном напряжении 5 Вольт. Это легко можно посчитать по формуле Uвых=Uвх*(R2/(R1+R2)). Если считать лень, то вбейте в Яндекс "Делитель напряжения на резисторах калькулятор" и одна из первых же ссылок вам в помощь;) Как теперь быть с "эталонным" делителем? Конечно можно было бы применить резисторы R1 и R2 с такими же номиналами 6 и 10 кОм. Но если резистор 10 кОм существует, то после номинала 5,6 сразу идёт 6,2 кОм, а это ведь уже другое напряжение и соответственно другая температура! Не беспокойтесь об этом. Просто возьмём номиналы R1 и R2 в 20 и 12 кОм соответственно, и это будет работать точно так же. Не верите? Посчитайте по формуле или на онлайн калькуляторе. R4 Возьмём небольшой: 1 - 2 кОм. R5, по хорошему, надо бы точно расчитать, но мы прикинем почти "на глазок". Посмотрите на график NTC резистора ещё раз. Если гистерезис в 2 градуса нас устроит, то при 36 и 40 градусах значение сопротивления будет где-то 6,3 и 5,7 соответственно. Вспоминаем формулу параллельных резисторов: R = 1 / (1 / R1 + 1 / R2). Опять таки, если вбить в поиск "параллельные резисторы калькулятор", то на том же сайте есть калькулятор и на этот случай. Методом подбора быстро приходим к тому, что в параллель с 6 кОм нужно подставить 100 кОм, чтобы получить примерно 5,7 кОм. Вот эти 100 кОм и есть номинал резистора R5.
Мы решили питать схему 5 вольтами, поэтому добавим стабилизатор напряжения TL7805. Здесь с головой хватит мелкого в корпусе TO-92. Теперь определимся с нагревательным элементом. Здесь можно применить что угодно: от нихромовой нити до мощных резисторов. Что ж, у меня нашлось целых десять резисторов 10 Ом 5 Вт (когда-то по работе покупал их целую кучу). Все десять это многовато, а вот восемь - в самый раз! Я собрал две последовательные сборки из 4 резисторов каждая. Если соединить их параллельно, получится 20 Ом. Вы можете использовать и всего 4 резистора и даже 2. Но учтите, что для отдачи одинакового количества тепла, два резистора должны греться сильнее, чем четыре. Еще учтите, что на каждый резистор должно приходиться не более 5 Вт мощности, иначе они перегорят. Ну и включать нагреватель в цепь мы будем с помощью транзистора. Можно использовать N-канальный мосфет с малым Rds или NPN с током от 1 А и Uкэ больше 12 В. У меня же полно NPN транзисторов TIP 122. Uнас <= 2В, Hfe = 1000, тогда для ключевого режима:
Iк = (12В - 2В) / 20 Ом = 0,5 А,
Iб = 0.5 / 1000 = 0.0005 А,
Rб = 5 / 0,0005 = 10 kОм.
Теперь у нас есть полная схема:
Как это работает? При комнатной температуре схема запускается и на выходе ОУ +Uпит. По мере нагрева датчика температуры (терморезистора), его сопротивление падает и напряжение на неинвертирующем входе снижается. За счет R5, напряжение на чуть больше, чем должно быть, поэтому выход D1 отключится с запозданием в пару градусов от уставки. Как только напряжение на неинвертирующем входе окажется меньше, чем на инвертирующем, ОУ притянет выход к минусу питания, а за счет R5, напряжение на неинвертирующем входе станет чуть меньше, чем должно быть без него. Таким образом, для включения выхода ОУ, Терморезистор должен остыть на пару градусов меньше значения уставки. Как только это происходит, всё повторяется заново. Настроить необходимую температуру можно с помощью резистора R3 (Да, он должен быть переменным, лучше многооборотным). Изначально выставляем его в среднее положение, а затем добиваемся нужной температуры 38 градусов. Все наладочные работы рекомендую выполнять на пластиковой макетной плате.
Если замечаете, что транзистор нагревается, а добиться нужной температуры не получается, попробуйте уменьшить R6.
Пол дела мы сделали. Теперь нужно собрать прибор физически. Плату можно вытравить, а можно собрать все на макетке. Плата у нас маленькая, поэтому её можно как распечатать на принтере, так и нарисовать вручную кислотостойким маркером. Травить можно в стандартном растворе перекиси, лимонки и соли.
После травления, дорожки необходимо залудить, а отверстия просверлить. Затем, паяем все детали.
Далее определяемся с корпусом. Эта грелка предназначена для крысы, а значит материал должен быть устойчивым к прогрызанию. Поэтому лучше всего выбрать жестяную банку из под чая или кофе (только тщательно вымойте её и просушите перед использованием).
Я использовал банку из под чая. В крышке я просверлил оверстие для питающего кабеля. Для вывода провода я решил использовать металлический сальник диаметром целых 15 мм (меньшего у меня не было). Конечно, я знал, что сверлить в жести отверстия больших диаметров то ещё "удовольствие", но корявый результат превзошол все мои ожидания! В общем пришлось залудить стальной сальник, обмотать его резьбу медной проволокой и припаять его к крышке.
Кабель питания было решено взять от датчика китайского парктроника. Там есть удобное разъёмное соединение.
Короткий конец будет встроен в нашу грелку, а длинный - в 12-ти вольтовый блок питания. И тут мы вновь вспоминаем о том, что грелку мы строим для грызуна. Поэтому провод нужно защитить с помощью зачищенного медного многожильного провода. Сначала обматываем кабель медью в одну сторону, затем - в другую. Так при изгибе кабель не оголяется и доступ для крысьих зубов не появляется. Конец "оплётки" аккуратно и быстро запаиваем так, чтобы не нагреть кабель внутри. Далее проводим готовый бронированный кабель в сальник.
Собираем нагревательный элемент из того, что имеется.
Элементы не должны касаться корпуса, поэтому нужно сделать из картона некий каркас, подходящий по форме к банке-корпусу. Не забываем в каркасе сделать отверстия для свободного перемещения воздуха внутри грелки.
Теперь припаиваем провода к нагревателю, плате и терморезистору. Контакты нагревателя обязательно заклеиваем термостойким (ну или хотя бы обычным) скотчем. Транзистор смазываем термопастой и прикручиваем саморезом к крышке. Если же крышка у вашей банки не двойная, как в моём случае, то крепите транзистор болтом и гайкой (гайкой внутрь, чтобы любопытные зверушки не ).
Теперь аккуратно укладываем нагреватель в банку и закрываем крышку. Проводим финальное тестирование, замеряя температуру корпуса грелки. При необходимости нужно подстроить R3 для достижения нужной температуры. Проверяем ещё раз нагрев транзистора - греться он не должен. В моём случае температура "гуляет" от +37 до +40 градусов, что вполне приемлемо для согревания крысёнка. Потребление данного отопительного прибора получилось 530 mA при 12 V.
Ну вот, теперь мы можем не переживать за наших хвостатых зубастых хищников. Этой зимой им точно будет тепло, уютно и безопасно! Здоровья вам и вашим питомцам!
Архив со схемой, Lay6 и даташитами можно скачать здесь.
#радиолюбитель #своими руками #обогреватель #сделай сам #электроника для начинающих #начинающим радиолюбителям #декоративные крысы #грелка для крысы
