В статье рассказывается об оригинальной конструкции бытового инкубатора, в котором обогрев яиц происходит непрерывно, без включений и выключений нагревательного элемента терморегулятора. |
По западным стандартам, все продукты питания, выпускаемые для употребления, делятся на три категории:
Основным узлом любого инкубатора, как известно, является терморегулятор. В популярной научно-технической литературе можно встретить большое количество схем, позволяющих изготовить такое устройство самостоятельно. Выбор здесь достаточно широк и по схемотехническим решениям, и по элементной базе. Не смотря на значительные различия, есть одно обстоятельство, которое их объединяет: все они работают в так называемом "дискретном" режиме (нагрев-пауза-нагрев). Такой режим нельзя признать оптимальным, т.к. он противоречит принципу "природосообразности". В самом деле, не вскакивает ведь наседка каждые 35 минут с гнезда. Обогрев яиц происходит непрерывно при строго определенной температуре. Поэтому при постройке собственного инкубатора ставилась задача реализовать именно такой режим в работе терморегулятора: непрерывный (или "аналоговый"). Точность поддержания температуры обогрева должна составлять ± 0,3 °C. Силовой элемент (тиристор) управляется фазоимпульсным методом. Принципиальная схема терморегулятора показана на рис 1.
Рис.1 Принципиальная схема терморегулятора.
Назначение элементов схемы тиристорного регулятора.
Транзисторы VT1, VT2 образуют аналог однопереходного транзистора. Диод VD9, включенный в обратном направлении, выполняет роль термодатчика, который установлен внутри инкубационной камеры. Когда температура меньше рабочей, сопротивление термодатчика велико, транзистор VT3 закрыт и не оказывает влияние на работу однопереходного транзистора, тиристор открывается в начале каждого полупериода напряжения сети, нагревательный элемент включен на полную мощность. При повышении температуры в инкубационной камере, сопротивление термодатчика VD9 уменьшается, транзистор VT3 переходит в проводящее состояние и начинает шунтировать интегрирующий конденсатор С1. Время его зарядки увеличивается, аналог однопереходного транзистора (VT1, VT2) станет включаться позже. Время включенного состояния тиристора VS1 станет меньше, мощность нагревательного элемента уменьшится. При достижении рабочей температуры в камере, транзистор VT3 будет почти полностью открыт, а время включенного состояния тиристора станет минимальным, мощность нагревательного элемента также станет минимальной. Он будет отдавать в камеру столько тепла, сколько она теряет через вентиляционные отверстия. Такое состояние теплового равновесия будет сохраняться сколь угодно долго. Если температура в камере начнет понижаться (например, приоткрыть дверь камеры), то сопротивление термодатчика VD9 увеличится, сопротивление коллектор-эмиттер транзистора VT3 станет больше, интегрирующий конденсатор станет заряжаться быстрее, аналог однопереходного транзистора, и тиристор будут открываться раньше, нагревательный элемент будет дольше подключен к сети, количество тепла станет больше. Так будет до тех пор, пока температура не повысится до рабочей. Если температура станет повышаться выше рабочей, сопротивление термодатчика станет еще меньше, транзистор VT3 откроется полностью и "закоротит" интегрирующий конденсатор С1, тиристор VS1 выключится, нагревательный элемент отключится от сети. При понижении температуры процесс пойдет в обратном направлении. Переменный резистор R6 задаёт значение рабочей температуры в инкубационной камере. Стабилитрон VD8 стабилизирует работу аналога однопереходного транзистора. Если его исключить, точность поддержания температуры в инкубаторе станет равной ±1,5°C, что, конечно, не допустимо. Диод VD5 защищает транзисторы VT1, VT2 от пробоя. Последовательно включенные стабилитроны VD6, VD7 можно заменить одним стабилитроном, у которого напряжение стабилизации равно сумме напряжений стабилизации VD6 и VD7. Резистор R3 определяет напряжение открывания аналога однопереходного транзистора. На начальном этапе настройки вместо него включают переменный резистор сопротивлением 20 кОм, стабилитрон VD8 также временно отключают. Добиваются устойчивой работы терморегулятора в рабочем режиме. Отключают терморегулятор, измеряют сопротивление переменного резистора, и вместо него подключают постоянный резистор такого значения. Эта операция наиболее ответственна, и её, возможно, придется повторить несколько раз, чтобы наиболее точно подобрать R3, может быть также понадобится уточнить значение резистора R2. Транзистор VT3 должен иметь коэффициент усиления по току β=60-100. Большие значения коэффициента усиления делают терморегулятор слишком чувствительным, и даже незначительные флуктуации теплового потока в инкубационной камере изменяют режим его работы: он становится "колебательным". Меньшие значения коэффициента снижают точность поддержания температуры.
Элементная база.
В терморегуляторе использованы постоянные резисторы R2, R3, R5 типа МЛТ, ВС-0,25, R1-МЛТ-2, R6-СП4-2М, СПО-1, конденсатор С1-МБМ, К71-5 на напряжение не менее 160 В, транзистор Т1 можно заменить на МП-39, МП-41, КТ-501, КТ-3107, транзистор Т2- на МП-36, МП-38, КТ-503, КТ-3102, Т3- на КТ-611, КТ-503, диоды VD1- VD4- на КД202К, КД202Л, КД202Н, КД202Р, КД202С, диод VD5- на Д226В. У транзисторов Т1 - Т3 могут быть любые буквенные индексы. В качестве термодатчика VD6 можно использовать р-n- переходы германиевых транзисторов МП-40, МП-41, МП-42, МП-26. Тиристор VS1 можно заменить на КУ201К. Стабилитроны VD6, VD7, VD8-на Д814А. Реле К1 - импортное TSG1, с одной парой замыкающих и одной парой размыкающих контактов. Катушка реле К1 рассчитана на напряжение 220 В. Нагревательный элементдве параллельных цепи ламп (одна в верхней части камеры, другая в нижней). В каждой цепи две последовательно включенных лампочки по 100 Вт каждая. Общая максимальная мощность нагревательного элемента не должна превышать 100 Вт при использовании тиристоров серии КУ201. К корпусу тиристора прикручивают медную или алюминиевую пластину площадью не менее 9 см2, которая будет выполнять роль теплового радиатора. Если мощность нагревательного элемента будет превышать 100 Вт, то тиристор VS1 заменяют на КУ202Н или КУ202М, а резистор R1 должен иметь мощность теплового рассеяния ≥5 Вт, диоды VD1 VD4 также должны выдерживать возросшую токовую нагрузку. В авторском варианте при сборке терморегулятора использовалась текстолитовая плата и применялся навесной монтаж. При наличии соответствующих навыков можно изготовить печатную плату, один из вариантов которой приведён на рис.2.
рис.2 Печатная плата.
Инкубационная камера.Корпус инкубатора представляет собой термостатную камеру. Для этих целей лучше всего подойдёт вышедший из строя холодильник. Из него удаляют все "внутренности": полочки, стеллажы, морозильную камеру. На дверце, ножницами по металлу вырезают прямоугольное окно, к которому с помощью шурупов крепят пластину из органического стекла. Щели между пластиной и дверцей замазывают шпатлёвкой. Окно по размерам должно быть таким, чтобы просматривались все лотки в инкубационной камере. С внутренней стороны двери, напротив окошка, в самодельной оправке укрепляют бытовой термометр с пределами измерения : 0-50 °C (рис.3).
Рис.3 Внешний вид инкубатора.
Затем приступаем к изготовлению лотков. Они представляют собой прямоугольные деревянные рамки, у которых днище-металлическая сетка. К боковым стенкам лотков крепятся небольшие алюминиевые уголки (рис.4). Они удерживают лотки внутри инкубационной камеры.
Рис.4 Лотки.
Несколько слов следует сказать о термодатчике. Его положение в камере определяется экспериментально. Желательно, чтобы он крепился в самой верхней точке, где наиболее высокая температура. На него также не должен попадать прямой поток воздуха от вентилятора, иначе температурный режим будет искажаться.
На случай аварийного отключения электроэнергии, необходимо позаботиться об альтернативном источнике питания (рис.5). Для этих целей подойдет 12-вольтовая стартерная батарея аккумуляторов от легкового автомобиля типа 6СТ-55 или 6СТ-60. Её ёмкости хватает для поддержания температуры в инкубаторе на уровне 34-38 °C в течении 36-40 часов (если корпус инкубатора сделан из холодильника). Обогревательным элементом в этом случае являются две 12-вольтовые лампы от автомобильных фар. Лампы соединяют между собой последовательно, терморегулятор в этом случае не используется. Реле К1 с размыкающими контакты SA1 включают в сеть 220 В вместе с терморегулятором. Когда в сети есть напряжение 220 В, контакты реле разомкнуты, обогрев идет лампами терморегулятора E1 - E4, аккумуляторная батарея заряжается от зарядного устройства. Если напряжение в сети пропадает, реле К1 обесточивается, контакты SA1 замыкаются и подключают аккумулятор с лампами E5, E6. При появлении напряжения 220 В, весь процесс идет в обратном направлении. Такой режим работы инкубатора позволяет избежать длительного переохлаждения яиц, в случае внезапного отключения электроэнергии.
Рис.5 Аварийный источник питания.
Технология инкубирования.
В лотки закладывают свежие яйца, срок давности которых не более одной недели. Перед этим их желательно проверить на самодельном овоскопе. Его простейший вариант можно изготовить за 1-2 минуты: в крышке картонного ящика ножницами вырезают отверстие диаметром 50 мм. Колпак настольной лампы кладут на стол так, чтобы открытая часть была направлена вверх. Колпак накрывают картонной пластиной с отверстием. Овоскоп готов. Яйца без зародышей, а также с внешними дефектами (неправильной формы, нехарактерными размерами и т.д.) выбраковывают. Если поверхность яиц загрязнена, то обтирать её влажной тряпкой не следует. Как показывает практика, после проверки на овоскопе, количество удачно вылупившихся птенцов может достигать 90%, без овоскопа - 60%.
При закладке в лотки каждое яйцо карандашом или фломастером с обеих сторон помечают цифрами, например, с одной стороны цифрой "1", а с другой-"2". Один раз в день яйца переворачивают в лотках: сначала цифра "1" вверху, на следующий день - цифра "2". Заводят журнал, в который записывают дату начала инкубации, количество яиц, цифры, которыми помечена данная партия. В домашних условиях довольно часто приходится еще до окончания вылупа первой партии, доставлять лотки с другой партией или с другим видом птицы: в журнал все эти изменения обязательно записываются. Яйца с другой партии помечаются другими цифрами, например "3" и "4". Журнал позволяет спланировать не только дату выхода молодняка, но и дату промежуточной проверки, которую необходимо провести во второй половине срока инкубирования, когда яйца начинают покачиваться ("шататься"). В этот период выбраковываются яйца без покачиваний, и лотки формируются вновь, а на освободившееся место устанавливают другую партию. Такой подход позволяет более продуктивно использовать полезный объём инкубатора. Как показывает 9-летний опыт эксплуатации собственного инкубатора, в одно и тоже время в камере могут находиться яйца различных видов птицы: куриные, утиные, гусиные, индюшиные. Важно лишь не перепутать сроки закладки яиц каждого вида птицы, и знать даты их вылупа.
Каждый день, примерно в одно и тоже время, лотки с яйцами вытягивают из инкубатора и в течение 15-20 минут переворачивают. Яйца за это время остывают. Такой режим полностью согласуется с природным: в естественных условиях наседка один раз в день покидает гнездо для кормления. Для большей эффективности яйца водоплавающих птиц (утки, гуси) взбрызгивают охлаждающим зарядом воды. "Водные процедуры" оказывают закаливающее действие на будущее потомство: оно растёт более здоровым и устойчивым к перепадам температуры окружающей среды. Именно с этой целью автор отказался от устройства автоматического переворачивания лотков. Также регулярно надо менять воду в ванночке. Обычно цыплята наклёвываются на 19-й день, утята и гусята - на 26-й. Если все режимы выдерживались правильно, выход птенцов из яиц происходит дружно в течение 1-2 дней. В день вылупа, когда инкубатор наполняется писком, в камеру устанавливается пустой лоток для приёма молодняка. Вновь вылупившихся птенцов надо как можно чаще пересаживать в отдельный лоток, чтобы они не мешали еще не вылупившимся собратьям. После обсыхания, птенцов удаляют из инкубатора.