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:
· высшего качества (содержат натуральные компоненты)–по цене доступны высокооплачиваемой части населения;
· высокого и среднего качества (могут содержать заменители и добавки, не вредные для здоровья человека) — предназначены для «внутреннего» употребления, т.е. распространяются через торговую сеть страны-производителя, а также стр?ны с высоким уровнем доходов населения;
· низкого качества (состоят, в основном, из заменителей и добавок, в т.ч. вредных для здоровья человека) – предназначены исключительно для экспорта в развивающиеся страны и страны с низким прожиточным уровнем). Данные последней переписи говорят о том, что еще значительная часть населения нашей страны относится к категории бедных. Сегодня в рационе многих российских семей содержатся дешёвые суррогаты западного производства, типа «ножек Буша», которые вредят нашему здоровью. Можно много сокрушаться по этому поводу, а можно изготовить свой «мини-заводик» по производству полноценной белковой продукции. Речь идёт о домашнем инкубаторе, затраты на изготовление которого не будут обременительны для семейного бюджета: 12–15 дешёвых радиодеталей (можно старых выпусков), да корпус, вышёдшего из строя домашнего холодильника. Такой «кормилец» пригодится не только сельскому жителю, но и значительной части наших горожан, дачников, а также владельцам мелких фермерских хозяйств.
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 3–5 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.
Получилось простое и достаточно экономичное устройство. Функционирует оно так. В момент включения нагревательный элемент работает на полную мощность. По мере повышения температуры в инкубаторе, мощность нагревательного элемента плавно уменьшается. В рабочем режиме, при достижении температуры 38,2 °C, устанавливается термодинамическое равновесие, при котором количество тепла, получаемого от нагревателя, становится равным количеству тепла, рассеиваемому через щели и вентиляционные отверстия инкубационной камеры. Замеры показали, что в рабочем режиме инкубатор потребляет от сети примерно 10–12 Вт (количество обогреваемых яиц может достигать 300 штук). Учитывая, что инкубационный период длится 21–31 день (в зависимости от вида птицы), последнее обстоятельство является решающим при оценке себестоимости продукции.
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 элемент–две 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.
Рядом с термометром укрепляют патрон для лампы-подсветки. Она должна включаться выключателем, расположенным в удобном месте на внешней стороне инкубатора. На внутренней стороне дверцы инкубатора укрепляют малогабаритный вентилятор, который служит для перемешивания воздуха и выравнивания температуры в камере. Прямой поток воздуха от вентилятора направляют вниз вдоль стен камеры, добиваясь, чтобы он не попадал на лотки с яйцами. Если количество закладываемых яиц не превышает 100 штук, то можно обойтись без вентилятора. Лампы обогревательного элемента равномерно располагают по всему объёму инкубационной камеры. Кроме обогрева, по их свечению можно дополнительно получать информацию о текущем состоянии инкубатора:
· сильное свечение-характерно для первоначального нагрева яиц,
· слабое свечение-рабочий режим,
· отсутствие свечения говорит о перегреве (такое может случиться летом, когда температура окружающего воздуха в помещении, где расположен инкубатор станет больше температуры внутри инкубационной камеры). Лампы, расположенные в нижней части инкубатора, накрывают металлической решеткой, чтобы птенцы, случайно, выпавшие из лотка, не разбили бы их. Кроме этого решётки рассеивают тепловой поток, идущий от ламп. Внутри инкубационной камеры на видном месте, желательно, укрепить волосяной гигрометр для измерения влажности воздуха.
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.
Желательно изготовить два вида лотков, отличающихся только днищем: с крупными ячейками и с мелкими. Лотки с крупными ячейками (25×25 мм) применяются на первом этапе, до наклёвывания яиц. Крупные ячейки обеспечивают хорошую циркуляцию воздуха и равномерный обогрев яиц. В период наклёвывания яйца перекладывают в лотки с мелкими ячейками (5×5 мм), чтобы появившиеся птенцы не выпадали из лотков через днище. Количество лотков определяется размерами инкубационной камеры. Здесь важно не переусердствовать: слишком плотная упаковка лотков уменьшает приток свежего воздуха к яйцам и тем самым снижает выход здоровых птенцов. Неполная загрузка инкубатора повышает себестоимость готовой продукции. Оптимальным расстоянием между лотками следует считать 10-12 см. Размеры лотка должны быть такими, чтобы в нем могли уместиться, примерно 50 штук куриных яиц, или 40 штук утиных, или 30 штук гусиных. В нижней части инкубационной камеры размещают небольшую ванночку с водою. Она нужна для поддержания нормальной влажности в инкубаторе: 60–80%. Значение влажности корректируют по волосяному гигрометру. Если влажность меньше заданной, то заменяют ванночку большей по размеру, если влажность большая-размер ванночки уменьшают. При низкой влажности увеличивается испарение влаги с яиц, скорлупа становится прочной, птенцам необходимо затрачивать дополнительную энергию при проклёвывании. При высокой влажности в инкубационной камере образуется плесень, воздух приобретает неприятный запах, птенцы задыхаются, что также уменьшает выход здоровой продукции. Кроме этого влажность зависит от герметичности инкубатора: низкая влажность косвенно свидетельствует о значительном количестве «неучтенных» щелей в камере, а высокая — о недостаточном притоке свежего воздуха к лоткам. В правильно функционирующем инкубаторе не должно быть ни каких неприятных запахов.
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.
Перед загрузкой инкубатора, его в течение 1-2 суток испытывают на холостом ходу, проверяя температуру на самом нижнем и самом верхнем лотках. Она не должна различаться больше чем на 0,5 °C. Для получения достоверного результата используют медицинские термометры, которые временно размещают на лотках так, чтобы их показания были хорошо видны через окно в дверце инкубационной камеры. Дополнительную корректировку температуры необходимо провести и после загрузки инкубатора в течение первых суток, т.к. появление яиц в лотках изменяет циркуляцию тепловых потоков. Показания временных термометров сравниваются с показаниями основного термометра, укреплённого в камере стационарно. Во время инкубационного периода необходимо один раз в день переставлять лотки по определённой схеме: перемещая их снизу вверх или наоборот, чтобы нивелировать разброс температуры обогрева в верхних и нижних лотках инкубатора. В естественных условиях наседка такую же процедуру производит регулярно, перемешивая в гнезде яйца клювом.
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.