Як влаштований терморегулятор: від механічних пристроїв до електронних

Для забезпечення комфортного мікроклімату в сучасних приміщеннях використовуються різні системи кондиціонування і опалення.

Функцію підтримки необхідної температури беруть на себе такі прилади, як термостати (терморегулятори).

Дуже зручні і популярні термостати, які призначені для контролю нагрівання радіаторів. Вони розміщуються безпосередньо на трубі, що входить в опалювальний прилад. Принцип роботи терморегулятора полягає в автоматичному підтримці температурного режиму в заданих межах. За способом управління розрізняють механічні (ручні) і електронні (автоматичні) прилади. Для радіаторного термостата краще і зручніше використовувати автоматичне регулювання.

пристрій терморегулятора

Радіаторний термостат працює завдяки двом головним складовим: термостатичною голівці і клапану. Клапан виконує функцію так званого виконавчого пристрою. У термостатичною голівці розташований циліндр (або сильфон), який заповнений робочим розчином. Принцип дії робочої речовини полягає в постійному реагуванні на зміну температури повітря. Схема наступна: при підвищенні температури відбувається збільшення обсягу речовини, а при зниженні - стиснення. За рахунок цих фізичних змін наводиться в рух нажімной шток, який зєднаний з циліндром.

Якщо головку термостата поставити на клапан, то за рахунок постійного стиснення і розширення її, шток буде тиснути / відпускати підпружинений замикаючий конус. А цей конус буде відкривати / прикривати прохідний отвір, тим самим регулюючи обсяг подачі теплоносія.

Роль робочої речовини може виконувати або спеціальна рідина, або газ. Відповідно до цього розрізняють два типи термостата: рідинної та газонаповнений. Газонаповнені пристрої володіють більш швидкою реакцією на зміну температури, а рідинні точніше відчувають перепади тиску всередині циліндра і краще передають їх на виконавчий механізм.

Принцип роботи термостата в однотрубної і двотрубної системі опалення буде однаковим, але гідравлічний опір клапанів різним: для однотрубних нижче, а для двотрубних - значно вище. Тому ще при проектуванні інженерних конструкцій потрібно підібрати пристрій відповідної дії, в іншому випадку теплова потужність зійде нанівець. Те ж саме стосується модернізації системи. Загальний пристрій механічного терморегулятора показано на Рис.1.

Схема роботи терморегулятора

Термостат може бути сконструйований по-різному: з ручним керуванням або програмним. Програмований термостат влаштований таким чином, що здатний змінювати температуру в приміщенні в залежності від різних заданих факторів, наприклад, від часу доби або дня тижня. А електромеханічний прилад просто постійно підтримує на одному рівні необхідну температуру.

Ручний терморегулятор має принцип роботи праски: після нагріву приміщення до певної позначки - відключається, а після охолодження повітря на кілька градусів - знову включається.

Двохпозиційний біметалічний термостат

Такий пристрій функціонує в двох режимах: включено і вимкнене. Відрізняється дешевизною, надійністю і підвищеною завадостійкістю. Його принцип роботи базується на особливому властивості біметалічної пластини згинатися при зміні температури. Схема дії така: коли температура підвищується, то згинання пластини призводить до розмикання ланцюга, а коли знижується, відбувається випрямлення пластини і відповідне замикання електричного кола.

У такому гістерезис термостат працює безперервно. Це властивість є необхідною для механічних приладів. З одного боку, воно призводить до зниження швидкості реакції керуючої системи, але з іншого - зменшує число необхідних зєднань. Для зниження кількості зєднань регулятор може бути обладнаний пришвидшує опором, яке дозволить нагрівати біметалічну пластину, коли ланцюг замкнута. Після розмикання нагрів припиниться. У разі, коли виміряна температура все ще залишається нижче встановленого значення, біметалічна пластина знову замкне контакти.

Найголовнішим недоліком біметалевих термодатчиков вважається досить велике відхилення від встановленого температурного значення в умовах, коли навантаження виходить нижче номінальної. Струм, який проходить через терморегулятор, починає нагрівати пластину, при цьому температура, виміряна термодатчиком, буде вище фактичної. Це означає, що повітря в приміщенні не нагріється до заданого значення. Ще одним мінусом біметалічного пристрою є те, що воно не працює безшумно, а видає клацання в момент замикання електричного кола. Загальний пристрій механічного терморегулятора показано на Рис. 2.

автоматичний термостат

Електронні моделі бувають двопозиційними або пропорційними (P-регулятори), а також повністю або частково механічними, електричними. Пропорційні регулятори коригують процес обігріву в залежності від відповідності виміряної температури заданої. Чим істотніше різниця між ними, тим вище потужність, що подається на обігрівач. Така ж схема і принцип роботи реалізовані на низькій потужності.

P-управління для термостатів реалізується за допомогою широтно-імпульсної модуляції. Тривалість періодів роботи і відключення пристрою регулюється для того, щоб досягти якогось середнього значення споживання енергії. Такі прилади ідеально підходять для підтримки температури обігрівача на постійному рівні.

Електронна схема для частково автоматичних пристроїв з вихідним реле бере на себе функцію управління, а саме реле виконує роль вимикача. Тут також використовується гистерезис, оскільки необхідно продовжити робочий період термостата для запобігання швидкого зносу реле. Найчастіше терморегулятори, забезпечені вихідним реле, є двопозиційними.

Пристрій терморегулятора в абсолютно електронних моделях особливий тим, що усім ланцюгом управляє двонаправлений тріодний тиристор. Цей прилад не містить деталі, які можуть бути схильні до механічного зносу. Двохпозиційний електронний терморегулятор влаштований так, що гістерезис в ньому або дуже малий, або використовується пропорційне керування, а регулювання температури стає досить точною. Недоліком такого приладу є немаленькі габарити за рахунок наявності необхідності ефективного охолодження пристрою.

У сучасних моделях термостатів часто використовуються рідкокристалічні дисплеї, які зручним способом показують як задану, так і реальну температуру повітря в приміщенні. Можлива сигналізація про несправності пристрою і виведення статистики роботи приладу.

Використання термостатів не викличе ніяких труднощів у спілкуванні й забезпечить якісну роботу на довгі роки. Сучасні пристрої дозволять створити комфорт і затишок в приміщенні, заощадять електроенергію і будуть незамінними в реалізації системи «розумний дім».

Увага, тільки СЬОГОДНІ!