Термостати. Що таке термостат і як він працює?

Вам надто жарко? Тоді вам захочеться охолонути. Вам надто холодно? Значить, треба зігрітися. Наші тіла - це дивовижні саморегулюючі механізми, які можуть постійно пристосовуватися, щоб підтримувати температуру в межах 37°C. Але решта світу не така влаштована. Якщо ми хочемо, щоб у наших будинках підтримувалася більш-менш постійна температура, ми повинні постійно включати та вимикати обігрівачі – або, як альтернативу, покладатися на розумні пристрої, звані термостатами, котрі зроблять цю роботу за нас. Що вони являють собою і як працюють? Заглянемо усередину!

На фото: простий механічний термостат, що встановлюється у шафах керування та автоматики для контролю температури нагрівання повітря від обігрівачів ОША. На ньому демонструється температура в градусах Цельсія. Після того, як ви встановили температуру, термостат повинен включати та вимикати обігрів у міру потреби, щоб підтримувати в шафі потрібну температуру. На практиці такий термостат не включається і не вимикається за однієї температури, а перемикається між невеликим діапазоном температур по обидва боки від встановленого вами значення.

Що таке термостат?

Напевно, ви де-небудь вже бачили терморегулятор, розміщений на стіні або побутовій техніці для керування системою опалення. І хоча на самому пристрої вказується температура, це не термометр. Це називається термостатом , сучасним словом на основі двох стародавніх грецьких: термо- (значення тепла) та Статос (що означає стоячі і пов'язані з такими словами , як стаз, статус - кво, і статичним електрикою, що означає залишатися так само). Вже за назвою ми можемо сказати, що термостат - те, що «зберігає тепло однаково»: коли температура контрольованого опалення чи технологічного процесу занадто низька, термостат включає опалення, тому температура швидко підвищується; щойно температура досягає встановленого нами рівня, термостат відключає нагрівання. Для контролю охолодження термостат працює аналогічно: поки температура більша за встановлену, охолоджувачі працюють, як тільки досягається граничне значення, вони відключаються.

Давайте просто прояснимо різницю: термометр - це те, що вимірює температуру; термостат – це те, що намагається підтримувати температуру (підтримувати її приблизно такою самою).

На фото: електронний термостат STC-1000 із цифровим показанням температури. Цей працює трохи інакше, ніж механічний на верхньому фото. Дисплей є частиною програматора. Дані про температуру надходять з термопари, яка постійно вимірює температуру в контрольованому середовищі, а потім терморегулятор включає та вимикає нагрівання або охолодження, щоб підтримувати його в межах 1°C від встановленої температури.

Як працюють термостати

То як працює термостат? Більшість речей стають більше при нагріванні і менше при охолодженні (помітним винятком є ​​вода: вона розширюється при нагріванні та замерзанні). Механічні термостати використовують цю ідею (яка називається тепловим розширенням) для включення та вимикання електричного ланцюга.У двох найпоширеніших типах використовуються біметалічні стрічки та газонаповнені сильфони.

Біметалічні термостати

Традиційний термостат складається з двох частин, що складаються з різних металів, скріплених разом, утворюючи так звану біметалічну смугу (або біметалеву пластину). Пластина працює як міст в електричному ланцюзі, підключеному до вашої системи нагріву. Зазвичай «міст не працює», пластина пропускає електрику ланцюгом, і нагрівання включено. Коли пластина нагрівається, один з металів розширюється більше, ніж інший, тому вся смуга трохи згинається. Зрештою він так сильно згинається, що розриває ланцюг. "Міст встановлений", миттєво відключається електрика, відключається нагрівання, і температура починає знижуватися.

Але що відбувається згодом? У міру охолодження пластина теж остигає і повертається до своєї первісної форми. Рано чи пізно він знову вмикається в ланцюг і знову змушує електрику текти, і нагрівання знову вмикається. Регулюючи шкалу температури, ви змінюєте температуру, коли контур вмикається і вимикається. Оскільки металевій смузі потрібен деякий час для розширення та стиснення, нагрівання не включається і вимикається постійно кожні кілька секунд, що було б безглуздо (і дуже дратівливо). Наприклад, при опаленні будинку, залежно від того, наскільки добре ізольований ваш будинок і наскільки холодно на вулиці, може знадобитися година або більше, щоб термостат знову увімкнувся після того, як він вимкнувся. А вбудовані терморегулятори в обігрівачах шаф керування ОША, які служать для підтримки температури нагрівача в безпечному діапазоні, можуть включатися частіше.

Як біметалічний термостат включається та вимикається

1. Зовнішній диск дозволяє встановити температуру, за якої термостат вмикається і вимикається.
2. Циферблат з'єднаний ланцюгом з датчиком температури (біметалічна смуга, показана тут червоним і синім), який включає та вимикає електричний ланцюг шляхом вигину.
3. Біметалева («двометалева») пластина складається з двох окремих металевих смуг, скріплених між собою: шматок латуні (синій) прикручений до залізного елементу (червоний).
4. При нагріванні залізо розширюється менше, ніж латунь, тому біметалічна смуга згинається внутрішньо при підвищенні температури.
5. Біметалічна пластина утворює частину електричного ланцюга (сірий шлях). Коли смужка охолола, вона пряма, тому вона діє як міст, яким може текти електрика. Включено контур та нагрівання. Коли смуга гарячіша, вона згинається і розриває ланцюг, тому електрика не може текти. Тепер ланцюг вимкнено.

Газонаповнений сильфон

Проблема з біметалічні пластинами полягає в тому, що вони довго нагріваються або охолоджуються, тому вони не швидко реагують на зміни температури. Альтернативна конструкція термостата визначає зміни температури швидше за допомогою пари металевих дисків із газонаповненим сильфоном між ними. Диски мають велику площу поверхні, тому вони швидко реагують на тепло, і вони гофровані (на них є виступи), що робить їх пружними та гнучкими. Коли контрольоване середовище нагрівається, газ у сильфоні розширюється та розсуває диски. Внутрішній диск натискає на мікровимикач у центрі термостата, що вимикає електричний ланцюг (і нагрівання).У міру охолодження приміщення газ у сильфоні стискається і металеві диски знову стискаються. Внутрішній диск відходить від мікровимикача, увімкнення електричного ланцюга та повторне увімкнення нагріву. Ви також можете знайти термостати з гофрованими сильфонами в інших сферах застосування (наприклад, у старих автомобілях), і замість газу вони іноді заповнюються летючою (низькокиплячою) рідиною, такою як розведений спирт; точна хімічна речовина всередині залежить від діапазону температур, у якому вони мають працювати.

Фото: термостат регулює температуру за допомогою кількох металевих дисків, розділених газонаповненими сильфонами, які натискають на мікровимикач. При повороті шкали температури диски переміщаються ближче або далі від вимикача в центрі. Це означає, що газовий сильфон повинен більш-менш розширитися, щоб увімкнути або вимкнути електрику, ефективно підвищуючи температуру, коли спрацьовує перемикач (і кімнатну температуру).

Віскові термостати

Підсумовуючи, що ми вже визначили, ви можете побачити, що всі механічні термостати (усі неелектронні) використовують речовини, які змінюють розмір або форму з підвищенням температури. Таким чином, бітметалеві термостати покладаються на розширення металів у міру їх нагріву, тоді як газові сильфони працюють за рахунок розширення газів. Деякі термостати йдуть далі та використовують зміну стану речовини з рідини на газ. Віскові термостати, ймовірно, є найбільш поширеним прикладом, і ви знайдете їх у домашніх радіаторних клапанах, автомобільних двигунах та душових змішувачах.Вони використовують невелику пробку воску всередині запечатаної камери. При зміні температури віск плавиться (змінює стан з твердого на рідке), сильно розширюється і виштовхує стрижень з камери, який включає або вимикає щось (керування системою охолодження двигуна в автомобілі або регулювання суміші гарячої та холодної води в душі, щоб тіло не закипіло) як омар). Віскові термостати мають тенденцію бути більш надійними та довговічними в екстремальних умовах усередині двигуна автомобіля.

Фото1: Як працює восковий термостат. Віск (синій) знаходиться всередині запечатаної камери (сірий), в якій знаходиться металева голка (срібна). При підвищенні температури віск плавиться, розширюється та виштовхує голку з камери (жовті стрілки). Стрілка, що піднімається, включає або вимикає будь-який пристрій, яким керує термостат. Пружина (не показано) тягне весь механізм знову, коли температура падає. Фото2: ось внутрішня частина регулятора душу із змішувачем, що показує, як насправді виглядає восковий термостат. Маленький чорний циліндр посередині - це восковий термостат, який переміщається всередину і назовні, регулюючи подачу гарячої та холодної води, підтримуючи більш менш постійну температуру змішаної води (виходить з душової лійки). На цій фотографії показано пружину, яка відводить термостат назад, коли температура падає, а восковий термостат знову стискається.

Термостатичні радіаторні клапани

На фото: цей термостатичний клапан регулює потік гарячої води через радіатор, запобігаючи перегріванню приміщення.Якщо в кімнаті стає занадто спекотно, спрацьовує восковий термостат, який приводить у дію клапан, перекриваючи потік води через радіатор, поки температура знову не впаде.

Температурні клапани, встановлені на радіаторах центрального опалення, використовують воскові термостати. Коли радіатори нагріваються до встановленого вами рівня, воскові клапани розширюються та зменшують потік води через радіатор, доки температура знову не впаде. У поєднанні з кімнатними термостатами такі клапани можуть захистити ваш будинок від перегріву - і це хороший спосіб як заощадити енергію та гроші, так і зробити свій внесок у боротьбу з глобальним потеплінням.

Цифрові електронні термостати

Більш сучасні цифрові терморегулятори немає рухливих елементів, вимірюють температуру, і натомість вони спираються дані електронних температурних датчиків опору – термопар.

Електронні терморегулятори мають рідкокристалічний дисплей, на який виводиться поточна температура і запрограмовані параметри. Деякі з них мають кнопки для налаштування або сенсорний екран.

Для керування нагріванням та охолодженням у цифрових електронних терморегуляторах використовується реле або напівпровідник, наприклад, симистор. Датчики температури (термопари) зазвичай йдуть у комплекті із цифровими терморегуляторами.

Недорогим і водночас досить якісним прикладом цифрового терморегулятора є найпопулярніший сучасний терморегулятор STC-1000. Він дуже простий у налаштуванні, має дисплей і 4 кнопки для програмування параметрів. Дані температури надходять від термопари, яка також входить у комплект.

Є терморегулятори, які функціонують на основі не одного, а кількох термодатчиків, аналізуючи показники температури з них. Наприклад, якщо вам потрібно контролювати температуру радіатора для опалення в кімнаті, один із термодатчиків може бути налаштований на підтримання батареї на певному рівні температури, а другий на певну температуру повітря у самій кімнаті. Таким чином, можна не допустити як перегріву батареї, так і оптимальної температури повітря.

На сайті компанії Елемаг ви знайдете великий вибір терморегуляторів як механічного, і цифрового типів. Для підбору найбільш відповідного термостату для вашої системи нагрівання або охолодження звертайтеся до наших спеціалістів за телефоном та отримайте безкоштовну кваліфіковану консультацію на цю тему.