Как устроен терморегулятор: от механических устройств к электронным
Для обеспечения комфортного микроклимата в современных помещениях используются различные системы кондиционирования и отопления.
Схема устройства терморегулятора.
Функцию поддержания необходимой температуры берут на себя такие приборы, как термостаты (терморегуляторы).
Очень удобны и популярны термостаты, которые предназначены для контроля нагрева радиаторов. Они размещаются непосредственно на трубе, входящей в отопительный прибор. Принцип работы терморегулятора заключается в автоматическом поддержании температурного режима в заданных пределах. По способу управления различают механические (ручные) и электронные (автоматические) приборы. Для радиаторного термостата предпочтительнее и удобнее использовать автоматическое регулирование.
Устройство терморегулятора
Схема подключения комнатного термостата к котлу.
Радиаторный термостат работает благодаря двум главным составляющим: термостатической головке и клапану. Клапан выполняет функцию так называемого исполнительного устройства. В термостатической головке расположен цилиндр (или сильфон), который заполнен рабочим веществом. Принцип действия рабочего вещества заключается в постоянном реагировании на изменение температуры воздуха. Схема следующая: при повышении температуры происходит увеличение объема вещества, а при понижении — сжатие. За счет этих физических изменений приводится в движение нажимной шток, который соединен с цилиндром.
Если головку термостата поставить на клапан, то за счет постоянного сжатия и расширения ее, шток будет давить/отпускать подпружиненный запирающий конус. А этот конус будет открывать/прикрывать проходное отверстие, тем самым регулируя объем подачи теплоносителя.
Роль рабочего вещества может выполнять либо специальная жидкость, либо газ. В соответствии с этим различают два типа термостата: жидкостной и газонаполненный. Газонаполненные устройства обладают более быстрой реакцией на изменение температуры, а жидкостные точнее чувствуют перепады давления внутри цилиндра и лучше передают их на исполнительный механизм.
Принцип работы термостата в однотрубной и двухтрубной системе отопления будет одинаковым, но гидравлическое сопротивление клапанов разным: для однотрубных ниже, а для двухтрубных — значительно выше. Поэтому еще при проектировании инженерных конструкций нужно подобрать устройство соответствующего действия, в противном случае тепловая мощность сойдет на нет. То же самое касается модернизации системы. Общее устройство механического терморегулятора показано на Рис.1.
Схема работы терморегулятора
Схема механического терморегулятора.
Термостат может быть сконструирован по-разному: с ручным управлением или программным. Программируемый термостат устроен таким образом, что способен изменять температуру в помещении в зависимости от различных заданных факторов, например, от времени суток или дня недели. А электромеханический прибор просто постоянно поддерживает на одном уровне необходимую температуру.
Ручной терморегулятор имеет принцип работы утюга: после нагрева помещения до определенной отметки — отключается, а после остывания воздуха на несколько градусов — снова включается.
Двухпозиционный биметаллический термостат
Такое устройство функционирует в двух режимах: включено и выключено. Отличается дешевизной, надежностью и повышенной помехоустойчивостью. Его принцип работы базируется на особом свойстве биметаллической пластины изгибаться при изменении температуры. Схема действия следующая: когда температура повышается, то изгибание пластины приводит к размыканию цепи, а когда понижается, происходит выпрямление пластины и соответствующее замыкание электрической цепи.
В таком гистерезисе термостат работает непрерывно. Это свойство является необходимым для механических приборов. С одной стороны, оно приводит к снижению быстроты реакции управляющей системы, но с другой — уменьшает число необходимых соединений. Для снижения количества соединений регулятор может быть оборудован ускоряющим сопротивлением, которое позволит нагревать биметаллическую пластину, когда цепь замкнута. После размыкания нагрев прекратится. В случае, когда измеренная температура все еще остается ниже установленного значения, биметаллическая пластина опять замкнет контакты.
Самым главным недостатком биметаллических термодатчиков считается довольно большое отклонение от установленного температурного значения в условиях, когда нагрузка получается ниже номинальной. Ток, который проходит через терморегулятор, начинает нагревать пластину, при этом температура, измеренная термодатчиком, будет выше фактической. Это означает, что воздух в помещении не нагреется до заданного значения. Еще одним минусом биметаллического устройства является то, что оно не работает бесшумно, а издает щелчки в момент замыкания электрической цепи. Общее устройство механического терморегулятора показано на Рис. 2.
Автоматический термостат
Чертеж автоматического терморегулятора.
Электронные модели бывают двухпозиционными или пропорциональными (P-регуляторы), а также полностью или частично механическими, либо электронными. Пропорциональные регуляторы корректируют процесс обогрева в зависимости от соответствия измеренной температуры заданной. Чем существеннее разница между ними, тем выше мощность, подаваемая на обогреватель. Такая же схема и принцип работы реализованы на низкой мощности.
