Термостат электрический как работает
Устройство и принцип работы терморегулятора
Терморегулятором называют деталь изделия, автоматически поддерживающую температуру, значение которой устанавливает потребитель. Другое название устройства – термостат. Его используют в холодильных и морозильных камерах, системах отопления, в помещениях с искусственно созданным климатом. В этой статье, вы узнаете о том, как устроен и как работает терморегулятор на батарее, в холодильнике и утюге.
Холодильный терморегулятор
Устройство терморегулятора холодильника несколько отличается от того, что применяется в других системах. Это связано с особенностями строения камеры и ее назначением (охлаждать, а не нагревать).
Конструкция различных моделей холодильников может отличаться между собой. Но у них можно выделить общие элементы:
Принцип действия
Принцип работы терморегулятора холодильника следующий:
Чтобы менять температурный режим, необходимо определить усилие пружины. Чем оно больше, тем выше температура устанавливается в холодильнике. И наоборот, усилить холод можно путем уменьшения натяжения пружины. Регулировка усиления производится с помощью поворотной рукоятки, вынесенной во внутреннюю часть холодильника.
Термостат в утюге
Пластина в термостате утюга состоит не из одного, а из двух, спаянных между собой металлов. Ее так и называют – биметаллическая пластинка. 
В связи с разной способностью расширяться при нагревании пластина то сгибается, то разгибается, размыкая или замыкая контакт. Регулировать температуру утюга можно с помощью рукоятки, от положения которой зависит расстояние между контактом и пластиной. Если оно большое, то пластине нужно больше нагреться для изгиба (высокий температурный режим), если оно маленькое, то нагрев несильный (низкий режим).
Отопительный терморегулятор
Регулировать температуру в помещении можно, вращая ручку шарового крана. Но он может находиться только в двух положениях: открыто или закрыто. Если кран закрыть не полностью, то конструкция потеряет герметичность из-за твердых частиц, содержащихся в носителе тепла, которые повреждают шарнир. Поэтому для систем отопления чаще используют специальный терморегулятор с механическим управлением.
Сложная конструкция свойственна и для термического элемента, который называют сильфоном. Это цилиндр с гофрированными изнутри стенками. Полость заполнена газом или жидкостью – рабочей средой, способной реагировать на изменение температуры вокруг. Именно этот элемент обусловливает принцип работы терморегулятора отопления.
Принцип действия
Принцип работы терморегулятора отопления основан на свойстве веществ увеличиваться в объеме при нагревании и уменьшаться при остывании. Термодатчик реагирует на изменение температуры снаружи конструкции. А каждому ее значению соответствует некоторое давление рабочей среды, которая заполняет полость сильфона.
Возможны два варианта действия:
Эти два процесса постоянно сменяют друг друга. Современные терморегуляторы позволяют реагировать на изменение температуры в пределах одного градуса и даже десятых его долей. Для человека такая температурная разность несущественна, и он не заметит периодического повышения и понижения.
Термостаты. Что такое термостат и как он работает?
Термостаты
На фото: простой механический термостат, устанавливаемый в шкафах управления и автоматики для контроля температуры нагрева воздуха от обогревателей ОША. На нем демонстрируется текущая температура в градусах Цельсия. После того, как вы установили температуру, термостат должен включать и выключать обогрев по мере необходимости, чтобы поддерживать в шкафу нужную температуру. На практике такой термостат не включается и не выключается при одной температуре, а переключается между небольшим диапазоном температур по обе стороны от установленного вами значения.
Что такое термостат?
На фото: электронный термостат STC-1000 с цифровым показанием температуры. Этот работает немного иначе, чем механический на верхнем фото. Дисплей является частью программатора. Данные о температуре поступают с термопары, которая постоянно измеряет температуру в контролируемой среде, а затем терморегулятор включает и выключает нагрев или охлаждение, чтобы поддерживать его в пределах 1 ° C от установленной вами температуры.
Как работают термостаты
Так как же работает термостат? Большинство вещей становятся больше при нагревании и меньше при остывании (заметным исключением является вода : она расширяется при нагревании и при замерзании). Механические термостаты используют эту идею (которая называется тепловым расширением) для включения и выключения электрической цепи. В двух наиболее распространенных типах используются биметаллические ленты и газонаполненные сильфоны.
Биметаллические термостаты
Традиционный термостат состоит из двух частей, состоящих из разных металлов, скрепленных вместе, образуя так называемую биметаллическую полосу (или биметаллическую пластину). Пластина работает как мост в электрической цепи, подключенной к вашей системе нагрева. Обычно «мост не работает», пластина пропускает электричество по цепи, и нагрев включен. Когда пластина нагревается, один из металлов расширяется больше, чем другой, поэтому вся полоса очень немного изгибается. В конце концов, он так сильно изгибается, что разрывает цепь. «Мост установлен», мгновенно отключается электричество, отключается нагрев, и температура начинает снижаться.
Но что происходит потом? По мере охлаждения пластина тоже остывает и возвращается к своей первоначальной форме. Рано или поздно он снова включается в цепь и снова заставляет электричество течь, и нагрев снова включается. Регулируя шкалу температуры, вы изменяете температуру, при которой контур включается и выключается. Поскольку металлической полосе требуется некоторое время для расширения и сжатия, нагрев не включается и выключается постоянно каждые несколько секунд, что было бы бессмысленно (и весьма раздражающе). К примеру, при отоплении дома, в зависимости от того, насколько хорошо изолирован ваш дом и насколько холодно на улице, может потребоваться час или больше, чтобы термостат снова включился после того, как он выключился. А встроенные терморегуляторы в обогревателях шкафов управления ОША, которые служат для поддержания температуры нагревателя в безопасном диапазоне, могут включаться чаще.
Как биметаллический термостат включается и выключается
Газонаполненный сильфон
Проблема с биметаллическими пластинами заключается в том, что они долго нагреваются или охлаждаются, поэтому они не быстро реагируют на изменения температуры. Альтернативная конструкция термостата определяет изменения температуры быстрее с помощью пары металлических дисков с газонаполненным сильфоном между ними. Диски имеют большую площадь поверхности, поэтому они быстро реагируют на тепло, и они гофрированы (на них есть выступы), что делает их упругими и гибкими. Когда контролируемая среда нагревается, газ в сильфоне расширяется и раздвигает диски. Внутренний диск нажимает на микровыключатель в центре термостата, выключающий электрическую цепь (и нагрев). По мере охлаждения помещения газ в сильфоне сжимается, и металлические диски снова сжимаются. Внутренний диск отходит от микровыключателя, включение электрической цепи и повторное включение нагрева. Вы также можете найти термостаты с гофрированными сильфонами в других областях применения (например, в старых автомобилях), и вместо газа они иногда заполняются летучей (низкокипящей) жидкостью, такой как разбавленный спирт; точное химическое вещество внутри зависит от диапазона температур, в котором они должны работать.
Фото: термостат регулирует температуру с помощью пары металлических дисков, разделенных газонаполненными сильфонами, которые нажимают на микровыключатель. При повороте шкалы температуры диски перемещаются ближе или дальше от микровыключателя в центре. Это означает, что газовый сильфон должен более или менее расшириться, чтобы включить или выключить электричество, эффективно повышая температуру, при которой срабатывает переключатель (и комнатную температуру).
Восковые термостаты
Подводя итог тому, что мы уже определили, вы можете увидеть, что все механические термостаты (все неэлектронные) используют вещества, которые изменяют размер или форму с повышением температуры. Таким образом, битметаллические термостаты полагаются на расширение металлов по мере их нагрева, в то время как газовые сильфоны работают за счет расширения газов. Некоторые термостаты идут дальше и используют изменение состояния вещества с жидкости на газ. Восковые термостаты, вероятно, являются наиболее распространенным примером, и вы найдете их в домашних радиаторных клапанах, автомобильных двигателях и душевых смесителях.. Они используют маленькую пробку воска внутри запечатанной камеры. При изменении температуры воск плавится (меняет состояние с твердого на жидкое), сильно расширяется и выталкивает стержень из камеры, который включает или выключает что-то (управление системой охлаждения двигателя в автомобиле или регулирование смеси горячего и холодной воды в душе, чтобы тело не закипело, как омар). Восковые термостаты имеют тенденцию быть более надежными и долговечными в экстремальных условиях внутри двигателя автомобиля.
Термостатические радиаторные клапаны
На фото: этот термостатический клапан регулирует поток горячей воды через радиатор, предотвращая перегрев помещения. Если в комнате становится слишком жарко, срабатывает восковой термостат, который приводит в действие клапан, перекрывая поток воды через радиатор до тех пор, пока температура снова не упадет.
Цифровые электронные термостаты
Более современные цифровые терморегуляторы не имеют подвижных частей, измеряющих температуру, и вместо этого они опираются на данные электронных температурных датчиков сопротивления – термопар.
Электронные терморегуляторы имеют жидкокристаллический дисплей, на который выводится температура текущая и запрограммированные параметры. Некоторые из них имеют кнопки для настройки или же сенсорный экран.
Для управления нагревом и охлаждением в цифровых электронных терморегуляторах используется реле или полупроводник, к примеру, симистор. Датчики температуры (термопары) обычно идут в комплекте с цифровыми терморегуляторами.
Недорогим и в то же время достаточно качественным примером цифрового терморегулятора является популярный современный терморегулятор STC-1000. Он очень прост в настройке, имеет жк дисплей и 4 кнопки для программирования параметров. Данные температуры поступают от термопары, которая также входит в комплект.
Есть терморегуляторы, которые функционируют на основе не одного, а нескольких термодатчиков, анализируя показатели температуры с них. К примеру, если вам нужно контролировать температуру радиатора для отопления в комнате, один из термодатчиков может быть настроен на поддержание батареи на определенном уровне температуры, а второй на определенную температуру воздуха в самой комнате. Таким образом можно не допустить как перегрева батареи, так и оптимальной температуры воздуха.
На сайте компании Элемаг вы найдете большой выбор терморегуляторов как механического, так и цифрового типов. Для подбора наиболее подходящего термостата для вашей системы нагрева или охлаждения обращайтесь к нашим специалистам по телефону и получите бесплатную квалифицированную консультацию по данной теме.
Терморегуляторы. Виды и работа. Применение и особенности
Для сохранения требующегося уровня температуры в нагревательных системах применяются электрические устройства, называемые терморегуляторы. Все приборы, имеющие в составе электронагревательные элементы, оборудованы электрическими терморегуляторами.
Необходимость и особенности терморегуляторов
Терморегулятор представляет собой электрическое устройство необходимое для автоматического регулирования температуры в охлаждающем и отопительном оборудовании. Они монтируются в системах обогрева, искусственного климата, охлаждающих либо морозильных системах. Широко используются в домашнем хозяйстве в обустройстве теплиц.
Цель работы терморегулятора определяется включением либо выключением нагревательных элементов какого-либо прибора при показателях температуры ниже или выше указанных соответственно. Благодаря работе терморегулирующих устройств, воздух в помещении, вода, поверхности приборов и т.п. имею стабильную температуру.
Работают все терморегуляторы, в каком бы приборе они не находились, по единому принципу. Автоматический регулятор получает данные о температуре из окружающей его среды, благодаря тому, что оснащается встроенным или выносным термодатчиком. Опираясь на полученную информацию, терморегулятор определяет, когда нужно включаться и отключаться. Чтобы исключить сбои в работе устройства, термодатчик надлежит устанавливать в помещении подальше от прямого влияния различного нагревательного оборудования, в противном случае, может возникнуть искажение показателей и, естественно, регулятор будет работать ошибочно.
Классификация терморегуляторов
Принцип работы всех устройств, регулирующих температуру одинаковый, но видов терморегуляторов очень много, и они отличаются по:
Также терморегуляторы отличаются техническими свойствами:
Применение регуляторов и датчиков температуры
Терморегуляторы могут устанавливаться в жилых и промышленных помещениях. В целом можно выделить учитывающие:
Регуляторы, которые эксплуатируются в промышленных помещениях, бывают двух видов:
Выделяют также несколько видов датчиков по назначению:
Датчик, измеряющий температуру воздуха, часто размещают на корпусе терморегулятора. Терморегуляторы с инфракрасными датчиками можно применять для контроля всей системы отопления. Эти датчики отлично подходят для установки в ванные комнаты, душевые, сауны и прочие помещения с повышенной влажностью. Сам регулятор температуры надлежит размещать обязательно в сухом месте, от переизбытка влаги он может повредиться. Правда есть модели, с повышенной герметичностью, и их монтаж в ванную ничем не опасен для них.
Регуляторы для тёплых полов отличаются своим внутренним устройством, это:
Цифровые устройства имеют хорошую стойкость к разным типам помех, поэтому исключают искажение данных и гарантируют большую точность, чем аналоговые.
Особенности функциональных возможностей электрических регуляторов температуры:
Принцип действия, плюсы и минусы
Механический регулятор температур считается простым и практичным устройством. Применяется в нагревательных и охладительных целях. Чаще всего представляет внешнее электроустановочное изделие, предназначенное для внутренней установки в жилые помещения в системы отопления. Внешний вид подобен стандартному запорному крану.
Специфичностью механических терморегуляторов является отсутствие электрической составляющей. Работает аппарат по особому принципу, заключающемуся в свойствах некоторых веществ и материалов менять свои механические качества от изменения температуры.
При изменении температуры до конкретно указанной, происходит разрыв или замыкание электрической цепи, что обуславливает выключение либо включение приборов для нагрева. Требуемый показатель температуры выбирается на шкале прибора путём вращения специального колесика.
Положительные моменты механических термостатов:
Недостатки:
Независимо от недостатков, они являются самыми распространёнными и встречаются в организации обогревательных систем чаще других термостатов, благодаря простому управлению и невысокой стоимости.
Эксплуатация электромеханических термостатов
Электромеханические регуляторы температуры используется в различных бытовых электроприборах. Эти изделия бывают двух модификаций:
Электромеханические терморегуляторы зарекомендовали себя как неприхотливые устройства:
Минусы этих приборов:
Специфика электронных терморегуляторов
Электронные устройства очень распространены, они эксплуатируются с многими электрообогревателями. Обычно ими оборудуют общие отопительные системы и кондиционирования, а также тёплые полы.
Главные составляющие части:
Датчик прибора отправляет данные о температуре контроллеру, который обрабатывает полученный сигнал и решает, требуется снижать или повышать температуру.
Виды электронных термостатов:
Программируемые термостаты удобно эксплуатировать, они открывают широкие возможности для тонкой настройки приборов на нужные температурные показатели, зависящие от требований отдельных зон помещений.
Достоинства:
Также терморегуляторы просты в управлении и имеют не высокую стоимость, только эти два плюса не касаются регуляторов с открытой логикой. Электронные регуляторы нередко являются составной частью системы умного дома.
Принципы работы простейших терморегуляторов
В современном мире довольно широко как в быту, так и на производстве применяется климатическая техника: котлы, кондиционеры, конвекторы и калориферы. Большинство из этих приборов работает в автоматическом режиме, поддерживая комфортную внутреннюю температуру воздуха.
Сами по себе такие устройства не способны контролировать температуру, для этого в схему интегрируют специальный прибор — терморегулятор. Он может не только установить фактическую температуру окружающей среды, но сравнить ее с заданной величиной и послать сигнал на управляющий механизм котла или аналогичного устройства для регулирования процессом нагрева. Для того чтобы правильно им управлять, пользователь должен знать принцип работы терморегулятора.
Такие регуляторы хорошо работают не только в системах управления и настройки, но и при защите охладительного или отопительного оборудования. При высоком значении теплоносителя они подают сигнал на нагревающее или охлаждающее устройство для аварийной остановки оборудования, мгновенно прекращая подачу с энергоносителей, с подачей звукового и светового сигнала.
Что означает термин «терморегулятор»
Терморегулятор — это устройство, которое задействуется в системах отопления или кондиционирования для обеспечения установленного значения температуры нагреваемой среды: вода или воздух.
Как правило, терморегулятор (ТР) выполняется в форме аппаратного модуля, который измеряет температуру среды и передает сигнал управляющему модулю на активизацию или прекращение процесса нагрева.
Таким образом, существует две исполнительные модификации терморегулятора:
Устройство и принцип действия
Независимо от варианта конструктивного исполнения, устройство терморегулятора выполняется по одной общей схеме и состоит из 3-х главных модулей или блоков:
Первичный датчик определяет температуру нагрева контролируемой среды: воздуха или воды. При изменении температуры внутри измерительного датчика происходит изменение физических параметров первичного элемента, которые передаются на управляющий блок.
Важно! Выходной сигнал, в который преобразуется входная величина, может быть неэлектрическим и электрическим. Большинство первичных датчиков электрические, функционирующие по напряжению или ЭДС.
После получения сигнала, блок управления обрабатывает и передает его на исполнительный механизм, который соответственно отрегулирует объем энергоносителя для нагрева среды.
В качестве исполнительных механизмов в отопительных системах применяются:
ТР способен соблюдать определенное значение температуры либо установленный диапазон. На этот показатель влияет гистерезис первичного датчика.
В торговой сети сегодня существует довольно много моделей терморегуляторов, которые могут быть оснащены дополнительными функциями, например, запуск отопления по таймеру и программирование устройства по заданному графику. Но в основе работы всех этих приборов находится вышеназванный принцип действия.
Какие существуют модификации терморегуляторов
Все терморегуляторы классифицируются по нескольким группам, для того чтобы пользователям легче было ориентироваться при их выборе
Первая группа ТР определяется по типу управления:
Виды терморегуляторов могут также группироваться по следующим признакам:
Перед тем как сделать выбор конкретной модели нужно понимать, для чего нужен терморегулятор, для местного управления или комплексного в общей автоматической системе.
Механические
Обладают простой конструкцией, в большинстве случаев энергонезависимые, то есть не требующие в работе использования электроэнергии. Управление режимами выполняется ручкой со шкалой на корпусе, в некоторых случаях имеется тумблер для включения и выключения. На корпусе имеется простейший интерфейс со световой индикацией.
Механические терморегуляторы применяются для нагревательных и охлаждающих систем. Конструкционные особенности:
Принцип работы любого механического терморегулятора довольно простой и заключается в том, что при нагреве воздуха в помещении, в термоэлементе сильфонного типа рабочая среда нагревается, и расширяясь выпрямляет цилиндр, который воздействует на шток, а тот в свою очередь и давит на регулирующий клапан, плотнее прижимая его к отверстию пропуска теплоносителя, тем самым уменьшая его до полного закрытия, после чего вода в батарею не поступает. Температура воздуха в комнате падает, термоэлемент сжимается, шток опускается, освобождая проход греющей жидкости в батарею, тем самым запускается новый цикл нагрева.
Механические ТР несмотря на свою простоту обладают множеством преимуществ, среди которых надежность, устойчивость к перепадам температур, энергонезависимость и длительный срок эксплуатации.
К недостаткам можно отнести невысокую точность регулирования, низкую функциональность и наличие шумовых эффектов в виде щелчков при включении/отключении клапана.
Электромеханические
Электромеханические регуляторы температуры применяются для различных отопительных приборов, например для электрокотлов. Как правило, они могут быть исполнены в 2-х модификациях: с биметаллической пластиной, подключенной к группе электроконтактов и с капиллярной трубкой.
Биметаллическая пластина под воздействием температуры среды нагревается, что вызывает ее изгибание и разрыв контактов. В этом момент подача напряжения на нагревательные электрические элементы прекращается, котел останавливается. Теплоноситель продолжает циркулировать через котел, постепенно его температура снижается, биметаллическая пластина возвращается в первоначальное состояние, замыкая электроконтакты и подавая напряжение на ТЭНы котла.
ТР с капиллярной трубкой, наполненной газом, помещается в емкость, где греется теплоноситель. При достижении установленной температуры воды в емкости, газ в трубке расширяется, тем самым замыкая электрический контакт, энергоноситель отключается, вода в емкости остывает, капиллярная трубка сжимается и размыкает контакты. Этот тип регуляторов устанавливается в бойлерах и отопительных электрорадиаторах.
Неприхотливые электромеханические ТР имеют много преимуществ, прежде всего являясь бюджетными по цене, кроме того они энергонезависимые, точно поддерживают автоматический режим включения/отключения нагревательного аппарата, при этом оставаясь герметичными, не загрязняя внутренний контур теплоносителя.
К минусу можно отнести довольно грубые настройки по пределам регулирования до 2–3 °С.
Цифровые
Это группа электронных терморегуляторов, которые устанавливаются в сложной климатической технике, например, в автоматике газового котла, в блоках регулирования работой теплых полов и сплит-системах кондиционирования воздуха.
Основные элементы конструкции цифровых ТР:
Контроллер электронного ТР может работать с закрытой и открытой логикой. В первом случае алгоритм работы постоянный, корректировка программ невозможна, изменяются только параметры работы нагревательного устройства. Эти модели применяются для бытового оборудования небольшой мощности.
Во втором случае настройки имеют более широкий диапазон, в связи, с чем можно изменить алгоритм работы агрегата. Применяются для больших промышленных установок.
Этот современный тип терморегуляторов, позволяющие контролировать и управлять процессами нагрева дистанционно с применением обычных смартфонов и сети Интернет. Они обладают самым широким диапазоном регулирования и могут быть встроенные в любые современные теплонагревающие устройства.
Важно! Высокая точность управления позволяет эффективно эксплуатировать оборудование с высокими КПД. На их базе сегодня внедрена инновационная система погодорегулируемой автоматики газовых котлов, они также являться частью системы «умный дом».
Наладка и эксплуатация
Наладку простейших механических и электромеханических ТР можно выполнить самостоятельно, для этого нужно внимательно изучить инструкцию завода-изготовителя.
Цифровые ТР устанавливаются на дорогостоящем климатическом оборудовании, которое, как правило, комплектуются заводом-изготовителем. В этом случае самостоятельная наладка его не допускается. Первый запуск регулятора производится в ходе настройки котла, которую выполняют сертифицированные организации, аттестованные на проведение этих работ заводом изготовителем. От выполнения этого правила будет зависеть сохранение гарантийных обязательств.
В процессе первого пуска оборудования наладочная организация проверяет работоспособность терморегулятора, настраивает его на работу и поясняет, обслуживающему персоналу, что такое терморегулятор, как он должен обслуживаться и порядок установки текущих настроек работы климатической техники.
В процессе эксплуатации ТР должен находится в чистом состоянии, не должен подвергаться воздействию воды и других агрессивных жидкостей, его нужно беречь от механических повреждений и не располагать под прямыми солнечными лучами. Запрещается самостоятельно разбирать ТР и менять его электронные схемы.
При выполнении таких простых условий, терморегулятор будет работать весь нормативный срок эксплуатации, качественно выполняя свои функции по управлению тепловыми процессами.
Современная климатическая техника в обязательном порядке должна комплектоваться терморегуляторами. Это требование вызвано необходимостью обеспечения энергоэффективности систем отопления. Даже применение простейших механических ТР позволяет экономить от 10 до 30 % топлива в течение отопительного сезона.
Применение цифровых терморегуляторов позволяет создать комфорт в доме, снижает ежемесячные затраты на электроэнергию, повышает эффективность работы климатического оборудования и его КПД, упрощает процессы управления. Все это приводит к снижению общих вредных выбросов в окружающую среду.