18 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как работает электронный термостат

Содержание

Устройство и принцип работы термостата

Термостат системы охлаждения двигателя представляет собой устройство в виде клапана, реагирующее на температуру охлаждающей жидкости. Он позволяет автоматически поддерживать заданный тепловой режим работы мотора за счет направления потока жидкости по большому или малому кругу циркуляции. Это необходимо, чтобы двигатель при запуске разогревался быстрее, а при выходе на заданную температуру работы сохранял ее постоянной.

Устройство и принцип работы автомобильного термостата

Поскольку конфигураций двигателей и, соответственно, систем охлаждения достаточно много, то и место установки термостата может быть разным. Как правило, он монтируется во входном трубопроводе насоса системы охлаждения или на выходной магистрали головки блока цилиндров. В системе охлаждения двигателя предусмотрено два круга, по которым циркулирует рабочая жидкость, снижая его температуру. Малый круг включает в себя головку блока цилиндров, сами цилиндры и радиатор печки, а большой — всю систему с радиатором. Главной задачей термостата является блокирование процесса охлаждения двигателя (циркуляции охлаждающей жидкости по большому кругу), если температура последнего ниже рабочего уровня.

Устройство термостата

Конструкция типового автомобильного термостата состоит из следующих элементов:

  • Корпус. Он имеет три патрубка для подключения в систему охлаждения: входной (впуск рабочей жидкости от радиатора), входной от двигателя (из головки блока цилиндров или печки) и выходной (подачи на насос).
  • Цилиндр, внутри которого находится термочувствительный элемент.
  • Термочувствительный элемент. Он может быть жидким (смесь воды и спирта) или твердым (из технического воска, в состав которого входят порошковая медь, алюминий и графит).
  • Шток (поршень) — располагается внутри цилиндра.
  • Клапан малого круга — перепускной клапан, поддерживающий заданный уровень давления в системе.
  • Клапан большого круга (основной). Он представляет собой металлическую тарелку, которая открывает и закрывает путь по большому контуру.
  • Пружины, запирающие клапаны большого и малого кругов.

В момент пуска двигателя термостат находится в закрытом положении. Проходя по малому кругу, охлаждающая жидкость выходит из блока цилиндров и вновь возвращается в него. Отсутствие охлаждения во всей системе позволяет двигателю быстрее прогреваться до рабочей температуры. Когда температура блока цилиндров повышается и нагревает охлаждающую жидкость до уровня 80-90°С, термочувствительный элемент реагирует (воск расплавляется и увеличивается в объеме, оказывая воздействие на шток) и сдвигает тарелку, открывая доступ к большому кругу.

Если охлаждающая жидкость будет сразу циркулировать в большом контуре, прогрев двигателя станет более длительным, а в условиях пониженных температур окружающей среды может совсем не произойти.

На заметку автомобилистам. Двигатель прогреется значительно быстрее, если выключить печку. Потом ее можно будет снова включить.

Открытие клапана происходит постепенно, что позволяет с ростом температуры увеличивать количество охлаждающей жидкости, поступающей на радиатор. Максимальное открытие клапана достигается при температуре 95-105°С. Если происходит излишнее охлаждение двигателя, термочувствительный элемент начинает реагировать в обратную сторону, закрывая клапан и снижая количество рабочей жидкости, попадающей в большой контур.

Основные виды термостатов

В современном автомобилестроении используется несколько видов термостатов:

  • Одноклапанный — классическая конструкция.
  • Двухступенчатый — это разновидность одноклапанного термостата, отличающаяся наличием двух тарелок (малой и большой). При срабатывании устройства, первой начинает движение малая тарелка, оказывая воздействие на большую. Это позволяет обеспечить корректное срабатывание термостата в системах с высоким уровнем давления охлаждающей жидкости.
  • Двухклапанный — в таком устройстве также использованы две тарелки, но одна запирает большой контур, а вторая — малый. При этом работа клапанов синхронизирована, и когда один круг закрыт, второй открывается.
  • Электронный (с электронным управлением) — представляет собой классический одноклапанный термостат, оснащенный нагревательным сопротивлением. Управление нагревом последнего реализуется электронным блоком управления двигателем. Таким образом, становится возможным достичь температуры 95-110°С на частичной мощности мотора и 85-95°С на максимальной мощности. В итоге это делает более экономичным расход топлива и повышает мощность благодаря дополнительному охлаждению всасываемого в цилиндры воздуха.

В двухконтурных системах охлаждения современных двигателей типа TSI устанавливается два термостата.

Проверка термостата и распространенные неисправности

Неисправности термостата чаще всего связаны с износом или коррозионными образованиями. Это может спровоцировать заклинивание клапана в открытом, закрытом или частично открытом положениях. Признаки постоянно открытого термостата, а также ситуации заклинивания в промежуточном положении, проявляются только при низких температурах (холодной погоде), когда прогрев двигателя становится слишком долгим. Постоянно закрытое положение — более серьезная проблема, которая вызывает перегрев двигателя, что может привести к необратимым поломкам.

Как проверить исправность термостата

Также термостат может быть изначально некачественным, что нередко проявляется как несвоевременное открытие. При более раннем срабатывании увеличивается расход топлива, поскольку для выхода на рабочую температуру двигателю потребуется больше времени. Когда же клапан на большом контуре срабатывает позже, повышается износ мотора.

Основной способ проверки термостата предполагает его снятие с двигателя:

  • Термостат демонтируется и помещается вначале в емкость с горячей (кипящей) водой. Если при этом клапан не раскрывается или происходит слишком медленное раскрытие, он потребует замены. Если клапан сработал, выполняют обратную проверку, поместив его в холодную воду и отследив процесс закрытия.

Автомобильные термостаты не подлежат ремонту и при обнаружении неисправностей требуют замены. Также следует знать, что разные марки имеют отличные температурные характеристики открытия и закрытия. Поэтому для обеспечения оптимального режима работы двигателя необходимо устанавливать модели, рекомендуемые производителем автомобиля.

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:
  • Назначению:
    — комнатные;
    — погодные.
  • Способу монтажа:
    — стенные;
    — настенные;
    — крепящиеся на DIN рейку.
  • Функциональным возможностям:
    — центральное регулирование;
    — беспроводное регулирование.
  • Способу управления:
    — механические;
    — электромеханические;
    — цифровые (электронные).
Также терморегуляторы отличаются техническими свойствами:
  • Диапазон измерений температуры. Разные модели терморегуляторов в зависимости от модификации поддерживают температуру от -60 до 1200 °С.
  • Количество каналов:
    — одноканальные. Применяются для автоматической регулировки и сохранения температуры объекта на указанном уровне. Отличаются меньшими размерами и весом от многоканальных приборов;
    — многоканальные. Выпускаются для фиксирования температуры серии стандартных термодатчиков. Их используют на производствах, лабораториях, а также в народном хозяйстве.
  • Габаритные размеры:
    — компактные;
    — большие;
    — крупные.
Применение регуляторов и датчиков температуры
Терморегуляторы могут устанавливаться в жилых и промышленных помещениях. В целом можно выделить учитывающие:
  • И контролирующие температуру воздуха в конкретной зоне помещения. Эти приборы относятся к категории комнатных регуляторов. Бывают аналоговые и цифровые.
  • И поддерживающие температуру определённых предметов – это регуляторы для полового отопления.
  • Температуру воздуха снаружи – погодные термостаты.
Регуляторы, которые эксплуатируются в промышленных помещениях, бывают двух видов:
  • Индустриальные пространственные . К этим приборам относятся аналоговые стенные регуляторы, имеющие повышенную защиту.
  • Индустриальные с отдельными датчиками . Это аналоговые приборы с внешними датчиками, которые могут быть настенными или устанавливаться на специальную рейку.
    Датчики могут устанавливаться на стены или в полу дома, в зависимости от их типа и назначения. Встроенные приборы монтируются в монтажную коробку прямо в стену, а приборы накладного типа просто прикрепляют на стену.
Читать еще:  Как работает аквафильтр в пылесосе
Выделяют также несколько видов датчиков по назначению:
  • Датчик температуры пола.
  • Датчик температуры воздуха.
  • Инфракрасный датчик для пола и воздуха.

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.
  • Аналоговые.

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:
  • Беспроводное регулирование (дистанционное) . Рекомендовано применять при дополнительной инсталляции греющих элементов и проведении реконструкций, когда выполнять классическую регулировку невозможно или довольно трудно. Дистанционное управление исключает дополнительные строительно-ремонтные работы при электроинсталляции (к примеру, монтаже кабельной проводки).
  • Устройства программирования . Центральное (классическое) устройство позволяет производить регулирование температуры целого крупного объекта с одной точки. Для программирования регулятора используют компьютер или устройства управления. Также контроль осуществляется с помощью телефонного модема.
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:
  • Надёжность.
  • Устойчивость к перепадам напряжения.
  • Не подвластны сбоям электроники.
  • Работают при отрицательных температурах.
  • Можно эксплуатировать в условиях резких изменений температуры.
  • Простое управление.
  • Длительный срок службы.
Недостатки:
  • Наличие погрешности.
  • Вероятность появления небольших щелчков при подаче напряжения на инфракрасные нагреватели.
  • Низкая функциональность.

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:

  • С биметаллической пластиной и группой контактов . Пластина, нагреваясь до определённой температуры, изгибается и размыкает контакты, из-за чего прекращается подача электротока на нагревательную спираль или ТЭН прибора. После остывания пластина прогибается обратно в своё исходное положение, контакты при этом замыкаются, возвращается подача электричества и прибор нагревается. Приборами с этими регуляторами пользуется в повседневной жизни практически каждый человек – это утюги, электроплиты, электрочайники и т.п.
  • С капиллярной трубкой . Изделие состоит из трубки, наполненной газом и помещённой в ёмкость с водой, а также контактов. Принцип действия базируется на особенностях материалов расширяться при определённых температурах. Вещество, находящееся в полой трубке, начинает расширяться при разогреве воды, из-за чего возникает замыкание контакта. После охлаждения воды, контакты размыкаются, а электроприбор начинает разогреваться. Подобными регуляторами чаще всего оснащаются водонагреватели, масляные обогреватели, бойлеры.

Электромеханические терморегуляторы зарекомендовали себя как неприхотливые устройства:

  • Автоматическое включение обогрева.
  • Герметичность.
  • Невысокая цена.
Минусы этих приборов:
  • Низкая функциональность.
  • Сложность добиться высокой точности регулирования.
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:
  • Выносной термодатчик.
  • Контроллер — устройство, устанавливающее конкретный уровень температуры в доме, а также создающее команды включения и отключения нагревателя.
  • Электронный ключ – контактная группа.

Датчик прибора отправляет данные о температуре контроллеру, который обрабатывает полученный сигнал и решает, требуется снижать или повышать температуру.

Виды электронных термостатов:
  • Обычные терморегуляторы . В этих приборах можно выставлять желаемые пределы температуры либо точную температуру, которая будет сохраняться. Устройства оборудованы электронным дисплеем.
  • Цифровые терморегуляторы :
    — С закрытой логикой. Устройства имеют неизменный алгоритм работы. Регулирование выполняется при помощи передачи команд по указанным параметрам конкретным приборам, которые были установлены заранее. Параметры задаются заранее в зависимости от нужд используемых приборов для определённой температуры. Корректировка программы этих регуляторов практически неосуществима, можно только менять основные параметры. Но именно эти термостаты наиболее часто применяют в быту.
    — С открытой логикой. Эти аппараты контролируют точный процесс обогрева помещений. Имеют расширенные настройки, благодаря чему можно поменять их алгоритм работы. Управляются кнопками или сенсорной панелью. Путём этих устройств можно включать либо отключать обогревательные системы в строго заданное время. Но их перепрограммированием должны заниматься специалисты. Эти регуляторы применяют чаще на производстве и в промышленности, чем в быту.

Программируемые термостаты удобно эксплуатировать, они открывают широкие возможности для тонкой настройки приборов на нужные температурные показатели, зависящие от требований отдельных зон помещений.

Достоинства:
  • Широкий диапазон регулировок.
  • Разнообразие дизайнерских решений.
  • Экономия электроэнергии.
  • Высокая точность.
  • Эффективность.
  • Безопасность при эксплуатации.

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.

Как сделать надежное ненадежным, или Зачем термостату электронное управление

С задачей не допустить чрезвычайно опасный для двигателей перегрев разработчики первых моторов с водяным охлаждением справлялись, используя свойство воды при нагреве подниматься вверх. Схема была простой: верхний бачок радиатора, куда поднималась горячая вода, размещали выше двигателя, из верхнего бачка вода опускалась по трубкам радиатора вниз, по пути охлаждалась, а затем вновь поступала в мотор.

Чуть позже, чтобы ускорить охлаждение и обойтись относительно небольшим количеством воды, радиатор стали продувать с помощью вентилятора, постоянно вращающегося, пока двигатель работал. Еще эффективнее справляться с обязанностями защиты от перегрева система охлаждения начала, когда круговорот воды в моторе был ускорен с помощью водяного насоса.

В недостатках подобных систем охлаждения были долгий предварительный прогрев двигателя до рабочей температуры и невысокая ее величина при низких температурах окружающей среды. Плохо это тем, что в непрогретом моторе ухудшается смесеобразование, а моторное масло остается излишне вязким. Отсюда потери мощности и перерасход топлива. Кроме того, поскольку в холодном двигателе топливо не только неважно испарялось, но, испарившись, норовило вновь стать конденсатом, его капельки разжижали и смывали масло, из-за чего силовой агрегат быстрее изнашивался.

Результатом борьбы с недостатками стало появление в системе охлаждения вместо одного круга циркуляции двух — большого и малого. По малому кругу, по сути, включающему только рубашку охлаждения двигателя, непосредственно в которую передается тепло от наиболее нагретых частей мотора, жидкость циркулирует после запуска. Это позволяет ей быстро достигнуть желаемой температуры, а двигателю — столь же быстро прогреться, что сводит к минимуму проблемы работы в холодном состоянии.

В движение по большому кругу, или, говоря проще, через радиатор, жидкость отправляется, только когда возникает угроза перегрева. Далее остается лишь регулировать интенсивность циркуляции жидкости через радиатор вплоть до полного отключения большого круга, если температура чересчур снизится.

Достигается такая работа системы охлаждения, а с ней — автоматическое поддержание самого выгодного температурного режима работы двигателя благодаря термостату.

Это он подобно стрелочнику выбирает путь, по которому водяной насос в зависимости от температуры будет гнать охлаждающую жидкость, а автоматизм в действии термостата обеспечивается за счет использования в его конструкции элемента, содержащего наполнитель, объем которого сильно изменяется при нагреве и охлаждении.

Наполнители могут быть жидкими и твердыми, однако широко применявшиеся ранее термостаты с жидким наполнителем оказались не слишком долговечными. В конечном итоге это привело к повсеместному переходу на термостаты с твердым наполнителем. В них наполнитель при нагреве плавится и расширяется, воздействуя на шток клапана термостата. Клапан открывается и пропускает жидкость в большой круг циркуляции.

Температуру, при которой это происходит, можно увидеть на тарелке клапана термостата. Когда температура становится ниже указанной, наполнитель из жидкого состояния вновь становится твердым, а его объем уменьшается, при этом клапан под действием возвратной пружины перекрывает проход жидкости в радиатор. Так будет продолжаться, пока жидкость, циркулируя по малому кругу, не нагреется до нужной температуры и, омывая по пути рабочий элемент термостата, не вынудит наполнитель опять плавиться и расширяться.

Недостатком термостатов с одним клапаном является нечеткость в перенаправлении потока жидкости с большого круга на малый и наоборот. Дело в гидравлическом сопротивлении, которое создается радиатором. Работы по уменьшению размеров радиаторов при сохранении их эффективности привели к увеличению гидравлического сопротивления, из-за чего жидкость даже после открытия большого круга стремилась циркулировать по пути наименьшего сопротивления, коим являлся малый круг.

Читать еще:  Как работает холодильник физика

Борьба с этой проблемой привела к появлению двухклапанных термостатов. В них, когда основной клапан открывает пропуск в большой круг циркуляции, малый круг запирается дополнительным клапаном.

Однако сколько клапанов к термостату ни приделывай, существовал еще один недостаток, с которым долгое время приходилось мириться по причине отсутствия способа с ним бороться. Термостат обеспечивал необходимый температурный режим при любых атмосферных условиях, что было хорошо, и любой нагрузке двигателя, а вот это и было плохо, ибо то, что являлось оптимальным при одной нагрузке, переставало быть таковым при ее изменении.

Например, для уменьшения расхода топлива и снижения токсичности выхлопных газов во время работы двигателя на частичных нагрузках желательно, чтобы температура охлаждающей жидкости была максимально возможной. При небольших нагрузках она и вовсе должна балансировать на грани закипания жидкости, что для современных систем охлаждения, работающих с избыточным внутренним давлением, составляет примерно 105-110°С.

Однако при работе мотора в таком температурном режиме воздух, поступающий в цилиндры, нагревается и расширяется, что ведет к уменьшению наполнения им цилиндров. Мало воздуха — не сожжешь много топлива, а это потеря мощности, которая требуется во время работы двигателя с полной нагрузкой или близкой к ней. Поэтому для таких нагрузочных режимов температура охлаждающей жидкости не должна быть выше 85-95°С.

Никакой термостат, подчиняющийся фазовым превращениям наполнителя из твердого тела в жидкость и обратно, не в состоянии оптимизировать температуру охлаждающей жидкости согласно потребностям нагрузочных режимов. Ситуация казалась тупиковой, пока в связи с развитием электроники чью-то светлую голову не посетила идея добавить к стандартному алгоритму действия термостата электронное управление.

Для этого в рабочий элемент термостата помимо наполнителя поместили нагревательный резистор. Сам термостат настроили на срабатывание при существенно более высоких температурах, чем открывается клапан большого круга в обычных термостатах. Это позволило поддерживать температуру охлаждающей жидкости вблизи 110°С, пока двигатель работает с частичной нагрузкой. Однако как только от мотора требуется полная отдача, на резистор подается ток. Далее начинается то, что происходит в обычных термостатах из-за нагрева охлаждающей жидкостью, но теперь источником тепла является не она, а нагревательное сопротивление. Командует работой сопротивления блок управления двигателем согласно предусмотренной в нем программе оптимизации температуры охлаждающей жидкости.

Хороша идея? В этом не было бы никаких сомнений, если бы помимо лицевой стороны у любой медали не существовала еще и обратная. Любое усложнение конструкции, каким бы интересным оно ни выглядело с технической точки зрения, ведет к потере надежности.

Взять, к примеру, двухклапанный термостат. Если одноклапанный термостат выходит из строя в открытом состоянии, двигатель будет долго прогреваться, его температура при движении автомобиля понижается, из печки дует холодным воздухом, увеличивается расход топлива, но ничего более серьезного с мотором не произойдет. Однако подобная неисправность двухклапанного термостата может привести к перегреву двигателя. Это кажется немыслимым, но в практике такие случаи наблюдались.

Ничего удивительного в этом нет. Принцип работы одноклапанного термостата по умолчанию предполагает, что после открытия клапана какая-то часть жидкости все равно будет продолжать циркулировать по малому кругу, но работа двухклапанного термостата такое исключает априори. На это рассчитывают при конструировании, однако неисправности вносят свои коррективы в расчеты разработчиков двигателей.

Какие коррективы внесло электронное управление? Очевидно, что к причинам, вызывавшим выход из строя термостатов с традиционным устройством, добавились новые, связанные с наличием резистора, его проводки и ее контактных соединений, способных окисляться, а также дополнительных уплотнений, которые рано или поздно уплотнять перестают.

Сколько топлива позволяет экономить электронное управление и насколько чище оно делает выхлоп, знают, наверное, только разработчики — в доступных источниках информации конкретные цифры найти не удалось. Зато из каталогов запчастей нетрудно выяснить, как усложнение конструкции сказалось на стоимости устранения неисправности. Если раньше для покупки неплохого неоригинального термостата для большинства распространенных в Беларуси автомобилей было достаточно изыскать 9-15 у.е., то термостат с электронным управлением обойдется не меньше 60-80 у.е.

Появились также внешние причины, например, отказы датчиков, информация которых используется для электронного управления термостатом. Это в свою очередь изменило подход к поиску неисправности. Раньше бывалые автомобилисты оценивали работоспособность термостата на ощупь, по тому, как нагреваются шланги подвода и отвода жидкости от радиатора. Теперь насторожить может только работа вентилятора, когда для нее нет оснований (двигатель холодный, кондиционер выключен), что означает переход в аварийный режим. Но чтобы понять, в какую сторону копать, чтобы выйти на конкретного виновника, без компьютерной диагностики обойтись проблематично.

Наконец, сами двигатели стали «горячими». Для них малейшие неполадки в системе охлаждения, на которые моторы с обычными термостатами не реагировали либо реагировали с минимальными последствиями, могут оказаться роковыми. Увеличение количества двигателей, о которых говорится, что они очень чувствительны к перегреву, по всей видимости, и есть главное последствие эволюционных изменений, которые претерпела конструкция термостата.

Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора и из открытых источников
ABW.BY

Благодарим за помощь в организации фотосъемки «Ресурсный центр» на базе автомеханического колледжа имени академика М.С.Высоцкого

Принцип работы терморегулятора

В радиаторах и разного рода системах отопления с целью контроля температуры используются специальные электрические устройства. При проектировании или ремонте подобной системы нужно хорошо представлять себе, что такое терморегулятор, каковы его назначение и механизм действия, как подобрать подходящий термостат.

Необходимость и особенности терморегуляторов

Терморегулятор это средство регуляции температурного уровня, используемое в приборах, имеющих дело с теплом: в отопительном, охладительном оборудовании и системах контроля температуры в помещении. Регуляторы применяются и в сельском хозяйстве, например, в тепличных установках. Когда температура в помещении или установке в ту или иную сторону отклоняется от рамок, заданных в настройках, устройство дает команду включить или отключить нагревательные элементы. С его помощью можно контролировать степень нагрева не только воздуха и иных газообразных сред, но и жидкостей и твердых тел (например, поверхностей электроприборов).

Как устроен термостат

При подборе подходящего устройства потребители интересуются, как работает терморегулятор. Хотя эти приборы выпускаются с разными типами действующих блоков (электроника, механический узел и т.д.), принцип работы терморегулятора, независимо от его типа, базируется на считывании данных из среды, подлежащей температурному контролю. Базируясь на получаемых данных, устройство определяет, есть ли необходимость в задействовании дополнительных термических элементов или отключении имеющихся.

Важно! Для предотвращения выхода устройства из строя и минимизации вероятности ошибочных показаний термический датчик следует размещать как можно дальше от зоны непосредственного воздействия обогревателя, батарей и иного подобного оборудования.

Преимущества и недостатки

Свойства термостатических устройств, их сильные и слабые стороны напрямую зависят от типа конструкции. Наиболее важный показатель – минимизация погрешности считывания температурных данных. В принципе, высокая точность характерна для любых термостатов, имеющих электронные компоненты, тогда как в случае механических устройств именно меньшая точность (погрешность может достигать трех градусов) является основным минусом. Зато они просты в регулировке и обладают весьма демократичной ценой.

Важно! Наиболее сложными в управлении (и дорогостоящими) являются программируемые устройства. При всем при этом они весьма экономичны в отношении потребления электроэнергии, обладают большой гибкостью настроек. Приобретать такое устройство пользователю следует лишь при уверенности, что он сможет правильно программировать работу термостата.

Виды терморегуляторов

Приспособления, предназначенные для регуляции температуры, могут быть классифицированы по различным основаниям. Выпускаются изделия, рассчитанные на разные виды монтажа: на стену или на дин-рейку. Варьируются поддерживаемый диапазон измерений и число каналов. Однако в первую очередь они различаются по строению, в зависимости от того, какие механические узлы и электронные компоненты в них задействованы.

Механические термостаты

Это наиболее простые изделия, лишенные электронной «начинки», чаще всего они используются для контроля температуры жилых помещений. Их работа базируется на способности некоторых материалов изменять свои характеристики под воздействием меняющейся температуры. Задавать рамки полагается посредством вращения колеса. При выходе за них возникает замыкание или разрыв электроцепи, ведущие к подключению дополнительных нагревательных элементов или отрубанию имеющихся.

Плюсы такой конструкции – надежность, долговечность, простота управления, способность функционирования при минусовых температурах, стойкость к скачкам напряжения. Основным минусом является вероятность погрешности, в ряде случаев довольно значительной (до 3 градусов). Кроме того, изделия нельзя назвать бесшумными: при срабатывании они издают щелкающие звуки.

Биметаллические пластины

При нагревании такая пластинка деформируется и открывает сомкнутые контакты. Вследствие этого к нагревательному элементу прибора перестает поступать ток. Остывая, пластинка возвращается в прежнюю позицию, и контакты соединяются снова. Тогда электроэнергия опять подается на соответствующий элемент, что влечет за собой нагревание. Такая конструкция вмонтирована в электрические чайники, плиты, утюги.

Газонаполненные датчики

Газовые термостаты включают в себя заполненную газом трубу и контактные элементы. При помещении в жидкость газ расширяется и провоцирует замыкание контакта. Размыкание происходит, когда жидкая среда охлаждается. Конструкция устанавливается в водонагреватели, отопительные приборы на масле.

Читать еще:  Как работает капсульная кофемашина nespresso

Важно! Плюсами этого и предыдущего типов являются автоматическая регуляция и бюджетная цена, минус – отсутствие места для вариативных гибких настроек, что ограничивает сферу применения.

Восковые терморегуляторы

Эти аппараты состоят из герметически запаянной камеры, снабженной пробкой из воска, и стерженька из металла. При нагревании плавящийся воск вытесняет стержень наружу, и последний инициирует изменения в электрической цепи. Такие конструкции широко применяются в автомобилестроении, а также при проектировании смесителей.

Электронные термостаты

Их применяют в разного рода системах контроля климата, в конструкциях теплого пола. Они включают в себя датчик температуры, электронный ключ и блок контроля, генерирующий команды подключения и выключения нагревательных элементов. Приборы снабжены электронным табло, на котором репрезентируются температурные данные. Они бывают с закрытой и открытой логикой. Гибкость настроек и расширенные возможности управления присущи только второму типу, такие изделия выпускаются с кнопочным или сенсорным управлением.

Двухзонные термостаты

Двухзонный терморегулятор предоставляет возможность параллельного управления двумя отопительными системами, к примеру, кухни и жилой комнаты. Некоторые модели ограничиваются возможностью выбора из нескольких заданных программ, другие – дают возможность самостоятельного задания параметров. Термодатчики надо помещать в местах, куда не проникают влага и прямые лучи солнца.

Термостат 12 В

Использование терморегулятора 12 вольт практикуется в аквариумах, тепличных помещениях, при инкубации яиц. Прибор состоит из датчика и блока контроля. Температурные ограничения задаются самим пользователем. Как источник питания используется аккумулятор в 12 вольт. Преимущества такого устройства – несложное управление и низкая цена.

Применение регуляторов и датчиков температуры

Устройства устанавливаются как в жилых комнатах, так и в производственных помещениях. Если существует необходимость в регуляции работы теплого пола, можно купить прибор, снабженный двумя датчиками, один из которых монтируется на поверхность пола (будучи заточенным под считывание данных с твердых поверхностей), а другой – помещается на стену и работает с температурой воздуха. Терморегуляторы применяются и в бытовых приборах, работающих с температурными перепадами, а также в производстве автомобилей.

Без применения устройств контроля температуры не будет возможным слаженное функционирование систем и приборов, работающих с температурными перепадами. При выборе прибора нужно обращать внимание на то, насколько его конструкция и настройки подходят системе, в которой ему придется работать.

Видео

Система охлаждения двигателя с электронным регулированием

На параметры работы двигателя, среди прочего, существенно влияет оптимальный температурный режим охлаждающей жидкости. Повышенная температура охлаждающей жидкости при частичной нагрузке обеспечивает благоприятные условия для работы двигателя, что положительно влияет на расход топлива и токсичность отработавших газов. Благодаря пониженной температуре охлаждающей жидкости при полной нагрузке мощность двигателя увеличивается, вследствие охлаждения всасываемого воздуха и тем самым увеличения его количества, поступающего в двигатель.

Применение системы охлаждения с электронным регулированием температуры позволяет регулировать температуру жидкости при частичной нагрузке двигателя в пределах от 95 до 110°C и при полной нагрузке – от 85 до 95°C.

Система охлаждения двигателя с электронным регулированием оптимизирует температуру охлаждающей жидкости в соответствии с нагрузкой двигателя. Согласно программе оптимизации, заложенной в память блока управления двигателем, посредством действия термостата и вентиляторов достигается требуемая рабочая температура двигателя. Таким образом, температура охлаждающей жидкости приведена в соответствие с нагрузкой двигателя.

Схематично система охлаждения с электронным управлением показана на рисунке.

Рис. Система охлаждения с электронным управлением:
1 – расширительный бачок; 2 – радиатор системы отопления; 3 – клапан отключения радиатора системы отопления; 4 – распределитель охлаждающей жидкости с электронным термостатом; 5 – масляный радиатор коробки передач; 6 – датчик температуры охлаждающей жидкости (на выходе жидкости из двигателя); 7 – датчик температуры охлаждающей жидкости (на выходе жидкости из радиатора); 8 – масляный радиатор; 9 – вентиляторы; 10 – основной радиатор системы охлаждения; 11 – жидкостный насос

Основными отличительными составляющими системы охлаждения с электронным регулированием от обычной является наличие распределителя охлаждающей жидкости с электронным термостатом. В связи с введением электронного регулирования системы охлаждения в блок управления двигателем поступает следующая дополнительная информация:

  • электропитание термостата (выходной сигнал)
  • температура охлаждающей жидкости на выходе из радиатора (входной сигнал)
  • управление вентиляторами радиатора (2 выходных сигнала)
  • положение потенциометра у регулятора системы отопления (входной сигнал)

Распределитель представляет собой устройство для направления потока охлаждающей жидкости в малый или большой круг.

Рис. Принципиальная схема работы распределителя охлаждающей жидкости с электронным термостатом:
1 – поток жидкости от основного радиатора; 2 – зона отстоя охлаждающей жидкости при закрытой клапанной тарелке; 3 – большая клапанная тарелка; 4 – поток жидкости от двигателя; 5 – поток жидкости от системы отопления; 6 – поток жидкости от масляного радиатора; 7 – поток жидкости от жидкостного насоса; 8 – малая клапанная тарелка; 9 – электронный термостат; а – циркуляция жидкости по малому кругу; б – циркуляция жидкости по большому кругу

В термостате в отличие от обычных систем охлаждения установлен дополнительное нагревательное сопротивление 3.

Рис. Электронный термостат:
1 – штифт; 2 – наполнитель; 3 – дополнительное сопротивление

При нагревании охлаждающей жидкости наполнитель 2 разжижается и расширяется, что ведет к подъему штифта 1. Когда к нагревательному сопротивлению не поступает ток, термостат действует как традиционный, однако температура его срабатывания повышена и составляет 110°C (температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя). В наполнитель встроено нагревательное сопротивление 3. Когда на него подается ток, оно нагревает наполнитель 2, который при этом расширяется, в результате чего штифт выдвигается на определенную величину «x» в зависимости от степени нагрева наполнителя. Штифт 1 теперь перемещается не только под действием нагретой охлаждающей жидкости, но и под действием нагревания сопротивления, а степень его нагревания определяет блок управления двигателем в соответствии с заложенной в него программой оптимизации температуры охлаждающей жидкости. В зависимости от характера импульса и времени его подачи изменяется степень нагревания наполнителя.

Распределитель размещен вместо подсоединительных штуцеров у головки блока цилиндров и представляет собой устройство для направления потока охлаждающей жидкости в малый или большой круг.

Малый круг служит для быстрого прогрева двигателя после запуска холодного двигателя. Система оптимизации температуры охлаждающей жидкости при этом не работает. Термостат в распределительной коробке препятствует выходу охлаждающей жидкости из двигателя и открывает кратчайший путь к насосу. Радиатор не включен в круг циркуляции охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость циркулирует по малому кругу. Положение клапанных тарелок таково, что возможно движение охлаждающей жидкости только к насосу. Охлаждающая жидкость нагревается очень быстро, чему способствует циркуляция ее только по малому кругу.

Теплообменник системы отопления и масляный радиатор включены в малый круг.

Ход охлаждающей жидкости в большой круг открывается или посредством термостата в регуляторе по достижению температуры примерно 110°C, или в соответствии с нагрузкой двигателя по программе оптимизации температуры охлаждающей жидкости, заложенной в блок управления двигателем.

При полной нагрузке двигателя требуется интенсивное охлаждение охлаждающей жидкости. На термостат в распределителе поступает ток, и открывается путь для жидкости из радиатора. Одновременно посредством механической связи малая клапанная тарелка перекрывает путь к насосу в малом круге.

Насос подает охлаждающую жидкость, выходящую из головки блока непосредственно к радиатору. Охлажденная жидкость из радиатора поступает в нижнюю часть блока двигателя и оттуда засасывается насосом.

Возможна также комбинированная циркуляция охлаждающей жидкости. Одна часть жидкости проходит по малому кругу, другая – по большому.

Управление термостатом в оптимизированной системе охлаждения двигателя (движение охлаждающей жидкости по малому или большому кругу) осуществляется в соответствии с трехмерными графиками зависимости оптимальной температуры охлаждающей жидкости от ряда факторов, основными из которых являются нагрузка двигателя, частота вращения коленчатого вала, скорость движения автомобиля и температура всасываемого воздуха. По этим графикам определяется величина номинальной температуры охлаждающей жидкости.

Термостат срабатывает лишь тогда, когда фактическая величина температуры охлаждающей жидкости выходит за пределы поля допуска номинальной величины температуры, что и обеспечивает постоянство нахождения фактической температуры в поле допуска номинальной температуры.

Фактические значения температуры охлаждающей жидкости снимаются с двух различных мест контура системы охлаждения и передаются в блок управления двигателем в виде сигналов по напряжению. Датчики температуры охлаждающей жидкости на выходе из двигателя и на выходе охлаждающей жидкости из двигателя в распределителе работают как датчики с отрицательным температурным коэффициентом. Номинальные величины температуры охлаждающей жидкости заложены в память блока управления двигателем в качестве графических зависимостей.

При эксплуатации двигателя в странах с суровым климатом может применяться дополнительный электроподогрев для повышения температуры охлаждающей жидкости. Дополнительный подогрев состоит из трех свечей накаливания. Они встроены в месте подсоединения магистрали охлаждающей жидкости к головке блока. По сигналу от блока управления реле включает малый или большой подогрев. В зависимости от резерва по току генератора включаются одна, две или три свечи накаливания для подогрева охлаждающей жидкости.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector