Для чего служит термостат
Что такое термостат и какой у него принцип работы
Термостат – это простой прибор, который можно встретить в системе охлаждения автомобиля, в различной бытовой или климатической технике, а также в системах автоматизации на промышленном производстве.
Что такое термостат
Термостат – это дискретный механический прибор, который при достижении заданной уставки по температуре, изменяет своё состояние или состояние своих электрических контактов.
Эти контакты, например, могут использоваться в релейных электросхемах, запуская или останавливая различные агрегаты или передавать информацию о достижении температуры в систему автоматизации АСУТП. Само слово происходит от двух греческих слов: «θερµο-», что означает тепло и «στατός» — стоячий, неподвижный.
В отличие от аналоговых датчиков температуры, таких как термопара или термометр сопротивления, термостат не покажет истинное значение температуры в определённый момент времени. Задача его заключается лишь в том, чтобы при выставленном заранее значении температуры «сработать», то есть изменить своё состояние. После этого в зависимости от типа термостата выполняются требуемые при регулировании действия.
Термостаты применяют в устройствах или системах, которые что-либо нагревают или охлаждают до заданных температурных значений. Например, в холодильниках, отопительных приборах, системах охлаждения автомобильных двигателей, промышленных печах и др.
Из чего состоит термостат и какой у него принцип работы
Устройство термостата и его принцип работы зависят от используемого типа чувствительного элемента. Это могут быть биметаллические пластинки или металлические капсулы с капиллярными трубками, заполненные жидкостью или газом.
Биметаллическая пластина представляет собой две разнородные металлические полоски с разными коэффициентами теплового расширения, которые сваривают вместе. Во время нагрева одна из металлических пластин расширяется больше, что приводит, при достижении заданной температуры, к её изгибанию или выпрямлению.
Механически передвигаясь таким образом, биметаллическая пластина может замкнуть или разомкнуть электрические контакты или, например, открыть клапан охлаждающей жидкости.
Ещё один из распространенных видов термостата – капиллярный. Его работа основана на первом законе термодинамики, согласно которому при изменении температуры в термодинамической системе, она должна выполнять механическую работу до тех пор, пока не придет в равновесное состояние.
Капиллярный термостат включает в себя следующие элементы:
При нагреве металлической капсулы изменяется объём её содержимого, которое через капиллярную трубку давит на мембрану реле и при достижении заданной температуры происходит замыкание или размыкание его контактов.
У всех типов термостатов задание температуры происходит механически, поворачивая регулировочный винт, либо жёстко задано производителем на определённую температуру.
Назначение термостата
Как было сказано выше, основной задачей термостата является контроль за температурным режимом. Сфера использования термостатов очень широкая: от утюга в маленькой квартире до огромных печей на промышленных объектах. Они применяются в различной технике, отопительных системах, кондиционерах и бытовых приборах.
Термостат делает их использование безопасным и в то же время комфортным, поскольку регулирование температуры осуществляется автоматически.
Термостаты могут быть уже встроенными или применяться дополнительно, например, в смесителях для воды, для корректировки работы газовых котлов или подогрева пола.
Автомобильный термостат – обязательный компонент для системы охлаждения двигателя. Он помогает поддерживать необходимую температуру, не допуская перегрева.
Виды и типы
Термостаты можно разделить в зависимости от диапазона рабочих температур:
Также термостаты классифицируются в зависимости от стабильности и точности срабатывания. Их характеризирует отклонение от заданной температуры:
Как проверить работу термостата
Для проверки термостата можно использовать следующий метод: при изменении температурной уставки должны быть слышны характерные щелчки при прохождении значения температуры, равной температуре окружающей среды – замыкание и размыкание контактов.
Если термостат съёмный, то можно попробовать нагреть его чувствительный элемент и проверить срабатывание.
Если, например, рассмотреть термостат в духовке, то задав определенную температуру, после прогрева можно понаблюдать за пламенем горелки: если оно уменьшилось и остается на одном уровне, то все в порядке. Точности полученного результата можно достигнуть, используя термометр.
Правильность срабатывания уставочного значения термостата можно при помощи термометра или мультиметра с термопарой. Такой способ подойдет, например, для стиральной машины. Также поможет тестер, который подсоединив к контактам термостата покажет их замыкание и размыкание.
Какие могут быть неисправности термостата
Основные неполадки данного прибора всех разновидностей — это постоянно замкнутые или разомкнутые контакты, независимо от показателей температуры. Еще одна из неисправностей – это большая погрешность, то есть несоответствие температурных показателей заданным.
Термостат и терморегулятор – в чем разница
Терморегуляторы – это более ёмкое понятие. Термостаты являются их частью.
Современные терморегуляторы имеют аналоговые входа от датчиков, с возможность отображения измеряемой температуры на дисплее и аналоговые и дискретные выхода для управления технологического процесса. Имеют возможность записи измеряемых параметров в память и вывода графика процесса регулирования.
Задача термостата намного проще – переключить контакты при выставленном значении температуры.
Что такое электромагнитное реле, их виды и принцип работы
Принцип работы и схема подключения теплового реле
Виды терморегуляторов для теплого пола
Что такое электроконтактный манометр, назначение, принцип работы, схема подключения и обзор популярных моделей
Для чего нужен магнитный пускатель и как его подключить
Что такое импульсное реле — схема подключения для управления освещением
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.
Что такое термостат в автомобиле и как он работает
Одним из наиболее важных компонентов системы охлаждения в автомобиле является термостат. Он отвечает за контроль температуры охлаждающей жидкости и смену режима ее подачи в двигатель. От исправности работы этого небольшого узла непосредственно зависит скорость и эффективность прогрева мотора после запуска, защищенность агрегатов от перегрева. Чтобы иметь возможность оперативно отреагировать на возможные неполадки в функционировании термостата, необходимо понимать его задачи и конструкцию.
Что такое термостат и для чего он нужен
С точки зрения механики термостат – это автоматический температурный контроллер, отвечающий за поддержание требуемого температурного уровня в замкнутой термодинамической системе. Устройства данного типа широко используются в самом разном нагревательном оборудовании, включая бытовые и промышленные приборы. В конструкцию автомобильного двигателя термостат добавляется для управления подачей антифриза (тосола) в системе охлаждения. Благодаря этому компоненту обеспечивается:
Кроме того, благодаря использованию термостата увеличивается рабочий ресурс двигателя, так как сокращается временя работы двигателя в экстремальных температурных диапазонах.
Как работает термостат в автомобиле
Главная задача термостата – управление клапаном и, соответственно, потоком охлаждающей жидкости, в системе охлаждения двигателя. Для этого в конструкции термостата предусмотрен особый термочувствительный элемент.
Основными элементами в конструкции автомобильных термостатов независимо от их модели являются:
Корпус устройства может быть металлическим (латунным, медным) либо пластиковым. Для заполнения термочувствительного элемента, как правило, используется вещество на основе технического воска. При достижении температуры в +82 градуса воск начинает таять, увеличивается в объеме и давит на крышку клапана, в результате чего он открывается. Для более эффективного таяния в технический воск добавляют различные присадки – медные, алюминиевые либо графитовые порошки.
Пока двигатель не набрал требуемую температуру, охлаждающая жидкость также остается холодной, поэтому пропускной клапан закрыт, а антифриз движется по малому кругу – непосредственно вокруг ГБЦ и самого блока цилиндров. А когда температура в двигателе поднимается до рабочих значений (примерно 75-95 градусов) термочувствительный элемент реагирует на это и открывает клапан, после чего антифриз выходит на большой круг, обеспечивая полноценное охлаждение силовой установки.
Возможные неисправности термостата
При своем большом значении этот элемент характеризуется относительно небольшим сроком службы – в среднем менять термостат приходится каждые 2-3 года. Поэтому следует заранее разобраться, какие неисправности могут возникнуть в нем. Как правило, автомобилисты сталкиваются с 3 основными проблемами в его работе:
Таким образом, наиболее опасной поломкой термостата является постоянно закрытый клапан. Эксплуатация автомобиля в этом случае может обернуться серьезными поломками вплоть до полного выхода двигателя из строя. Однако и рано открывающийся либо постоянно открытый клапан не следует игнорировать.
Читайте также: Основные признаки неисправности термостата н автомобиле.
Как понять, что термостат неисправен
Проверить работу термостата следует при выявлении перегрева или чересчур долгого разогрева двигателя. К счастью, это сделать можно и своими силами.
Заведите автомобиль и дайте ему поработать на холостых оборотах. В это время найдите под капотом шланги системы охлаждения, а также 2 толстых шланга (диаметром примерно 5 см), которые с 2 сторон подходят к радиатору. В течение первых минут толстые шланги, входящие в большой круг системы охлаждения, не должны нагреваться – в это время антифриз циркулирует по малому кругу. Если же их температура быстро повышается, то это свидетельствует о том, что основной клапан термостата открыт.
О постоянно закрытом термостате будет свидетельствовать холодный шланг, идущий от радиатора, при нагретом почти до красной зоны моторе. В целом, факт такого нагрева уже сам по себе является признаком неисправности, поэтому следует как можно быстрее обратиться на СТО для комплексной проверки системы охлаждения и замены термостата.
Читайте также: Почему закипают автомобили и что делать в такой ситуации.
Автомобильный термостат: что это такое и как он работает?
Автомобильный термостат является важным узлом системы охлаждения двигателя. Он располагается между мотором и радиатором машины. Термостат представляет собой автоматическую пробку, открывающуюся при нагреве охлаждающей жидкости до заданной температуры, чтобы к системе охлаждения подключались радиатор и рубашка охлаждения двигателя.
Таким образом, с одной стороны автомобильный термостат позволяет мотору быстрее прогреваться до рабочей температуры, вследствие чего уменьшается его износ и ограничивается выброс вредных веществ в атмосферу, а с другой – предотвращает его перегрев (смотрите основные причины, по которым перегревается двигатель).
Устройство и принцип работы термостата
Принцип работы автомобильного термостата основан на способности специального термочувствительного элемента переключать поток охлаждающей жидкости в зависимости от её температуры:
Устройство автомобильного термостата не очень сложное, его основными частями являются:
Большинство автомобильных термостатов производят из латуни, меди или пластика. Рабочий материал термочувствительного элемента в термостате – технический воск. При нужной температуре он расширяется, давит на основной клапан и открывает его. Так быстро таять воску помогают входящие в его состав порошки меди, графита и алюминия.
Переходя из твердого состояния в жидкое, воск расширяется и своим давлением выталкивает головку, которая открывает клапан, пропуская поток охладителя от термостата к радиатору системы охлаждения двигателя.
Кстати, вы можете самостоятельно провести небольшой эксперимент, который наглядно продемонстрирует работу термостата. Для этого достаточно погрузить термостат в кастрюлю с водой и поставить ее на огонь. По мере нагревания воды клапан термостата откроется приблизительно на 2-3 см.
Как проверить термостат на работоспособность
Перед тем, как проверять термостат на работоспособность, нужно понимать какие неисправности у него могут возникнуть в принципе, и в чём они проявляются. Всего таких неисправностей может быть три:
1. Термостат постоянно открыт. Если основной клапан термостата вследствие поломки остается все время открытым, то охладитель будет постоянно проходить через радиатор и рубашку охлаждения двигателя. При этом мотору потребуется довольно много времени для достижения оптимальной рабочей температуры.
В летнее время года такая поломка, как правило, остается даже незамеченной, а вот зимой, особенно в сильный мороз, прогреть мотор до рабочей температуры будет крайне тяжело.
2. Термостат постоянно закрыт. Если основной клапан термостата не открывается, то жидкость в системе охлаждения постоянно циркулирует по малому кругу. При этом двигатель очень быстро перегревается, в результате чего его может и вовсе заклинить.
В этом случае ездить на автомобиле до замены термостата мы не рекомендуем. Добраться же к ближайшему автомагазину или СТО своим ходом можно включив печку в салоне на максимальный обдув. При этом нужно постоянно следить за тем, чтобы стрелка указателя температуры двигателя не переходила в красную зону.
3. Термостат открывается слишком рано. Обычно это происходит либо с контрафактными автомобильными термостатами, сделанными народными умельцами из комплектующих низкого качества, либо с термостатами с характеристиками не подходящими для данной комплектации автомобиля.
Если клапан термостата открывается при слишком низкой температуре (ниже +75 °C), тогда двигатель, как правило, прогревается значительно дольше положенного времени. При этом мотор не может выйти на оптимальный тепловой режим, что приводит к увеличению расхода топлива.
Проверка термостата в автомобиле
Алгоритм проверки термостата, не снимая его с автомобиля, очень прост. Чтобы проверить, открывается ли термостат, от вас потребуется выполнить лишь несколько действий:
Если стрелка указателя температуры двигателя находится у красной зоны, но при этом один из шлангов горячий, а второй холодный, то с высокой вероятностью можно утверждать о том, что термостат не открывается и его необходимо заменить на новый.
Больше о неисправностях системы охлаждения двигателя и профилактике их появления читайте в нашей статье о техническом обслуживании системы охлаждения.