За счет чего работает термостат
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.
Термостат: принцип работы,виды,устройство,фото,видео.
Автомобильные двигатели охлаждаются во время работы тосолом или антифризом. Важным элементом такой системы охлаждения служит термостат. Он расположен между мотором и радиатором, и благодаря ему температура двигателя остается в заданных пределах.
Принцип работы термостата
После того как двигатель завели, ему нужно прогреться до рабочей температуры. Чтобы ускорить, этот процесс, охлаждающая жидкость не поступает в радиатор, а циркулирует по малому кругу через рубашку охлаждения и радиатор печки. Блокирует ее поток именно термостат.
Когда же двигатель нагреется до 95 градусов, клапан термостата сработает, и тосол начнет циркулировать уже по большому кругу через радиатор, охлаждая таким образом мотор. Когда открывается клапан основной циркуляции, малый круг перекрывается. Принцип работы термостата основан на физических свойствах воска, который находится у него внутри. При температуре в 82˚С воск плавится.
В жидком состоянии он увеличивается в объеме и выталкивает штырь, который и открывает клапан. При охлаждении двигателя воск в термостате застывает, штырь возвращается на место, клапан закрывается. Воск плавится быстро, благодаря примесям из порошка графита, меди и алюминия.
Из чего состоит термостат
Делают автомобильные термостаты из меди или латуни. Устроены они достаточно просто. Стандартный термостат состоит из таких деталей:
Другими словами, все устройство автомобильного термостата – это цилиндр, возвратный штырь, два клапана и шарик воска. Именно проста и надежность конструкции объясняет тот факт, что она не изменяется на протяжении многих лет, и такие термостаты ставят даже на самые современные модели автомобилей.
В различных марках машин термостаты настраивают на разный температурный режим открывания. Ее обычно указывают на самом устройстве. Бывают бескорпусные термостаты. Их ставят прямо в блок двигателя.
Наполнитель термостата
Термостат может иметь различные виды наполнителя в основе своей конструкции. Мы уже упоминали, что выделяют жидкостной наполнитель и твердотельный. Принцип работы и устройство этих решений практически одинаково. Отличия заключаются только в повышенной герметизации жидкостной конструкции, а также в индивидуальных физических свойствах самого наполнителя и его чувствительности к температурным колебаниям зависимо от состава.
Функции и место расположения 
После того как мотор выходит на оптимальную рабочую температуру, становится необходимым поддерживать этот показатель в строгих рамках до самого момента остановки двигателя, а в ряде случаев и некоторое время после прекращения работы ДВС. Главной задачей устройства является контроль и распределение потока нагретой жидкости охлаждения внутри системы по отводу тепла от двигателя.
Термостат может быть расположен в различных местах, зависимо компоновки двигателя в подкапотном пространстве, а также место его установки напрямую зависит от модели силового агрегата. Также на место установки устройства влияют и конструктивные особенности реализации самой охлаждающей жидкостной системы. В большинстве случаев термостат находится в месте выхода охлаждающей жидкости из головки блока цилиндров. Вторым наиболее распространенным местом его установки считается вход центробежного насоса охлаждающей жидкости (помпы).
Термостат с электронным управлением
Электронные термостаты устанавливаются на современные двигатели для более точного регулирования температурного режима в тех либо иных условиях работы двигателя.
Для получения наибольшего КПД температура двигателя должна поддерживаться примерно на отметке в 110 ºС. Поскольку обычный механический термостат пропускает жидкость к большому контуру уже при температуре около 95ºС, то двигатель так и не выходит в режим оптимальной температуры и максимальной эффективности. Механизм с электронным управлением позволяет уменьшить инерционность срабатывания, что позволяет двигателю больше времени работать в высокотемпературном диапазоне. Электронное управление помогает повысить эффективность мотора, уменьшить вредные выбросы в атмосферу.
В целом конструкция напоминает обычный механический термостат, в который дополнительно вмонтирован нагревательный элемент. Электронный термостат рассчитан на большую температуру двигателя. В момент пиковых нагрузок для предотвращения перегрева в работу включается нагревательный элемент. Ускоренный нагрев твердого наполнителя позволяется уменьшить время открытия клапана. Нагревательным элементом управляет ЭБУ двигателя, который с датчиковой аппаратуры считывает количество оборотов коленчатого вала, температуру поступающего воздуха, степень нажатия педали акселератора и другие необходимые данные.
КАК ПРОВЕРИТЬ ТЕРМОСТАТ
Не снимая термостат с автомобиля, проверить его работу можно приблизительно условно. Исключения составляют случаи, когда он заклинил в полностью открытом или закрытом положении. В таком случае по температуре патрубков, времени прогрева и датчику температуры можно сделать вывод о возможной неисправности термостата.
В горячей воде термостат должен открыться
Можно проверить термостат и своими силами, сняв его с автомобиля. Для этого его или поливают кипятком, визуально наблюдая открытие, или греют в емкости с водой на электроплитке, контролируют температуру градусником и замеряют длину выдвижения штока. Оба эти метода дают весьма неточный результат, не позволяя отобразить петлю гистерезиса работы термостата и сравнить ее с образцовой, полученной в лаборатории завода-изготовителя.
Профессионально проверить термостат можно только в специализированных точках диагностирования, так как неправильная его работа бывает связана с другими неполадками двигателя, которые нужно уметь различать. Если у вас нет нареканий на работу двигателя, который зимой «удерживает» стрелку термометра в нормальной зоне, а летом не перегревается, то с вашим термостатом все в порядке. Точная диагностика работы термостата подразумевает участие опытного специалиста и специального оборудования.
КАКИЕ БЫВАЮТ НЕИСПРАВНОСТИ ТЕРМОСТАТА?
Если термостат заклинил в полностью закрытом положении — возможен перегрев двигателя в любом режиме движения при любой температуре воздуха и даже в небольшой мороз. Если термостат открывается, но не до конца, двигатель перегревается, но может и не «закипеть» — все зависит от режима эксплуатации машины.
Если клапан термостата «завис» в полностью или частично открытом состоянии — до рабочей температуры двигатель будет прогреваться долго, а в зимнее время рабочая температура может быть и не достигнута. С исправной системой охлаждения при температуре воздуха ноль градусов двигатель должен прогреваться до рабочей температуры при движении за 5–10 минут. В случае неполного открытия — температура двигателя не будет подниматься выше 70 градусов.
КАК ОПРЕДЕЛИТЬ, РАБОТАЕТ ТЕРМОСТАТ ИЛИ НЕТ?
Нужно прогреть двигатель, чтобы температурная стрелка немного не доходила до красной зоны. Затем выключить двигатель, открыть капот, найти верхний шланг радиатора. Он крепится сверху и представляет черный резиновый шланг примерно 5 см в диаметре. Найти нижний шланг, он выглядит как и верхний.
Дотроньтесь до шлангов, но осторожно, так как они могут быть горячими. Если датчик температуры двигателя показывает, что он нагрелся, а один шланг горячий, а другой холодный, вероятнее клапан термостата закрыт и охлаждающая жидкость не проходит через радиатор. Термостат нужно заменить на новый.
Есть «народный способ» проверки на работоспособность. Нужно положить термостат в сосуд с горящей (температура около 100 градусов) водой. Далее смотрим визуально, если клапан открывается — рабочий. Если нет — нерабочий термостат, меняем на новый. Данный способ предусматривает снятие термостата с машины.
5 признаков неисправного термостата
Такие признаки неисправности термостата могут возникнуть как через механическое повреждение вроде заклинивания штока, так и при использовании некачественной ОЖ.
Чтобы проверить работу термостата и принимать решение о его замене, стоит произвести простейшую проверку методом кипячения. Так как на корпусе детали пишется температура срабатывания, вы наглядно можете убедится как работает термостат поместив его в горячую воду с термометром.
ТЕРМОСТАТ С ЖИДКИМ НАПОЛНИТЕЛЕМ.
Таких устройств давно нет в природе (отечественных с 1983 г), но все же для ознакомления мы затроним эту тему.
Изделие, в основе которого лежит латунный цилиндр. Внутри последнего находится жидкость, которая состоит из дистиллированной воды и эфирного спирта
Крепление цилиндра осуществляется на специальном штоке, а к второму краю, которого приварен специальный клапан.
Последний опирается на седло и фиксируется в кожухе устройства. В корпусной части есть четыре окна, которые позволяют жидкости поступать из охладительной рубашки к насосу даже при запертом клапане.
Принципа работы термостата, имеющего жидкостный наполнитель, выглядит следующим образом.
В момент пуска силового узла происходит прижатие клапана к седлу, благодаря упругой структуре гофрированного цилиндра.
Как следствие, доступ к основному радиатору блокирован, и охлаждающая жидкость не идет по большому кругу.
Через специальные окна жидкость попадает в насос, а после снова возвращается в рубашку системы.
Подобный принцип позволяет ОЖ быстрей набирать рабочую температуру.
Как только уровень последней достигает 67-70 градусов, происходит закипание жидкости в системе термостата и увеличение давления.
Гофрированный цилиндр расширяется и оказывает давление на шток. Одновременно с этим открывается клапан, и перекрываются окна, через которые жидкость поступает к насосу.
Далее охлаждающая жидкость направляется через клапан к основному баку радиатора, распределяясь по его трубкам и одновременно охлаждаясь до безопасной температуры.
После охлажденная жидкость возвращается к насосу и в общую систему. Цикл повторяется.
ТЕРМОСТАТ С ТВЕРДЫМ НАПОЛНИТЕЛЕМ.
Всегда устанавливается на отечественных и импортных легковых и грузовых авто.
В основе устройства — церезин (специальный воск), который смешивается с медным порошком и устанавливается в специальном баллоне (выполняется из латуни или меди).
Между крышкой и баллоном установлена мембрана, выполненная из резины. В последнюю упирается шток (также резиновый).
В верхней части баллон объединяется с клапаном, который упирается в седло. Под клапаном монтируется пружина, которая упирается в подковообразную направляющую, соединенную с корпусом (фланцем) и удерживающая клапан в закрытом положении.
В процессе работы силового узла и нагрева ОЖ происходит прогрев баллона и повышение температуры находящегося внутри воска.
Когда воск прогревается до 65-70 градусам Цельсия, начинается процесс плавления и его увеличения в объеме.
Как следствие, состав действует на мембрану, а последняя через специальный шток воздействует на клапан, открывая его. Благодаря этому, нагретая жидкость поступает в радиатор.
Открытие клапана происходит при температуре 78-82 °С. А вообще температуры начала открытия клапана для разных двигателей и условий эксплуатации лежат в диапазоне от 70 до 92 °С с допуском ±2°С.
В случае снижения температуры до уровня 65-67 градусов Цельсия происходит обратный процесс преобразования воска — он становится твердым и уменьшается в объеме.
Как следствие, пружина разжимается и перекрывает проход в термостате (жидкость направляется по меньшему кругу). Далее ОЖ идет к насосу и снова в систему охлаждения.
Одноклапанный, двухклапанный и двухступенчатый термостат
Решение с одним клапаном отличается простотой конструкции и связанной с этим надежностью. Автопроизводители по всему миру отдают предпочтение такому виду конструкции и оборудуют большинство своих автомобилей именно таким устройством.
Отдельным видом термостата с одним клапаном является двухступенчатая конструкция. Установка такого решения обусловлена тем, что некоторые системы охлаждения в процессе работы создают очень высокое давление охлаждающей жидкости. Клапану термостата сложно преодолеть такое давление. По этой причине конструкция двухступенчатого терморегулятора получила решение, которое подразумевает наличие двух тарелок клапана, которые называют малой и большой. Первой в термостате открывается малая тарелка, которой необходимо заметно меньшее усилие для преодоления созданного в системе давления. Малая тарелка открывается легче, а уже при открытии взаимодействует с большой тарелкой и попросту тянет её за собой. Открытие большой (основной) тарелки термостата до конца открывает канал прохода охлаждающей жидкости.
Если в первом случае термостат имеет один клапан с двумя тарелками, то двухклапанный регулятор получил два отдельных клапана, которые находятся в едином корпусе. Первый клапан является основным и служит для перекрытия большого круга при движении охлаждающей жидкости в системе. Второй клапан является перепускным и отвечает за циркуляцию жидкости по малому кругу. Работа клапанов синхронизирована. Когда один из них перекрывает канал ОЖ, другой осуществляет открытие нужного контура. Указанная конструкция термостата нашла широкое применение в конструкции легковых авто и грузовиков, которые являются продуктами автоиндустрии из стран СНГ.
Диагностика поломки
На серьезные неполадки в системе охлаждения Вам укажет явное отклонение от нормальных показаний указателя температуры ОЖ на панели приборов в салоне. При нормальной работе системы охлаждения ДВС и температуре воздуха за бортом около ноля градусов Цельсия, силовой агрегат должен выходить на рабочую температуру под нагрузкой в движении за 5–10 минут.
Единственное условие-исправность самого температурного датчика, указателя на панели прибоов и системы охлаждения. Если герметичность системы и функциональность других элементов не нарушена, уровень ОЖ в расширительном бачке находится на нужной отметке, тогда явными признаками неисправности термостата являются:
Выявить неисправность термостата достаточно просто. После запуска холодного мотора верхний патрубок радиатора должен быть холодным и оставаться таковым определенный период времени. Если все в норме, значит ОЖ циркулирует только по «рубашке охлаждения» мотора (малый круг) и доступ в режиме прогрева в радиатор для нее перекрыт клапаном термостата.
Когда верхний патрубок теплеет практически сразу, тогда налицо нарушенная циркуляция. Это означает, что главный клапан устройства открыт и охлаждающая жидкость сразу идет по большому кругу. В результате ДВС не способен прогреться до оптимальной рабочей температуры. Такое явление означает, что присутствует ускоренный износ деталей силовой установки. Трущиеся пары агрегата не получают смазки в должной мере, так как непрогретый мотор имеет отличные от нормы тепловые зазоры. Масло также остается слишком загущенным и теряет свойства, что приводит к повышенному расходу горючего и преждевременному износу ДВС.
Случается и так, когда клапаны термостата подклинивают только периодически. Неисправность исчезает сама по себе, потом проявляется вновь. В таких случаях говорят, что термостат «залипает». Эта поломка более коварна, так как неисправность при таких симптомах сложнее выявить. Следует проверить состояние системы охлаждения и произвести профилактическую замену термостата. Не следует дожидаться ухудшения ситуации.
Существует еще один способ проверки работоспособности термостата, но данное решение востребовано крайне редко. Речь идет о демонтаже и последующей проверке термостата в условиях, приближенных к реальной эксплуатации. Для этого термостат кладут в емкость с водой и начинают её нагревать. Когда температура воды достигнет порога открытия клапана термостата, тогда исправное устройство отреагирует должным бразом. Наполнитель расширится и откроет клапан приблизительно на 20 мм. Если этого не произошло совсем, клапан открылся только частично или не вернулся после охлаждения в исходное состояние, тогда можно говорить о неисправности устройства.