Термостаты. Что такое термостат и как он работает? Статья компании Элемаг

Термостаты

Вам слишком жарко? Тогда вам захочется охладиться. Вам слишком холодно? Значит нужно согреться. Наши тела – это удивительные саморегулирующиеся механизмы, которые могут постоянно приспосабливаться, чтобы поддерживать температуру в пределах 37 ° C. Но остальной мир не так устроен. Если мы хотим, чтобы в наших домах поддерживалась более или менее постоянная температура, мы должны постоянно включать и выключать обогреватели – или, в качестве альтернативы, полагаться на умные устройства, называемые термостатами, которые сделают эту работу за нас. Что они собой представляют и как работают? Заглянем внутрь!

 

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?

Наверняка вы где-либо уже видели терморегулятор, размещенный на стене или бытовой технике для управления системой отопления . И  хотя на самом устройстве указывается температура, это не термометр . Это называется термостатом , современным словом на основе два древних греческих: термо- (значение тепла ) и Статос (что означает стоячие и связанный с такими словами , как стаз, статус – кво, и статическим электричеством, означающим оставаться таким же). Уже по названию мы можем сказать, что термостат – это то, что «сохраняет тепло одинаково»: когда температура контролируемого отопления или технологического процесса слишком низкая, термостат включает отопление, поэтому температура быстро повышается; как только температура достигает установленного нами уровня, термостат отключает нагрев. Для контроля охлаждения термостат работает аналогично: пока температура больше установленной, охладители работают, как только достигается граничное значение, они отключаются.

Давайте просто проясним разницу: термометр – это то, что измеряет температуру; термостат – это то, что пытается поддерживать температуру (поддерживать ее примерно такой же).

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

1. Внешний диск позволяет установить температуру, при которой термостат включается и выключается.
2. Циферблат соединен цепью с датчиком температуры (биметаллическая полоса, показанная здесь красным и синим), который включает и выключает электрическую цепь путем изгиба.
3. Биметаллическая («двухметаллическая») пластина состоит из двух отдельных металлических полос, скрепленных между собой: кусок латуни (синий) прикручен к железному элементу (красный).
4. При нагревании железо расширяется меньше, чем латунь, поэтому биметаллическая полоса изгибается внутрь при повышении температуры.
5. Биметаллическая пластина образует часть электрической цепи (серый путь). Когда полоска остыла, она прямая, поэтому она действует как мост, по которому может течь электричество. Включен контур и нагрев. Когда полоса более горячая, она изгибается и разрывает цепь, поэтому электричество не может течь. Теперь цепь отключена.

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.

 

Фото1: Как работает восковой термостат. Воск (синий) находится внутри запечатанной камеры (серый), в которой находится металлическая игла (серебряная). При повышении температуры воск плавится, расширяется и выталкивает иглу из камеры (желтые стрелки). Поднимающаяся стрелка включает или выключает любое устройство, которым управляет термостат. Пружина (не показано) тянет весь механизм снова, когда температура падает. Фото2: вот внутренняя часть регулятора душа со смесителем, показывающая, как на самом деле выглядит восковой термостат.  Маленький черный цилиндр посередине – это восковой термостат, который перемещается внутрь и наружу, регулируя подачу горячей и холодной воды, поддерживая более или менее постоянную температуру смешанной воды (выходящей из душевой лейки). На этой фотографии показана пружина, которая отводит термостат назад, когда температура падает, а восковой термостат снова сжимается.

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.

Температурные клапаны, установленные на радиаторах центрального отопления, обычно используют восковые термостаты. Когда радиаторы нагреваются до установленного вами уровня, восковые клапаны расширяются и уменьшают поток воды через радиатор, пока температура снова не упадет.  В сочетании с комнатными термостатами такие клапаны могут защитить ваш дом от перегрева – и это хороший способ как сэкономить энергию и деньги, так и внести свой вклад в борьбу с глобальным потеплением .

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.

Установить терморегулятор на батарею | sma:hem

экономия каждый месяц если менять температуру батареи

300 мегакалорий,

или 471 рубль

Рассчитайте для своего тарифа:
р.

за Гкал

Сейчас в очень-очень-очень многих российских домах используются батареи центрального водяного отопления – через них постоянно и бесконтрольно течет горячая вода. При этом мало кто беспокоится об утечках тепла, а многие им даже рады – иначе слишком жарко. Чтобы достичь комфортной температуры, когда батарея жарит на полную, часто просто открывают окно. Результат? Вы каждый месяц получаете коммунальный счет за тепло, которое потратили на обогрев улицы.

Вместо этого вы можете установить терморегулятор или просто вентиль на батарею и самостоятельно управлять мощностью отопления. Как правило, каждый лишний градус отопления повышает расходы на отопление на 5%. Одновременно нужно поставить теплосчетчик, иначе разумное потребление тепла останется борьбой за идею.

Используя терморегулятор, вы можете снижать температуру ночью или днем, если все уходят по делам. Наоборот, рано утром и перед возвращением домой вы сможете включать отопление сильнее, чтобы согреть воздух до комфортной температуры.

Не забывайте о тепловой инерции – предметы ведь остывают не сразу, так что выключить отопление можно еще за пару часов до ухода.

Несколько терморегуляторов позволят устанавливать разную температуру в разных комнатах, ведь незачем отапливать на полную мощность помещение, в котором никого нет. И имейте в виду, что мощность отопления может быть ниже, если вы используете теплый пол и хорошо изолировали окна.

Еще один важный момент, который нередко вызывает непонимание и оборачивается перерасходом тепла – скорость обогрева. Многие, когда хотят быстро согреть комнату, ставят регулятор на завышенную температуру – например на 30 вместо 26 градусов. На самом деле температуры в 26 градусов воздух достигнет за одно и то же время, какую бы высокую температуру вы ни поставили: будь то 26, 28 или 40. Но если вы поставите 30, то скорее всего забудете вовремя переставить регулятор на 26. Так что просто сразу выбирайте нужную вам температуру.

Регулятор температуры – это не только средство экономии, но и мера безопасности, поскольку позволит сразу перекрыть подачу воды, если батарея вдруг станет протекать или лопнет.

Обычный терморегулятор обычно состоит из двух частей: клапана, который позволяет регулировать подачу воды через трубу, и надетой на него головки (термоголовки) для управления клапаном. Если точнее, то термоголовка надета на специальную иглу (шток) – это главный механизм управления клапаном.

Термоголовка заполнена специальным составом, который при нагревании расширяется, давит на шток и прикрывает клапан, сокращая подачу горячей воды и постепенно снижая температуру батареи. При охлаждении этот специальный состав сужается, и все происходит наоборот. Так термоголовка поддерживает заданную вами постоянную температуру. Поскольку такой терморегулятор сам меняет подачу воды, его иногда называют автоматическим.

В терморегуляторе с электрическим сервоприводом подачей воды управляет специальный медленный моторчик – сервопривод. Поскольку здесь нет автоматически адаптирующегося вещества, этот регулятор ориентируется на показания установленных в помещении температурных датчиков.

Управление батареей здесь выведено в отдельный модуль (термостат), который собирает и анализирует данные с датчиков и отдает команды сервоприводу. На этом термостате вы задаете батарее нужную температуру и график ее изменения. Часто термостаты подключены к онлайн-приложениям, которые позволяют управлять отоплением через компьютер или смартфон и создавать достаточно сложные сценарии, интегрируя батареи в умный дом.

Как установить Нужно отсоединить батарею от подведенных к ней обеих труб и вкрутить клапаны терморегулятора между радиатором и трубам, а затем надеть на шток клапна термоголовку и настроить ее. Вот тут есть пример, как это можно сделать.

Если в вашем доме используется двухтрубное отопление – когда свежий теплоноситель поступает в каждую квартиру через отдельное ответвление от общей трубы и отработанный затем так же стекает во вторую, уходящую общую трубу – поставить регуляторы на свои батареи не составит никакого труда. Если установлена однотрубная система – когда свежий кипяток закачивается под крышу и затем по одной трубе постепенно стекает через все квартиры с этажа на этаж – вам нужно будет установить перемычку (байпас). Это делается для того, чтобы когда вы будете отключать свои батареи – жильцы нижних этажей могли по-прежнему получать тепло.

Обратите внимание, что если вы ставите терморегуляторы в городской квартире – нужно обязательно предупредить об этом управляющую компанию или ТСЖ, даже если у вас двухтрубное отопление и вы можете вентилями самостоятельно перекрыть подачу воды на свою батарею.

Регулятор с сервоприводом устанавливается примерно так же, но вместо термоголовки на трубу ставится сервопривод, который затем подключается к электросети и к термостату. Некоторые специалисты рекомендуют для более плавного управления подачей воды ставить привод на уходящую трубу с отработанной водой (обратку), а на входящую трубу устанавливать лишь вентиль – чтобы можно было перекрыть воду в нужный момент.

Создание контроллера температуры батарейного отсека (BBTC) на базе Arduino

Введение

В этом посте представлена ​​конструкция пользовательского электронного устройства с открытым исходным кодом, которое будет использоваться для контроля и управления температурой до четырех аккумуляторных ящиков.

Справочная информация

Запас хода электромобиля значительно сокращается из-за холодных аккумуляторов, а согласно последним спецификациям литиевых аккумуляторов для зарядки требуется температура выше 32F. Таким образом, батареи электромобилей должны иметь температурный режим в холодном зимнем климате (например, в Чикаго), чтобы иметь приемлемый зимний диапазон и оставаться в пределах спецификаций для литиевых батарей.

Нагревательные батареи с нихромовой проволокой

Нихромовая проволока нагревается при прохождении через нее тока. Подобная «термооболочка аккумулятора» содержит нихромовую проволоку и подключается к сети переменного тока 120 В для подогрева (стартерной) батареи:

Изолированный батарейный отсек с нагревателем

«Термооболочку аккумулятора» можно разобрать для повторного использования внутри нихромовая проволока. Вот пример изолированного аккумуляторного ящика электромобиля с нагревателем из нихромовой проволоки на дне:

С таким изолированным батарейным отсеком и обогревателем зимой температура батареи может повышаться.

Мониторинг и контроль температуры батарейного отсека

Температура батарей контролируется, чтобы убедиться, что она выше 32F, а в оптимальном варианте больше похожа на 72F. Датчик температуры, наподобие электронного термометра, будет располагаться сверху посередине батарей в боксе. Микрокомпьютер Arduino считывает датчик температуры и отображает текущую температуру на маленьком ЖК-дисплее. Нагреватель также будет включаться и выключаться Arduino, выступающим в роли термостата. Arduino включит нагреватель, если температура батареи ниже «заданной минимальной температуры», например, 32F, и выключит нагреватель, если температура превысит «заданную максимальную температуру», например. 72Ф. Будет реализована программируемая пользователем функция, позволяющая устанавливать точки минимальной и максимальной температуры.

Микрокомпьютер Arduino и расширение «Shield»

Вот готовая плата Ardunio Uno (доступна в Radio Shack и во многих других онлайн-магазинах примерно за 25 долларов):

Одна из замечательных особенностей Arduino заключается в том, что их можно расширить, установив сверху один или несколько «щитов» (например, «дочерние платы»). Здесь перечислены сотни шилдов: http://shieldlist.org/  Вот пример «стопки шилдов» на Arduino:

Контроллер температуры аккумуляторного отсека (BBTC)

Описанный здесь контроллер температуры аккумуляторного отсека будет разработан как Arduino Shield.

BBTC будет иметь следующие характеристики:

• 4 реле для независимого управления до 4 нагревателями батарейного отсека
• Каждое реле рассчитано на 2 А при 120 В переменного тока (поэтому каждый нагреватель может иметь мощность до 240 Вт)
• 4 разъема датчика температуры
• Небольшой ЖК-дисплей для отображения температуры и помощи пользователю в программировании температуры
• Кнопки программирования (подробности будут позже)

 

Пожалуйста, , следите за обновлениями , чтобы не пропустить новые сообщения по этой теме по ходу разработки!

 

Компенсация температуры батареи — SunWize

In Batteries for Solar Systems by Kayla Jlassi 1 марта 2018 г.

Температурная компенсация батареи

Ниже приводится обсуждение температуры батареи и влияния теплой и холодной погоды на заданные значения заряда батареи. Если ваши аккумуляторы подвергаются воздействию теплой или холодной погоды, важно, чтобы ваше зарядное устройство имело температурную компенсацию, чтобы максимально продлить срок службы аккумуляторов, гарантируя, что они получают надлежащие настройки перезарядки при любых погодных условиях.

Что такое температурная компенсация аккумулятора и зачем она нужна

Химический состав свинцово-кислотных аккумуляторов способствует более легкому течению энергии при высоких температурах и затруднению при низких температурах. Это влияет на то, сколько энергии батарея может поглотить в процессе перезарядки. Большинство уставок напряжения зарядного устройства установлены для комнатной температуры, 25 ° C [77 ° F], поэтому, если эта уставка не отрегулирована для температуры, аккумулятор может перезарядиться и выделять газ, когда он слишком теплый, или недозаряд и сульфат, когда он слишком холодный. Конечным результатом любого сценария является аккумулятор с сокращенным сроком службы, иногда значительно, если он подвергается воздействию экстремальных условий.

Регулируя напряжение заряда в зависимости от температуры, аккумулятор можно правильно заряжать в теплую и холодную погоду круглый год. Некоторые зарядные устройства имеют внутренний датчик температуры, а некоторые — выносные датчики температуры. Если зарядное устройство находится в одном корпусе с батареями, а внутренняя температура примерно такая же, значит, внутренний датчик в порядке. Если зарядное устройство и аккумуляторы находятся в отдельных корпусах, то более подходящим будет выносной датчик температуры.

Некоторые зарядные устройства имеют фиксированное напряжение температурной компенсации (например, -5 мВ/°C/элемент), а другие могут иметь регулируемую уставку. Регулируемая уставка может быть полезной, поскольку разные производители аккумуляторов могут рекомендовать разные значения температурной компенсации. (например, батарея Deka рекомендует -3 мВ/°C/элемент, Concorde рекомендует -4 мВ/°C/элемент, Crown рекомендует -3 мВ/°C/элемент, а Rolls рекомендует -4 мВ/°C/элемент)

Как рассчитать напряжение заряда с температурной компенсацией

Чтобы найти новое напряжение заряда с поправкой на температуру, вам необходимо знать 4 вещи:
1. номинальное напряжение вашей системы
2. напряжение заряда при 25°C [77° С] 3. Ваше значение температурной компенсации
4. Температура

Пример 1: давайте использовать систему 24 В, с напряжением заряда 28,6 В, значением температурной компенсации -5 мВ/°C/элемент и температурой батареи 40°С.

От напряжения системы имеется 12 ячеек батареи (24В/2В на ячейку).

-0,005 В/°C/ячейка x 12 ячеек = -0,06 В/°C. Значение температурной компенсации составляет от 25°C, поэтому 40°C-25°C = 15°C x -0,06 В/°C = -0,9 В + 28,6 В = 27,7 В. Таким образом, напряжение заряда аккумулятора при 40°C будет 27,7 В.

Пример 2: давайте использовать систему 12 В, с напряжением заряда 14,1 В, температурной компенсацией -3 мВ/°C/элемент и температурой батареи 5°C.

От системного напряжения имеется 6 ячеек батареи (12В/2В на ячейку).

-0,003 В/°C/ячейка x 6 ячеек = -0,018 В/°C. Значение температурной компенсации составляет от 25°C, поэтому 5°C-25°C = -20°C x -0,018 В/°C = 0,36 В + 14,1 В = 14,46 В. Таким образом, напряжение заряда батареи при 5 ° C будет ~ 14,4 В.

---

Не оставляйте аккумуляторы на морозе без температурной компенсации заряда аккумуляторов!

Хотите знать, какой аккумулятор выбрать?

Начните с посещения нашей страницы батарей VRLA, чтобы увидеть информацию о брендах, которые мы предлагаем, включая MK-DEKA, Rolls, Concorde, UPG, Outback Power и другие!

Интересуетесь различиями между различными типами аккумуляторов VRLA, AGM и GEL? Перейдите на нашу страницу технических заметок Gel vs AGM!

Свяжитесь с нами по бесплатному телефону

(866) 827-6527

Головной офис

SunWize Power & Battery, LLC.