Основные модификации термостатов и их применение

Термостат (от греч. therme - тепло, жар; statos - стоящий, неподвижный), прибор для поддержания заданной температуры. Термостатами называют две группы приборов:

1. законченное устройство. например, лабораторный термостат для поддержания заданной температуры для культивирования микроорганизмов;
2. датчик, который при достижении некоторой установленной температуры, включает или отключает исполнительный механизм.

Также термостаты подразделяются на два вида - механические и электронные. В механических термостатах используются механические (физические) свойства материалов, например, изменение геометрии материала или его объема. Особенность механических термостатов заключается в том, что они не имеют собственного электропотребления. В электронных термостатах используется термодатчик, показания с которого считываются электронной схемой термостата.

Ртутные термостаты являются одним из самых первых типов термостатов и сейчас ввиду токсичности ртути не используются.
Существует два принципа работы ртутных термостатов:

1. ртуть, поднявшись до назначенной высоты в термометрическом сосуде, замыкает электрические контакты или воздействует на некоторое устройство. Точность такого термостата достигала 0,01°С. Данный термостат применялся в основном в промышленных условиях.
2. ртутный датчик закреплен на биметаллическом элементе, который при изменении температуры изменяет свою положение или конфигурацию и приводит в действие ртутный датчик. Точность этого термостата зависела от точности биметаллического элемента и достигала 0,5°С. Термостат применялся как в промышленных так и в домашних условиях.
   

 Колба с ртутью присоединена к биметаллическому элементу, реагирующему на температуру и наклоняющему колбу в ту или другую сторону. Когда колба наклоняется в одну сторону, происходит замыкание контактов, в другую сторону – контакты размыкаются.

Биметаллический элемент (диск, катушка, лента), в силу присущих ему свойств, при достижении температуры срабатывания резко изгибается, приводя в действие исполнительный механизм – электроконтакты или клапан. В исходное состояние термостат возвращается либо автоматически, либо при воздействии на биметаллический элемент. Такие термостаты соответственно называются термостаты с автоматическим сбросом и термостаты с ручным сбросом. Данный вид термостатов обычно применяют в системах защиты систем от перегрева или переохлаждения. Широко применяются регулируемые механические термостаты, в которых при помощи ручки можно устанавливать желаемый уровень температуры. Обычно используют в недорогих системах контроля температуры – домашние нагреватели, тепловые завесы и т.п.. Точность такого термостата обычно в диапазоне 0,5°С...4°С и очень сильно зависит от качества используемого биметалла.

Восковые термостаты обычно применяются для регулирования температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения автомобильных двигателей. Регулируя поток охлаждающей жидкости и смешивая жидкость разных температур (циркулирующую по большому и малому контурам) термостат позволяет поддерживать температуру охлаждающей жидкости на оптимальном уровне (в зависимости от марки автомобиля) 70-95°С. При низких температурах воск имеет твердую консистенцию, но при нагреве двигателя воск плавится и расширяется. В герметичной камере, в которой находится восковая пластина, расположено специальное устройство, в случае увеличения рабочей температуры, открывающее клапан. Воск, используемый в термостатах, отличается от обычного парафинового воска: он содержит меньше молекул углерода, что и определяет его физические свойства.
Существуют также решения использования воскового термостата в системах отопления.

Капиллярные термостаты обычно используют для поддержания заданной температуры в системах отопления, газовых печах, бойлерах, системах защиты от перегрева. По способу исполнения различают термостаты настроенные на заданную температуру и регулируемые термостаты. Термостат состоит из колбы, наполненной газом или жидкостью, соединенной с управляющим элементом при помощи тонкой трубки - капилляра. Конец трубки помещен в корпус термостата и соединен с диафрагмой. При нагреве газ (жидкость) расширяется и давит на диафрагму, которая приводит в действие исполнительный механизм – электрические контакты или клапан, регулирующий поток теплоносителя.

В зависимости от точности срабатывания термостата различают две основные схемы электронных термостатов:

1. в качестве измерительного устройства используется механические термостаты, «показания» с которых снимаются помощью электронного исполнительного устройства. Точность измерения таких термостатов обычно не очень высока.
2. в качестве измерительного датчика используются электронные измерительные устройства – термопары, резисторные датчики, p-n переходы полупроводниковых приборов, инфракрасные датчики.

Поступающая информация с измерительных устройств подается на электронную схему, которая подает команду(ы) на исполнительное устройство. Такие электронные термостаты являются более точными приборами. Существует большое разнообразие таких термостатов – с индикаторами температуры, программируемые, регулируемые и т.д. Основное достоинство электронных термостатов это возможность значительного удаления измерительного датчика от схем управления. Область применения – системы кондиционирования, системы «теплый пол», домашние электронагреватели с цифровым отображением информации, электропечи и т.д. и т.п.

Представляют собой достаточно сложное устройство. Предназначены для регулирования от -120°С до 400°С (в зависимости от модели) и точного поддержания (до 0.01К) температуры в лабораторных условиях. Общий принцип действия термостата основан на поддержании заданной температуры путем нагревания и охлаждения жидкого теплоносителя, циркулирующего в рабочей ванне. Подогрев теплоносителя и поддержание заданной температуры осуществляется с помощью нагревателя и датчика температуры, расположенных в резервуаре, и электронного регулятора, охлаждение – путем теплообмена с окружающей средой, а при температурах близких к окружающей - дополнительно с помощью теплообменника.

Предназначены для регулирования и точного поддержания температуры в лабораторных и/или промышленных условиях. Общий принцип действия термостата основан на поддержании заданной температуры путем нагревания и охлаждения газа-теплоносителя (в частности воздух), циркулирующего в рабочей камере термостата. Инкубатор – один из примеров термостата суховоздушного

Автор, Александра Перевозчикова, инженер-менеджер компании Скат-Технолоджи (www.scat-technology.ru)