Терморегуляторы для отопления: принципы работы и основы правильного монтажа. Автоматическое регулирование основных теплотехнических параметров

В статье мы выясним, какими могут быть терморегуляторы для домашнего отопления. Мы разберем базовые принципы работы разных устройств этого типа и расскажем, как их правильно устанавливать. Начнем, однако, с нескольких общих понятий.

Зачем это нужно

А в самом деле, зачем нужен терморегулятор для отопления? Наши бабушки и дедушки прекрасно обходились без него и вовсе не страдали…

Экономия

Помните, какой была квартплата во времена бабушек и дедушек? В конце семидесятых, в двухкомнатной квартире на Дальнем Востоке, где рос автор, она составляла примерно 15 рублей. Зимой, вместе с отоплением и электричеством.

Для сравнения: зарплата младшего научного сотрудника в местном институте тогда составляла примерно 120 рублей. Средняя зарплата по городу, благодаря северному и районному коэффициенту — больше двухсот. Переживать из-за двух-трех рублей, которые переплачивались за избыток тепла, никому не приходило в голову: проще было открыть форточку.

Однако: еще на уровне проекта все радиаторы снабжались прадедушкой нынешних терморегуляторов — трехходовым краном. Он позволял уменьшить расход теплоносителя через радиатор, полностью или частично направив поток воды в перемычку.

Сейчас большая часть инициатив государства сводится к двум основным тезисам:

Гражданам это не нужно.
А за это они должны платить сами.

Дотаций на содержание жилья больше нет, ЖКХ в упадке, квартплата растет, ну а мы… приспосабливается так, как можем.

Терморегуляторы для радиаторов отопления в совокупности с теплосчетчиками — один из способов сократить расходы на обогрев жилья. Тепла потребляется ровно столько, сколько необходимо для поддержания комфортной температуры дома. Не больше.

Удобство

Да, термостаты — не единственный инструмент, с помощью которого можно добиться экономии тепла. Регулировка радиаторов отопления может выполняться и вручную — дросселем или обычным вентилем.

Но, как обычно, есть нюансы:

Дроссель регулирует проходимость подводки. При колебаниях температуры теплоносителя теплоотдача отопительного прибора будет тоже меняться.
Потребность в тепле меняется в зависимости от температуры на улице. Подстраивать проходимость дросселя или вентиля вручную несколько раз в сутки несколько утомительно.

Альтернатива дросселю — термостат — представляет собой полностью автоматический и погодозависимый регулятор отопления. Если в комнате из-за поднявшейся температуры воды в батарее становится жарко — он уменьшит расход воды через нее.

Если похолодало — он приоткроется. И все это произойдет без вашего участия.

Принцип работы

Конкретных реализаций регуляторы отопления насчитывают бесконечно много. В основе же лежит всего два базовых принципа регулировки.

Механический регулятор

Давайте посмотрим, как устроена термостатическая головка Данфосс RAW-K 5030.

В основе механизма — емкость с жидкостью или газом, обладающим высоким коэффициентом теплового расширения. Емкость стремится прижать клапан, перекрыв поступление воды; ей противостоит обычная пружина.
Грубая настройка осуществляется простейшим винтовым механизмом. Чем ближе исходное положение термочувствительного элемента к клапану — тем меньший ход ему нужен, чтобы перекрыть поступление воды.
Кроме того, многие терморегуляторы на радиаторы отопления включают дополнительный подстроечный механизм — простейший дроссель. Он помогает откалибровать термостат так, чтобы шкала условных значений на нем соответствовала реальным температурам в диапазоне от 7 до 28 градусов.

Однако: точную регулировку можно выполнить и обыкновенным дросселем, смонтированным на второй, свободной от термостата подводке к отопительному прибору.

Тот же принцип использует, к слову, автоматический регулятор тяги для твердотопливных котлов. Проблема несоответствия хода заслонки и изменения размеров термочувствительной емкости решается предельно просто — использованием рычага с плечами разной длины.

Электрический регулятор

Все электрические терморегуляторы отопления используют способность некоторых материалов менять свои характеристики при изменении температуры.

Разумеется, в данном случае речь идет об электрических характеристиках:

Терморезистор меняет свое сопротивление при изменении температуры. Соответственно при постоянном напряжении через него будет течь больший или меньший ток. Так, к примеру, часто работает регулятор скорости вращения вентилятора отопителя. При небольшой потребляемой мощности весь ток может течь непосредственно через терморезистор.

Более сложная схема, однако, позволит управлять и большими токами. Таким образом, работает комнатный регулятор отопления VRT 40 от Vaillant: при токе через терморезистор в доли ампера он может управлять электрическим котлом мощностью в десятки киловатт.

Термопара — еще более любопытное устройство. Если спаять вместе две пластинки из разных металлов — например, из нихрома и алюминий-никелевого сплава — в месте соединения возникнет разница потенциалов. Причем она будет динамически меняться при колебаниях температуры точки спайки.

Возникающий ток будет исчисляться милливольтами, и сам по себе недостаточен, чтобы привести в движение какой-либо клапан; однако на то есть транзисторы. Управляющий сигнал может быть сколь угодно малым и при этом управлять большими токами.

Каскад транзисторов теоретически позволит обычной термопаре управлять подачей тепла не то что на радиатор — хоть на целый многоквартирный дом.

При общем принципе работы электрические терморегуляторы могут быть аналоговыми или цифровыми. Первые позволяют лишь простейшую настройку температуры и чаще всего снабжаются простейшим индикатором, совмещенным с управлением — колесиком со шкалой. Вторые могут не только задавать текущую температуру, но и программироваться на сутки или неделю.

Кроме того, цифровые индикаторы делятся еще на две категории:

Устройства с закрытой логикой позволяют лишь настройку базовых параметров в рамках заводской прошивки. Они относительно просты в настройке, но обладают ограниченными производителем возможностями. Типичный образец — автоматический регулятор отопления Calormatic 430 от Vaillant.

Устройство с открытой логикой могут перепрограммироваться полностью. Вместо так называемых однократок — нестираемых микросхем с прошивкой — они снабжаются обычной флеш-памятью с открытым интерфейсом.

Эти устройства редко применяются в системах отопления частных домов: сложность настройки и высокая цена отпугивают покупателей. Зато возможности, которыми обладает терморегулятор отопления с открытой логикой, впечатляют.

Приведем список функций украинского регулятора отопления Взлет РО-2:

Регулировка температуры с учетом тепловой инерции здания.
Расчет температурного графика, компенсирующего резкие колебания температуры на улице.
Защита тепловой сети от перегрузок путем нормирования расхода горячей воды.
Построение графика температур для административных зданий с учетом режима их работы.
Расчет расхода теплоносителя согласно действующему договору с поставщиком тепла.

Легче сказать, чего этот терморегулятор не может. Кроме того, если потребуются дополнительные функции — его можно перепрошить.

Правила монтажа

Термостатические головки

Если радиаторы отопления с терморегулятором поставляются уже готовыми к подключению, то купленный отдельно термостат нужно еще смонтировать.

Как сделать это своими руками правильно?

Сам способ установки ничем не отличается от сборки прочих резьбовых соединений. Не забудьте про хрупкость латунного корпуса: при сборке резьбовых соединений избегайте больших усилий. Лучшая подмотка для резьбы, которую несложно найти в любом магазине — сантехнический лен; чтобы сделать его более долговечным — пропитайте прядь льна любой краской.
Терморегулятор для радиаторов отопления всегда располагается на подающей нитке подводки. На обратной нитке будет отличной идеей врезать вентиль, позволяющий полностью отсечь отопительный прибор. Если в термостатическую головку не встроен дроссель для ручной калибровки — вентиль можно заменить отдельным дросселем.

Внимание: наличие перемычки при установке ЛЮБОГО дросселя или терморегулятора обязательно. Без нее вы будете регулировать проходимость стояка или всего контура отопления частного дома.

В случае двухтрубной системы отопления использование дросселей обязательно. Они нужны для балансировки контура: ближние к котлу или элеватору батареи придется прижать, уменьшив расход теплоносителя через них. Иначе дальние радиаторы просто не станут греть — вплоть до разморозки в сильные холода.

Балансировка выполняется при полностью открытых термостатических головках (максимальное значение температуры на циферблате). Лишь после того, как все отопительные приборы начнут нагреваться до примерно одинаковой температуры, можно настраивать и калибровать термостаты.

Если вами монтируется система отопления в одноэтажном частном доме, лучшим выбором станет ленинградка — однотрубный контур по периметру дома, параллельно которому, не размыкая его, врезаются отопительные приборы.

Схема подключения — нижняя или диагональная. На одну из подводок ставится дроссель (балансировка здесь не необходима, но желательна). На вторую — термостат.

Головка обычно ставится горизонтально. С чем связана инструкция? Дело в том, что при вертикальной установке теплочувствительный элемент часто попадет в поток восходящего от радиатора горячего воздуха. Понятно, что его температура будет иметь мало общего со СРЕДНЕЙ температурой в комнате.

Электронные регуляторы

Правила монтажа зависят от того, где находится термодатчик регулятора.

Если он встроен в управляющую панель, ее нужно монтировать сообразно вполне понятным ограничениям:

Высота над уровнем пола — не меньше 80 сантиметров. Близко к полу температура заметно ниже. Особенно при открытой форточке или двери в прихожую.
Вне восходящих потоков воздуха от любых отопительных приборов и вообще греющихся конструкций. Тепло от задней панели холодильника будет влиять на калибровку датчика не хуже радиатора.
Прямые солнечные лучи тоже повлияют на работу прибора. Разместите панель с датчиком в тени.
Наконец, неразумным будет располагать панель электронного регулятора там, где стену часто задевают проходящие рядом обитатели дома.

Если терморегулятор использует выносной датчик — все пункты, кроме последнего, будут относиться именно к расположению датчика. Панель монтируется там, где вам удобно.

Заключение

В видео в конце статьи вы сможете ближе познакомиться с некоторыми видами терморегуляторов и правилами их монтажа. У разных производителей требования к установке могут довольно заметно отличаться, так что не забывайте ознакомиться с инструкцией.

Автоматическое регулирование - это очень удобно. При помощи терморегулятора для теплиц вы можете поддерживать в сооружении требуемую температуру воздуха.

Виды терморегуляторов и их характеристика

Выделяется множество типов термостатов. Чтобы сделать правильный выбор, необходимо знать их особенности. Существует 3 основных типа.

Электронный термостат. Имеет жидкокристаллический дисплей, что дает возможность получать точную информацию о состоянии .
Сенсорные устройства. Хороши тем, что в них можно задать программу работы, что дает возможность создавать различную температуру в разное время суток.
Механическое изделие. Наиболее простая установка, позволяющая контролировать температуру почвы. При этом температура задается один раз, а потом вы просто корректируете ее. Идеальный вариант для небольших парников.

Как выбрать терморегулятор

Выбирая термостат, следует руководствоваться тем, что вы желаете получить в конечном счете. Прежде всего следует обратить внимание на такие характеристики:

особенности установки;
способ управления;
внешний вид;
мощность;
наличие или отсутствие дополнительных функций.

При выборе терморегуляторов для теплиц особое внимание стоит уделить мощности. Она должна быть больше, чем требуемая мощность обогрева грунта. Берите с запасом! При этом вся работа контролируется датчиком. Он может быть:

внешним;
скрытым.

Цепь может состоять из нескольких элементов. Внешний вид терморегуляторов тоже бывает разным. Монтаж может быть или навесным, или скрытым.

Особенности установки

При монтаже системы своими руками стоит знать, что регулятор ведет работу от датчиков - освещенности и температуры. Днем температура в строении будет выше, ночью ниже. В зависимости от этого меняется и отопление. Параметры для терморегулятора такие:

предел освещенности - от 500 до 2600 люкс;
отклонение в питании прибора - до 20%;
диапазон температур - от +15 до 50 градусов;

при переходе предела освещенности перепад температурного значения - до 12 градусов;
точность - около 0,4 градуса.

При установке своими руками системы следует знать, что в терморегулятор входит блок корректировки и блок регулирования температур. Выполнить их можно на транзисторах. Варьировать температуру позволяет переключатель. Реле можно объединить с нагревательным устройством для печки при помощи контактов. На регуляторе может находиться выходное реле, контролирующее обогрев.

В датчики включены фоторезисторы и терморезисторы. Они реагируют на различные изменения в окружающей среде. Установить настройки можно согласно инструкции, представленной изготовителем.

Настроить установку своими руками следует, начав с градуирования шкалы резистора. Сначала датчики опускают в подогретую воду, а затем определяют температуру. Далее ведется градуирование датчика освещения. Собирать регулятор температур разрешается внутри теплиц. Располагают его вблизи нагревательного устройства, в качестве которого может выступать печка.

Обзор терморегулятора (видео)

Как вести работу с терморегулятором

Терморегуляторы, вне зависимости от того, сделаны они своими руками либо приобретены в магазине, очень схожи по принципу действия. Ввиду этого работать с ними легко. Чем характеризуется работа с устройством?

Прокручивать меню помогает специальная кнопка.
Регулировка температуры происходит вручную.
В памяти аппарата можно записывать настройки для быстрого включения.
Применение специальных кнопок позволяет вести контроль над работой котла и печки, устанавливать характеристики обогрева.
Если есть дисплей с показаниями, можно узнать, каким является обогрев в данныйпериод времени.

Помимо прочего, терморегуляторы дают возможность вести управление котлом для обогрева теплицы.

После того как на контроллер подается питание, датчики опрашиваются на предмет получения информации в реальном времени. Затем контроллер ведет сравнение показаний и уже записанной информации для дня или ночи и подбирает необходимые настройки для терморегулятора.
По прошествии 5 минут происходит активизация терморегулятора, а котел начинает работу.
Если обогрев недостаточный, начинают функционировать нагреватель с насосом. Подается команда об увеличении подачи топлива, что увеличивает обогрев.

Терморегуляторы многофункциональны. С их помощью можно обогреть теплицу и задать требуемую температуру для воздуха в строении, а также обогреть грунт и воду.

Регулятор способен поддерживать оптимальные условия среды в любой . Некоторые устройства включаются и работают самостоятельно, что очень удобно. Подключают их к контроллеру, датчикам тепла, печке и котлу. В итоге вести контроль над температурным режимом можно в полной мере.

Изготовление простого регулятора своими руками

Выполнить регулятор своими руками можно из стандартного бытового термометра. Однако его придется модифицировать.

Сначала разберите устройство, но помните, что действовать нужно осторожно.
В шкале, в месте расположения области требуемого предела регулирования, выполняется отверстие. Его диаметр должен быть меньше 2,5 миллиметров. Напротив него фиксируется фототранзистор. Берется листовой алюминий, делается уголок, в котором просверливается 2,8-миллиметровое отверстие. Фототранзистор приклеивают на клей «Момент» в гнездо.
Ниже отверстия фиксируют уголок, чтобы при превышении температуры (днем) у стрелки не было возможности пройти отверстие. Это предотвратит включение обогрева, когда этого не требуется.
С наружной стороны на термометре устанавливают 9-вольтовую лампочку. В корпусе термометра для нее просверливают отверстие. Между шкалой и лампочкой внутри располагают линзу. Она нужна, чтобы устройство срабатывало четко.
Провода от лампочки проводятся через отверстие в корпусе, а провода от фототранзистора - через отверстие в шкале. Общий жгут помещают в хлорвиниловую трубку и фиксируют зажимом. Напротив лампочки сверлят 0,4-миллиметровое отверстие.

Кроме датчика в терморегуляторе должен быть стабилизатор напряжения. Также требуется фотореле. Питание стабилизатора ведется от трансформатора. В роли фотоэлемента для фотореле служит модифицированный транзистор вида ГТ109. Все, что нужно сделать, это удалить у его корпуса шляпку и обломать базовый вывод.
В качестве нагрузки используется механизм, выполненный из реле заводского исполнения. Работа в данном случае идет по принципу электромагнита, где стальной якорь идет внутрь катушки и оказывает влияние на микровыключатель, который зафиксирован при помощи 2 кронштейнов. А микровыключатель приводит в действие электромагнитный пускатель, сквозь контакты которого напряжение питания идет на нагревательный прибор.
Фотореле вместе с субблоками питания помещают в корпус, изготовленный из изоляционного материала. К нему крепят термометр на специальной штанге. На лицевой стороне находятся неоновая лампочка (она будет подавать сигнал о начале работы нагревательных элементов) и тумблер.
Чтобы регулятор работал точно, следует добиться четкой фокусировки света, исходящего от лампочки на фотоэлемент.

Как сделать термостат своими руками (видео)

Таким образом, несмотря на сложность работ, установка терморегулятора существенно упрощает уход за . Культуры, получающие оптимальный микроклимат, лучше развиваются, а значит, урожай будет значительно больше.

Установить счетчики и полагать, что экономия достигнута — заблуждение. Не стоит останавливаться на достигнутом! Изучив рынок энергосберегающего оборудования как следует, приходит понимание, что настоящая экономия начинается с установки термомайзера . Ведь этот прибор должен применяться в каждой системе отопления и горячего водоснабжения! Термомайзер – это автоматический регулятор температуры , как горячей воды, так и теплоносителя. Обустроив свою систему термомайзером, вы получаете возможность управления климатом в любом помещении и колоссальную экономию расхода горячей воды или теплоносителя, и как следствие — денег.

Как устроен термомайзер?

В состав термомайзера входит всего два компонента, это регулятор и электронное устройство управления. Первый компонент – регулятор, отвечает за автоматическое регулирование температуры подающейся воды для системы отопления или горячего водоснабжения. Второй компонент термомайзера – электронное устройство, в которое поступают данные с температурных датчиков, расположенных внутри и с наружи помещения, а так же на входе и на выходе теплоносителя. Полученные данные обрабатываются в соответствии с алгоритмом программы, производятся вычисления, по которым поступают команды уже непосредственно на регулятор.

Что умеют термомайзеры?

Выбирая различные программы, мы имеем возможность поддержания заданных температур воды и теплоносителя, графика системы отопления, регулировки температур обратного контура, теплоносителя в подающем трубопроводе по отклонению от заданной внутренней температуры помещения, регулировки при использовании таймера, отдельных режимов для праздников, выходных и ночи и ряда других опций. Термомайзеры оснащаются богатым функционалом и возможностями по экономии, от нас лишь требуется выбрать нужную модель, задать нужные данные и настроить режим.

Важной деталью в экономии является оснащение прибора уличным датчиком, особенно это актуально для весны, во время резких перепадов температуры ночи и дня. При мониторинге всей динамики перепадов, мы всегда имеем нужную нам температуру внутри помещения без перерасхода ресурсов и денег.

Какой термомайзер выбрать?

Выбирать термомайзер следует, отталкиваясь от имеющейся системы водоснабжения и отопления. Любая модель термомайзера позволит эффективно экономить теплоноситель и создаст необходимый микроклимат в помещении. В зависимости от типа регулятора, одни термомайзеры могут использоваться в системах общественных и административных зданий, другие будут более актуальны в открытой системе горячего водоснабжения и отопления, третий вид термомайзеров лучше применим в закрытых системах с насосным смешением, или как дополнительная опция в вентиляционных системах и системах кондиционирования. Самый влияющий фактор на экономию термомайзера – тип регулятора.

Наш завод изготавливает и поставляет весь модельный ряд следующих регуляторов температур:
термомайзер Р-2.Т, термомайзер Р-7.Т, термомайзер Р-8.Т, устройство управления Теплур и другиекомплектующие сверхэффективного энергосберегающего оборудования . Вы можете обратиться за консультацией по вопросам подбора, приобретения, доставки, монтажа и настройке термомайзеров по указанным контактам на странице с товаром.

Сколько служат термомайзеры и как они эксплуатируются

По сроку службы термомайзеры практически вечны, но качество теплоносителя оказывает прямую зависимость на время жизни прибора. Учитывая реалии, термомайзер свободно проработает 15-20 лет. Наш завод изготавливает регуляторы из качественных металлов, таких как нержавейка, латунь и чугун, что положительно сказывается на долговечности и бесперебойной работе приборов. Это дает значительные преимущества перед импортными приборами – конкурентами, выполненными из углеродистой стали, производства Danfoss и др. Качество первичного Российского теплоносителя значительно уступает европейскому, на который и рассчитаны импортные термомайзеры, их эксплуатация в отечественных системах будет сопровождаться множеством проблем.

Термомайзеры в техническом обслуживании вовсе не прихотливы. В принципе, никакого технического обслуживания и не требуется. Достаточно один раз первоначально настроить регулятор. Рекомендуется делегировать установку профессионалам.

Выгода при установке термомайзера

Часто, при прохождении теплоносителем контура отопительной системы он не остывает и имеет достаточно высокую температуру, что бы задействовать ее повторно. Как раз это и осуществляется с помощью термомайзера. За счет вторичного использования теплоносителя, мы достигаем существенной экономии. Административные, жилые и общественные здания могут подключаться по этой схеме.

На время, когда мы не используем помещение, например, в выходные или праздники, можно выставить минимальную температуру теплоносителя на термомайзере, что повлечет за собой значительное сокращение расхода теплоносителя.

Термомайзеры так же позволяют экономить тепловую энергию на производственных и торговых площадях. За эту энергию приходится платить немалые деньги по счетчику. Только представьте, какая переплата получается за выходные, праздники, ночное время суток и другие случаи, когда помещение не используется. На все эти случаи можно настроить определенные режимы в регуляторе термомайзера и не платить лишние деньги за перерасход теплоносителя.

Преимущества термомайзеров выражаются не только деньгами, не стоит забывать и о комфорте. Ведь возможность регулировки и поддержки на необходимом уровне температуры актуальна для многих помещений различных зданий и площадей.

Каждый огородник или садовод мечтает иметь на своем участке теплицу. Теплица — своеобразная курортная зона, где растения чувствую себя хорошо не зависимо от погодных условий. А как приятно и полезно получить урожай салата, редиса ранней весной, когда на только появившихся проталинках появляется печеночница обыкновенная!

Естественно, для получения подобных результатов необходимо не только построить хорошую теплицу, но и поддерживать там оптимальную температуру. Важна температура воздуха и почвы.

Эти факторы влияют на впитываемость полезных элементов, влаги; качественные и количественные показатели урожая; возникновение разнообразных заболеваний.

Любой огородник должен понимать, что существует прямая связь между температурой воздуха, грунта внутри теплицы, возможным урожаем. Однако многие соседствующие культуры любят разные режимы влажности и температуры. Оптимизировав размещение культур в теплице, можно пользоваться весомой температурной разницей в различных её частях.

В теплице, как и в не защищенном грунте, имеются температурные суточные колебания. Слишком резкие, превышающие 4 – 8 °С, перепады негативно отражаются на росте, развитии растений, урожайности. Приводят к частым болезням и гибели культур. В зависимости от вида растения температура почвы и воздуха в теплице должна находиться на отметке 14 – 25 °С.

По принципу регулирования все системы автоматического регулирования подразделяются на четыре класса.

1. Система автоматической стабилизации - система, в которой регулятор поддерживает постоянным заданное значение регулируемого параметра.

2. Система программного регулирования - система, обеспечивающая изменение регулируемого параметра по заранее заданному закону (во времени).

3. Следящая система - система, обеспечивающая изменение регулируемого параметра в зависимости от какой-либо другой величины.

4. Система экстремального регулирования - система, в которой регулятор поддерживает оптимальное для изменяющихся условий значение регулируемой величины.

Для регулирования температурного режима электронагревательных установок применяются в основном системы двух первых классов.

Системы автоматического регулирования температуры по роду действия можно разделить на две группы: прерывистого и непрерывного регулирования.

Автоматические регуляторы по функциональным особенностям разделены на пять типов: позиционные (релейные), пропорциональные (статические), интегральные (астатические), изодромные (пропорционально-интегральные), изодромные с предварением и с первой производной.

Позиционные регуляторы относятся к прерывистым САР, а остальные типы регуляторов - к САР непрерывного действия. Ниже рассмотрены основные особенности позиционных, пропорциональных, интегральных и изодромных регуляторов, имеющих наибольшее применение в системах автоматического регулирования температуры.

(рис. 1) состоит из объекта регулирования 1, датчика температуры 2, программного устройства или задатчика уровня температуры 4, регулятора 5 и исполнительного устройства 8. Во многих случаях между датчиком и программным устройством ставится первичный усилитель 3, а между регулятором и исполнительным устройством - вторичный усилитель 6. Дополнительный датчик 7 применяется в изодромных системах регулирования.

Рис. 1. Функциональная схема автоматического регулирования температуры

Позиционные (релейные) регуляторы температуры

Позиционными называют такие регуляторы, у которых регулирующий орган может занимать два или три определенных положения. В электронагревательных установках применяются двух- и трехпозиционные регуляторы. Они просты и надежны в эксплуатации.

На рис. 2 показана принципиальная схема двухпозиционного регулирования температуры воздуха.

Рис. 2. Принципиальная схема двухпозиционного регулирования температуры воздуха: 1 - объект регулирования, 2 - измерительный мост, 3 - поляризованное реле, 4 - обмотки возбуждения электродвигателя, 5 - якорь электродвигателя, 6 - редуктор, 7 - калориф.

Для контроля температуры в объекте регулирования служит термосопротивление ТС, включенное в одно из плеч измерительного моста 2. Величины сопротивлений моста подбираются таким образом, чтобы при заданной температуре мост был уравновешен, то есть напряжение в диагонали моста равнялось нулю. При повышении температуры поляризованное реле 3, включенное в диагональ измерительного моста, включает одну из обмоток 4 электродвигателя постоянного тока, который с помощью редуктора 6 закрывает воздушный клапан перед калорифером 7. При понижении температуры воздушный клапан полностью открывается.

При двухпозиционном регулировании температуры количество подаваемого тепла может устанавливаться только на двух уровнях - максимальном и минимальном. Максимальное количество тепла должно быть больше необходимого для поддержания заданной регулируемой температуры, а минимальное - меньше. В этом случае температура воздуха колеблется около заданного значения, то есть устанавливается так называемый автоколебательный режим (рис. 3, а).

Линии, соответствующие температурам τ н и τ в, определяют нижнюю и верхнюю границы зоны нечувствительности. Когда температура регулируемого объекта, уменьшаясь, достигает значения τ н количество подаваемого тепла мгновенно увеличивается и температура объекта начинает возрастать. Достигнув значения τ в, регулятор уменьшает подачу тепла, и температура понижается.

Рис. 3. Временная характеристика двухпозиционного регулирования (а) и статическая характеристика двухпозиционного регулятора (б).

Скорость повышения и понижения температуры зависит от свойств объекта регулирования и от его временной характеристики (кривой разгона). Колебания температуры не выходят за границы зоны нечувствительности, если изменения подачи тепла сразу вызывают изменения температуры, то есть если отсутствует запаздывание регулируемого объекта .

С уменьшением зоны нечувствительности амплитуда колебаний температуры уменьшается вплоть до нуля при τ н = τ в. Однако для этого требуется, чтобы подача тепла изменялась с бесконечно большой частотой, что практически осуществить чрезвычайно трудно. Во всех реальных объектах регулирования имеется запаздывание. Процесс регулирования в них протекает примерно так.

При понижении температуры объекта регулирования до значения τ н мгновенно изменяется подача тепла, однако из-за запаздывания температура некоторое время продолжает снижаться. Затем она повышается до значения τ в, при котором мгновенно уменьшается подача тепла. Температура продолжает еще некоторое время повышаться, затем из-за уменьшенной подачи тепла температура понижается, и процесс повторяется вновь.

На рис. 3, б приведена статическая характеристика двухпозиционного регулятора . Из нее следует, что регулирующее воздействие на объект может принимать только два значения: максимальное и минимальное. В рассмотренном примере максимум соответствует положению, при котором воздушный клапан (см. рис. 2) полностью открыт, минимум - при закрытом клапане.

Знак регулирующего воздействия определяется знаком отклонения регулируемой величины (температуры) от ее заданного значения. Величина регулирующего воздействия постоянна. Все двухпозиционные регуляторы обладают гистерезисной зоной α , которая возникает из-за разности токов срабатывания и отпускания электромагнитного реле.

Пример использования двухпозиционного регулирования температуры:

Пропорциональные (статические) регуляторы температуры

В тех случаях, когда необходима высокая точность регулирования или когда недопустим автоколебательный процесс, применяют регуляторы с непрерывным процессом регулирования . К ним относятся пропорциональные регуляторы (П-регуляторы) , пригодные для регулирования самых разнообразных технологических процессов.

В тех случаях, когда необходима высокая точность регулирования или когда недопустим автоколебательный процесс, применяют регуляторы с непрерывным процессом регулирования. К ним относятся пропорциональные регуляторы (П-регуляторы), пригодные для регулирования самых разнообразных технологических процессов.

В системах автоматического регулирования с П-регуляторами положение регулирующего органа (у) прямо пропорционально значению регулируемого параметра (х):

y=k1х,

где k1 - коэффициент пропорциональности (коэффициент усиления регулятора).

Эта пропорциональность имеет место, пока регулирующий орган не достигнет своих крайних положений (конечных выключателей).

Скорость перемещения регулирующего органа прямо пропорциональна скорости изменения регулируемого параметра.

На рис. 4 показана принципиальная схема системы автоматического регулирования температуры воздуха в помещении при помощи пропорционального регулятора. Температура в помещении измеряется термометром сопротивления ТС, включенным в схему измерительного моста 1.

Рис. 4. Схема пропорционального регулирования температуры воздуха: 1 - измерительный мост, 2 - объект регулирования, 3 - теплообменник, 4 - конденсаторный двигатель, 5 - фазочувствительный усилитель.

При заданной температуре мост уравновешен. При отклонении регулируемой температуры от заданного значения в диагонали моста возникает напряжение разбаланса, величина и знак которого зависят от величины и знака отклонения температуры. Это напряжение усиливается фазочувствительным усилителем 5, на выходе которого включена обмотка двухфазного конденсаторного двигателя 4 исполнительного механизма.

Исполнительный механизм перемещает регулирующий орган, изменяя поступление теплоносителя в теплообменник 3. Одновременно с перемещением регулирующего органа происходит изменение сопротивления одного из плеч измерительного моста, в результате этого изменяется температура, при которой уравновешивается мост.

Таким образом, каждому положению регулирующего органа из-за жесткой обратной связи соответствует свое равновесное значение регулируемой температуры.

Для пропорционального (статического) регулятора характерна остаточная неравномерность регулирования .

В случае скачкообразного отклонения нагрузки от заданного значения (в момент t1) регулируемый параметр придет по истечении некоторого отрезка времени (момент t2) к новому установившемуся значению (рис. 4). Однако это возможно только при новом положении регулирующего органа, то есть при новом значении регулируемого параметра, отличающегося от заданного на величину δ .

Рис. 5. Временные характеристики пропорционального регулирования

Недостаток пропорциональных регуляторов состоит в том, что каждому значению параметра соответствует только одно определенное положение регулирующего органа. Для поддержания заданного значения параметра (температуры) при изменении нагрузки (расхода тепла) необходимо, чтобы регулирующий орган занял другое положение, соответствующее новому значению нагрузки. В пропорциональном регуляторе этого не происходит, вследствие чего возникает остаточное отклонение регулируемого параметра.

Интегральные (астатические регуляторы)

Интегральными (астатическими) называются такие регуляторы, в которых при отклонении параметра от заданного значения регулирующий орган перемещается более или менее медленно и все время в одном направлении (в пределах рабочего хода) до тех пор, пока параметр снова не примет заданного значения. Направление хода регулирующего органа изменяется лишь тогда, когда параметр переходит через заданное значение.

В интегральных регуляторах электрического действия обычно искусственно создается зона нечувствительности, в пределах которой изменение параметра не вызывает перемещений регулирующего органа.

Скорость перемещения регулирующего органа в интегральном регуляторе может быть постоянной и переменной. Особенностью интегрального регулятора является отсутствие пропорциональной связи между установившимися значениями регулируемого параметра и положением регулирующего органа.

На рис. 6 приведена принципиальная схема системы автоматического регулирования температуры при помощи интегрального регулятора. В ней в отличие от схемы пропорционального регулирования температуры (см. рис. 4) нет жесткой обратной связи.

Рис. 6. Схема интегрального регулирования температуры воздуха

В интегральном регуляторе скорость регулирующего органа прямо пропорциональна величине отклонения регулируемого параметра.

Процесс интегрального регулирования температуры при скачкообразном изменении нагрузки (расхода тепла) отображен на рис. 7 с помощью временных характеристик. Как видно из графика, регулируемый параметр при интегральном регулировании медленно возвращается к заданному значению.

Рис. 7. Временные характеристики интегрального регулирования

Изодромные (пропорционально-интегральные) регуляторы

Изодромное регулирование обладает свойствами как пропорционального, так и интегрального регулирования. Скорость перемещения регулирующего органа зависит от величины и скорости отклонения регулируемого параметра.

При отклонении регулируемого параметра от заданного значения регулирование осуществляется следующим образом. Вначале регулирующий орган перемещается в зависимости от величины отклонения регулируемого параметра, то есть имеет место пропорциональное регулирование. Затем регулирующий орган совершает дополнительное перемещение, которое необходимо для устранения остаточной неравномерности (интегральное регулирование).

Изодромную систему регулирования температуры воздуха (рис. 8) можно получить заменой жесткой обратной связи в схеме пропорционального регулирования (см. рис. 5) упругой обратной связью (от регулирующего органа к движку сопротивления обратной связи). Электрическая обратная связь в изодромной системе осуществляется потенциометром и вводится в систему регулирования через контур, содержащий сопротивление R и емкость С.

В течение переходных процессов сигнал обратной связи вместе с сигналом отклонения параметра воздействует на последующие элементы системы (усилитель, электродвигатель). При неподвижном регулирующем органе, в каком бы положении он ни находился, по мере заряда конденсатора С сигнал обратной связи затухает (в установившемся режиме он равен нулю).

Рис. 8. Схема изодромного регулирования температуры воздуха

Для изодромного регулирования характерно, что неравномерность регулирования (относительная ошибка) с увеличением времени уменьшается, приближаясь к нулю. При этом обратная связь не будет вызывать остаточных отклонений регулируемой величины.

Таким образом, изодромное регулирование приводит к значительно лучшим результатам, чем пропорциональное или интегральное (не говоря уже о позиционном регулировании). Пропорциональное регулирование в связи с наличием жесткой обратной связи происходит практически мгновенно, изодромное - замедленно.

Программные системы автоматического регулирования температуры

Для осуществления программного регулирования необходимо непрерывно воздействовать на настройку (уставку) регулятора так, чтобы регулируемая величина изменялась по заранее заданному закону. С этой целью узел настройки регулятора снабжается программным элементом. Это устройство служащее для установления закона изменения задаваемой величины.

При электронагреве исполнительный механизм САР может воздействовать на включение или отключение секций электронагревательных элементов, изменяя тем самым температуру нагреваемой установки в соответствии с заданной программой. Программное регулирование температуры и влажности воздуха широко применяется в установках искусственного климата.