Автоматическое регулирование основных теплотехнических параметров. Главные составляющие части. Гальваническая развязка цепей колонки и регулятора

Средства регулировки температуры в отдельных комнатах

Благодаря радиаторному терморегулятору Данфосс используется только необходимое количество энергии, и температура в помещении постоянно поддерживается на необходимом уровне. Терморегулятор измеряет температуру помещения и автоматически регулирует теплоподачу.

Он позволяет избежать перегрева помещений в переходной и другие периоды года и обеспечить минимально необходимый уровень отопления в помещениях с периодическим проживанием людей (защита от замораживания системы).

Короткое название радиаторного термостата RTD (Радиаторный Термостат Данфосс). Что такое радиаторный терморегулятор?

1 - комбинация датчика температуры в комнате и водяного клапана,

2 - самостоятельный регулятор давления (работает без дополнительного источника энергии)

3 - прибор, который постоянно поддерживает заданную температуру.

Принцип работы радиаторного терморегулятора:

Принципом работы является равновесие между усилием среды (в данном случае: газ) и силой нажимной пружины, величина которой зависит от настройки головки (на необходимую температуру). Таким образом, величина потока через клапан зависит от настройки головки и температуры внешней среды, которая воспринимается датчиком.

Если температура повышается, то газ расширяется и таким образом немного призакрывает клапан. Если же температура понижается, то газ соответственно сжимается, что и приводит к открытию клапана и доступу теплоносителя в отопительный прибор.

Использование газа предоставляет Данфосс большое преимущество над другими производителями: малая величина константы времени, которая выражается в лучшем использовании свободного тепла через быстрый ответ на изменение температуры в помещении (время реакции).

На сегодня только радиаторные термостаты Данфосс используют принцип расширения и сжатия газа. Причина заключается в том, что использование газа требует очень современную технологию и, соответственно, высокие требования к качеству. Однако компания Данфосс готова идти на дополнительные затраты с целью добиться высококачественной и конкурентной продукции.

Выбор радиаторного термостата зависит от следующих условий:

тип датчика Ю место расположения клапана

тип клапана Ю размер радиатора (потребность в тепле), падение температуры на нагревательном элементе, тип системы отопления (1- или 2-трубная система)

Почему необходимо использовать радиаторный термостат?

1 - потому, что он дает возможность экономить тепловую энергию (15-20%), позволяет использовать свободное, “бесплатное” тепло (солнечное излучение, дополнительное тепло от людей и приборов), срок его окупаемости < 2 лет.

2 - обеспечивает высокий уровень комфорта в помещении.

3 - обеспечивает гидравлическое равновесие - очень важно создать гидравлическое равновесие в отопительной системе, что означает подачу доступной тепловой энергии каждому потребителю соответственно к его потребности.

Термостатические головки RTD (20% сбережения тепла)

Головки для радиаторных термостатов изготовляются в следующих версиях:

RTD 3100 / 3102 - стандартный датчик, встроенный или дистанционный, ряд температур 6-26° С, ограничение и фиксация настройки температуры.

RTD 3120 - датчик с защитой от постороннего вмешательства, встроенный, ряд температур 6 - 26° С, защита от замерзания.

RTD 3150 / 3152 - датчик с ограничением максимума температуры, встроенный или дистанционный, ряд температур 6 - 21° С, защита от замерзания, фиксация настройки температуры.

ряд RTD 3160 - элемент дистанционного управления, капиллярная трубка длина 2 / 5 / 8 м, максимальная температура 28° С с ограничением и фиксацией настройки температуры (для радиаторов и конвекторов, недоступных для пользователя).

Дистанционный датчик необходимо использовать в случае, если на встроенный датчик будет влиять сквозняк или же он спрятан за портьерами или декоративными решетками.

Крепление самой термостатической головки на клапане легко выполняется при помощи накидной гайки. Головка может быть защищена от несанкционированного снятия при помощи винта (заказывается отдельно, как дополнительный аксессуар).

Клапаны RTD-N и RTD-G

Когда Данфосс начал продвижение на рынки за пределами Западной Европы, то специалистами компании были проведены многочисленные анализы качества воды в разных странах. В результате этого опыта стало понятным, что в системах отопления некоторых стран часто встречается низкое качество воды. В связи с этим была разработана новая серия клапанов для рынков Восточной Европы - серия RTD.

Используемые в RTD материалы остаются особенно стойкими при низком качестве используемой воды (по сравнении с клапанами, что выпускаются для рынков Западной Европы, мы заменили все части из оловянистой бронзы на более стойкие, изготовленные из латуни). А это значит, что срок службы клапана значительно увеличивается, даже в сложных условиях Украины. По опыту мы знаем, что средний срок службы клапана достигает 20 лет.

Регулирующие клапаны типа RTD-N (диаметры 10-25 мм) предназначены для применения в двухтрубных насосных системах водяного отопления и оснащены устройством для предварительной (монтажной) настройки их пропускной способности.

В 2-х трубной системе отопления добавление воды сверх расчетного объема приводит к увеличению передачи тепла и дисбалансу в системе. Функция предварительной настройки клапана дает возможность монтажнику, выполняющему его установку, ограничить пропускную способность клапана таким образом, чтобы гидравлическое сопротивление во всех радиаторных контурах было одинаковым и таким образом регулировать величину потока.

Простая и точная настройка пропускной способности легко выполняется без дополнительного инструмента. Число, выбитое на шкале настройки, должно быть совмещено с меткой, расположенной напротив выходного патрубка клапана. Пропускная способность клапана будет изменяться в соответствии с цифрами на шкале настроек. В положении “N” клапан полностью открыт.

Защиту от несанкционированного изменения настройки обеспечивает установленный на клапане термостатический элемент.

Регулирующие клапаны с повышенной пропускной способностью типа RTD-G (диаметры 15-25 мм) предназначены для применения в насосных однотрубных системах водяного отопления. Они могут также использоваться в двухтрубных гравитационных системах. Клапаны имеют фиксированные значения пропускной способности в зависимости от диаметра клапана.

Пример расчета радиаторного термостата:

Потребность в тепле Q = 2 000 kkal/h

разница температур D T = 20 ° C

существующая потеря давления D P = 0.05 bar

Определяем величину потока (расход воды) через прибор:

Расход воды G = 2 000/20 = 100 l/h

Определяем пропускную способность клапана:

Пропускная способность клапана Kv = 0.1/Ц 0.05 = 0.45 m3/bar

Значение Kv = 0.45 m3/h говорит о том, что для клапана RTD-N 15 мм вы можете выбрать предварительную настройку “7” или “N”.

При выборе радиаторного термостата необходимо обеспечить регулировку в пределах от 0.5 ° С до 2 ° С при данных размерах, что позволит обеспечить хорошие условия регулирования. В нашем случае необходимо выбрать предварительную настройку “7” или “N”. Однако, если в системе отопления существует опасность загрязненной воды, то мы не рекомендуем использовать предварительную настройку меньше “3”.

Используя наше техническое описание “Радиаторные терморегуляторы RTD”, вы сможете выбрать размер клапана непосредственно по диаграммам через потери давления на клапане D P, или через величину потока через клапан G. Выбор размера клапанов RTD-G (для 1-трубной системы) проводится идентично.

Новое строительство

В новостроящихся зданиях мы рекомендуем использование 2-трубной системы с RTD-N клапанами с возможностью предварительной настройки для поддержки гидравлического баланса в системе, Ду 10-25 мм, прямые и угловые версии.

Реконструкция

В подавляющем большинстве старых зданий используется 1-трубная система, для которой мы рекомендуем RTD-G клапаны с повышенной пропускной способностью (фиксированные значения пропускной способности в зависимости от диаметра), Ду 15-25 мм, прямые и угловые версии.

Особенно для клапанов RTD-N с предварительной настройкой очень важно использование фильтра для предотвращения препятствий для нормального функционирования клапана.

Уравновешивающие (балансировочные) клапаны серии ASV

Поскольку радиаторные системы отопления являются динамическими системами (разные падения давления через уменьшение тепловой нагрузки), то радиаторные термостаты должны комбинироваться с регуляторами давления (автоматические балансировочные клапаны ASV-P для 2-трубной системы) и запорно-измерительным клапаном MV-FN.

Серия регуляторов ASV включает по два типа автоматических и ручных балансировочных клапанов:

автоматический клапан ASV-PV - регулятор перепаду давления с изменяемой настройкой 5 - 25 кПа

клапан ASV-P - регулятор с фиксированной настройкой на 10 кПа

ASV-М - ручной запорно-измерительный клапан

ASV-І - запорно-измерительный клапан с настройкой пропускной способности

ASV обеспечивает оптимальное распределение теплоносителя по стоякам системы отопления и нормальное функционирования последней независимо от колебаний давления в системе. Они также позволяют перекрыть и опорожнить стояк. Максимальное рабочее давление становит 10 кПа, максимальная рабочая температура 120° С.

Упаковка из стиропора, в которой транспортируется клапан, может использоваться в качестве теплоизоляционной скорлупы при температуре теплоносителя до 80° С. При максимальной рабочей температуре теплоносителя 120° С используется специальная теплоизоляционная скорлупа, которая поставляется по дополнительному заказу.

Автоматический регулятор расхода ASV-Q

Для гидравлического балансирования 1-трубных систем отопления используются автоматические клапаны-ограничители расхода ASV-Q - диаметры 15, 20, 25 и 32 мм (диапазон настроек от 0,1-0,8 м3/час до 0,5-2,5 м3/час). Они используются для автоматического ограничения максимального значения расхода воды через стояк независимо от колебаний давления и расхода теплоносителя в системе и для оптимального распределения теплоносителя по стоякам системы отопления

Эти клапаны особенно полезны для балансировки систем отопления, для которых отсутствуют данные про их гидравлические характеристики. ASV-Q всегда обеспечивает тот расход теплоносителя, на который клапан настроено. При изменении характеристик системы происходит автоматическая подстройка регулятора.

Установка клапанов ASV-Q позволяет отказаться от традиционно сложных наладочных работ в новом строительстве и при реконструкции систем отопления, включая расширение систем без проведения гидравлического расчета трубопроводов.

Применение (примеры 1 - 2 трубных систем)

При реконструкции однотрубной системы без обвода (проточная система) необходимо установить радиаторные терморегуляторы на источники излучения тепла (RTD-G та RTD-головки) и установить обводную линию (байпас), сечение которой должно быть на один размер меньше, чем основной трубы системы (байпас в 1/2” для основной в 3/4").

При помощи байпаса поток теплоносителя через источник излучения тепла уменьшается до 35 - 30 %, что также зависит от диаметра основных труб в системе. Изучая кривую теплоотдачи радиатора однотрубной системы, мы убеждаемся, что уменьшение потока теплоносителя со 100 % даже до 30 % приведет к уменьшению теплоотдачи радиатора лишь на 10 %.

Это значит, что в подавляющем большинстве случаев установка байпаса будет иметь лишь незначительное влияние на теплоотдачу. Во многих случаях размеры теплоизлучателя (радиатора, конвектора) выбраны уже с запасом, и поэтому теплоизлучатели могут продолжать давать необходимое количество тепла. Если же радиатор маломощный, то для решения проблемы необходимо:

- Повысить температуру теплоносителя

- Повысить производительность циркуляционного насоса

- Увеличить поверхности нагрева радиаторов

-Утеплить ограждающие конструкции (стены) здания

Клапаны RTD-G с высокой пропускной способностью используются в однотрубных системах отопления с циркуляционными насосами и в двухтрубных системах гравитационных (самотечных).

Для поддержания гидравлического баланса в системе отопления на каждом стояке необходимо установить автоматический регулятор расхода ASV-Q, который будет ограничивать поток по каждом стояке. Таким образом тепло будет распределяться равномерно по всем стоякам, особенно в случае изменяемой тепловой нагрузки, или если присутствует недостаточное снабжение теплом. Запорно-измерительный клапан ASV-М позволяет перекрыть каждый отдельный стояк и, при необходимости, спустить с него воду, одновременно измеряя поток через стояк.

Теплоизлучатели (радиаторы и конвекторы) могут комплектоваться радиаторными термостатами (RTD-G и RTD-головками) без всяких ограничений. Выбор клапана RTD-G проводится в соответствии с предыдущим примером (смотри также пример выбора RTD-G в техническом описании). В таком случае стояки необходимо оснастить ограничителями потока ASV-Q и ASV-М запорно-измерительным клапаном.

В случае 2-трубной системы теплоизлучатели могут комплектоваться радиаторными термостатами (RTD-N и RTD-датчики) без каких-либо ограничений. Выбор клапана RTD-N проводится в соответствии с приведенными выше примерами для RTD-N. В этом случае каждый стояк должен комплектоваться регулятором давления ASV-P (и запорно-измерительным клапаном ASV-М), который будет обеспечивать постоянный D Р на каждом стояке, чем будут скомпенсированы изменения в тепловой нагрузке и изменении D Р. Более того, уменьшая риск шума в радиаторных терморегуляторах, регулятор перепаду давления тем самым будет обеспечивать их долговечность

Таким образом решается вопрос регулировки температуры в отдельных комнатах.

Хочу рассказать о создании несложного устройства, которое сильно облегчило жизнь домашним обитателям - автоматический регулятор температуры газовой колонки. Подобные устройства уже создавались и описывались здесь на хабре, хотелось сделать чуть более продвинутый девайс и подробно описать весь процесс создания от задумки и измерения до реализации, без использования готовых модулей типа Arduino. Устройство будет собрано на макетной плате, язык программирования - C. Это моя первая разработка законченного (и работающего!) устройства.

1. Исходные данные

Мы живем на съёмной квартире, которая обладает одним очень неприятным свойством: в доме нет горячей воды, холодная вода нагревается на месте при помощи нагревателя (Водонагреватель Проточный Газовый - ВПГ ), который расположен на кухне. Во время принятия душа если происходит очередной скачок давления - приходится голышом шлепать до колонки или звать кого-нибудь. Интегрировать полноценный «умный дом» возможности нет, поэтому решено было внедрить автоматическое регулирование нагревателя. К слову, довольно быстро нашел несколько похожих решений, например , а значит проблема моя известна и решена в своем виде.

Модель ВПГ: Vector lux eco 20-3 (китай)
Давление воды: около 1.5 кгс/см² (давление низкое, нагреватель работает чуть выше допустимого предела)

Требования к решению

Простота
ПИД-регулятор или его подобие
Возможность выбора поддерживаемой температуры
Отображение текущих параметров
Решение вопросов безопасности устройства

Архитектура системы

После некоторых размышлений архитектура устройства была набросана следующим образом:

Сервопривод (непосредственно в теле ВПГ)
Термодатчик штатный ВПГ
Блок усиления сигнала термодатчика и стабилизатор питания сервопривода (непосредственно в теле ВПГ)
Блок управления (внешний)

Далее опишу процесс разработки в хронологическом порядке.

2. Сервопривод

Так как профессия у меня программная и механика всегда оставалась самой сложной частью - начать решил с неё. Надо сказать что к первому этапу долго не мог собраться, ВПГ очень боязно было трогать, но очередной перепадок давления вынудил меня начать.

Разобрав колонку и осмотревшись - нашёл места для установки сервомашинки TowerPro MG995, как-то давно заказанной «на сдачу» на aliexpress.

Для устранения люфта привода тяг сделал одну тягу подпружиненной. Люфт был полностью устранен, но выяснилась другая проблема - сервомашинка с моментом > 10 кг*см оказалась слишком дерзкой для ВПГ. При включении переходные процессы в электронике машинки вызывают рывок в рандомное положение и через пару холостых включений тяга оказалась погнутой! Силумин колонки точно не выдержит такого обращения. Так же вызывала нарекания геометрия качалки, которая была не на оси регулятора - что приводило к нелинейности регулировки. Финальный вид узла привода дросселя:

Узел переделан - использованы пружины от ВАЗ (от карбюратора - куплены в магазине автозапчастей) и качалка теперь на геометрической оси вала. Такая конструкция имеет небольшой люфт, но зато линейна в регулировке и может демпфировать бешенство рулевой машинки. Углы выставлены на оптимальные значения для регулировки в наиболее востребованных положениях регулятора.

3. Блок датчиков ВПГ

Терморезистор ВПГ меняет своё сопротивление в пределах 20..50 КОм, использовать напрямую в качестве делителя проблематично - получим низкую точность измерения. Но как оказалась на практике - при повышении питающего напряжения до 12В можно без проблем получить приемлемый диапазон выходного сигнала - только использовать ОУ в режиме повторителя (при необходимости можно поменять коэффициент усиления) для изоляции делителя от нагрузки. Схема блока внутри ВПГ:

Делитель R2 и термодатчик колонки формирует сигнал с напряжением 1.4..4.96 В в полном диапазоне измерений (на практике - 20..60 градусов цельсия). Изначально разработал мостовую схему - которая может компенсировать уход источника питания, но была отброшена из-за того что источник питания влиял слабо, а первый пункт «ТЗ» был - «простота». Операционный усилитель обеспечивает развязку делителя и нагрузки. Стабилитрон D1 ограничивает выходное напряжение на уровне 5.1 В для случаев отсоединения датчика (в противном случае на выходе было бы 12В - что смертельно опасно для контроллера) - что схемой контроллера будет считаться безусловной ошибкой. Интегральный стабилизатор 7805 питает сервомашинку - решение неудачное, при стопоре машинки он ужасно нагревается и думаю может выйти из строя при клине привода (если не сработает встроенная защита). Более на этом блоке не буду заострять внимание.

4. Контроллер

Контроллер собран на базе ИМС Atmega8 в dip-корпусе.

Тактирование - внутренний осцилятор на 8 МГц. Питание - ещё один 7805 на плате. Индикация через стандартный LCD1602 дисплей. Схема блока:

Управление питанием блока осуществляется от колонки через транзистор - используя малогабаритное реле. Сигнал термодатчика (Контакт №4 разьема) имеет подтяжку на землю и при отсоединении датчика во время работы покажет очень высокую температуру - что приведет к уменьшению регулятора и не вызовет опасных ситуаций. Собранный блок:

4. Испытания и регулировка

Для отработки ПИД-регулятора была написана модель ВПГ на Qt. На ней были отработаны основные моменты и ситуации работы нагревателя - старт холодный/горячий, перепады давления. Для снятия характеристик был добавлен UART-разьем на плату контроллера, куда раз в секунду отправлялись данные о показателях - текущая температура, положение дросселя и т.д.

При испытаниях выявилось следующее:

Очень большая инерция ВПГ от начала воздействия до реакции на термодатчике - порядка 30 секунд
Округление до градуса в микропрограмме контроллера - плохая идея, алгоритм может работать более точно

Результаты измерения и калибровки термодатчика, Зависимость можно считать условно-линейной:

Первые прогоны в программе отрисовки телеметрии от колонки:

(забыл на графики добавить легенду. Здесь и далее - красный - температура датчика, зеленый пунктирный - положение дросселя, синий - желаемая юзером температура)

Почти удачная регулировка

Удачные варианты коэффициентов

Неплохой вариант старта

Первые прогоны показали основные параметры системы, дальше уже не составило труда замерить их и настроить по ускоренной формуле , параметры подбирал долго и мучительно. Полностью от колебаний избавится не удалось, но колебания в пределах 1 градуса считаются приемлемыми. Принятый вариант:

В процессе подбора интегральый коэффициент пришлось полностью отключить, думаю что это из-за большой инерции системы. Итоговые коэффициенты:

Float Pk = 0.2; float Ik = 0.0; float Dk = 0.2;

5. Корпусирование

Устройство собрано в пластмассовом корпусе распределительной коробки.

И в таком виде работает.

6. Безопасность использования

Важный вопрос, которым задавался с самого начала.Пройдемся по основным пунктам.

Гальваническая развязка цепей колонки и регулятора

Что будет если блок питания 12В закоротит и на цепи датчика окажется 220 вольт? Не вызовет это подачу газа в колонку. Как оказалось - не вызовет - в колонке имеется два уровня подачи газа - электромагнитный клапан контроллера и механический клапан воды. Открыть только соленоид мало - газ не поступит без тока воды.

Отключение или отрыв датчика внутри ВПГ

При отключении терморезистора от блока внутри ВПГ на выходе будет генерироваться сигнал 0xFF (5.1В) что проверяется программой как ошибка, контроллер останавлиает выполнение программы, сервопривод выставляется на минимум.

Отключение или отрыв датчика от контроллера

В этом случае генерируется большая температура (подтяжка линии датчика к земле) что приведет к выводу привода в минимальное значение, что так же безопасно для юзера.

Электронно-механическая защита ВПГ

Цени защиты ВПГ остаются функционировать в штатном режиме, в случае кипения/перегрева/датчика тяги колонки штатные системы должны отключить её.

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.

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.

Температура является показателем термодинамического состояния объекта и используется как выходная координата при автоматизации тепловых процессов. Характеристики объектов в системах регулирования температуры зависят от физических параметров процесса и конструкции аппарата. Поэтому общие рекомендации по выбору АСР температуры сформулировать невозможно и требуется тщательный анализ характеристик каждого конкретного процесса.

Регулирование температуры в инженерных системах производится значительно чаще, чем регулирование каких-либо других параметров. Диапазон регулируемых температур невелик. Нижний предел этого диапазона ограничен минимальным значением температуры наружного воздуха (-40 °С), верхний - максимальной температурой теплоносителя (+150 °С).

К общим особенностям АСР температуры можно отнести значительную инерционность тепловых процессов и измерителей (датчиков) температуры. Поэтому одной из основных задач при создании АСР температуры является уменьшение инерционности датчиков.

Рассмотрим в качестве примера, характеристики наиболее распространенного в инженерных системах манометрического термометра в защитном чехле (рис. 5.1). Структурную схему такого термометра можно представить в виде последовательного соединения четырех тепловых емкостей (рис. 5.2): защитного чехла /, воздушной прослойки 2 , стенки термометра 3 и рабочей жидкости 4. Если пренебречь тепловым сопротивлением каждого слоя, то уравнение теплового баланса для каждого элемента этого прибора можно записать в виде

G,Cpit, = а п? Sj і (tj _і - tj) - a i2 S i2 (tj - Сн), (5.1)

где Gj- масса соответственно чехла, воздушной прослойки, стенки и жидкости; C pj - удельная теплоемкость; tj - температура; a,i, а /2 - коэффициенты теплоотдачи; S n , S i2 - поверхности теплоотдачи.

Рис. 5.1. Принципиальная схема манометрического термометра:

1 - защитный чехол; 2 - воздушная прослойка; 3 - стенка термометра;
4 - рабочая жидкость

Рис. 5.2.

Как видно из уравнения (5.1), основными направлениями уменьшения инерционности датчиков температуры являются;

повышение коэффициентов теплоотдачи от среды к чехлу в результате правильного выбора места установки датчика; при этом скорость движения среды должна быть максимальной; при прочих равных условиях более предпочтительна установка термометров в жидкой фазе (по сравнению с газообразной), в конденсирующемся паре (по сравнению с конденсатом) и т. п.;
уменьшение теплового сопротивления и тепловой емкости защитного чехла в результате выбора его материала и толщины;
уменьшение постоянной времени воздушной прослойки за счет применения наполнителей (жидкости, металлической стружки); у термопар рабочий спай припаивается к корпусу защитного чехла;
выбор типа первичного преобразователя: например, при выборе необходимо учитывать, что наименьшей инерционностью обладает термопара в малоинерционном исполнении, наибольшей - манометрический термометр.

Каждая АСР температуры в инженерных системах создается для вполне конкретной цели (регулирования температуры воздуха в помещениях, тепло- или холодоносителя) и, следовательно, предназначена для работы в очень небольшом диапазоне. В связи с этим условия применения той или иной АСР определяют устройство и конструкцию как датчика, так и регулятора температуры. Например, при автоматизации инженерных систем широко применяются регуляторы температуры прямого действия с манометрическими измерительными устройствами. Так, для регулирования температуры воздуха в помещениях административных и общественных зданий при использовании эжекционных и вентиляторных доводчиков трехтрубной схемы тепло- и холодоснаб-жения применяют регулятор прямого действия прямого типа РТК (рис. 5.3), который состоит из термосистемы и регулирующего клапана. Термосистема, пропорционально перемещающая шток регулирующего клапана при изменении температуры рециркуляционного воздуха на входе в доводчик, включает чувствительный элемент, задатчик и исполнительный механизм. Эти три узла соединены капиллярной трубкой и представляют единый герметичный объем, заполненный термочувствительной (рабочей) жидкостью. Трехходовой регулирующий клапан управляет подачей горячей или холодной воды к теплообменнику эжекционного

Рис. 5.3.

а - регулятор; б - регулирующий клапан; в - термосистема;

1 - сильфон; 2 - задатчик; 3 - ручка настройки; 4 - корпус;
5, 6 - регулирующие органы соответственно горячей и холодной воды; 7 - шток; 8 - исполнительный механизм; 9 - чувствительный элемент

доводчика и состоит из корпуса и регулирующих органов. С повышением температуры воздуха рабочая жидкость термосистемы увеличивает свой объем и сильфон клапана перемещает шток и регулирующий орган, закрывая прохождение горячей воды через клапан. При увеличении температуры на 0, 5-1 °С регулирующие органы остаются неподвижными (проходы горячей и холодной воды закрыты), а при более высокой температуре открывается лишь проход холодной воды (проход горячей воды остается закрытым). Заданная температура обеспечивается вращением ручки настройки, связанной с сильфоном, который изменяет внутренний объем термосистемы. Регулятор может быть настроен на температуру в диапазоне от 15 до 30 °С.

При регулировании температуры в водо-и пароводных подогревателях и охладителях используются регуляторы типа РТ, которые незначительно отличаются от регуляторов типа РТК. Их основная особенность - совмещенное исполнение термобаллона с задатчиком, а также использование двухседельного клапана в качестве регулирующего органа. Такие манометрические регуляторы выпускаются на несколько 40-градусных диапазонов в пределах от 20 до 180 °С с диаметром условного прохода от 15 до 80 мм. В связи с наличием в этих регуляторах большой статической ошибки (10 °С) их не рекомендуется применять для высокоточного регулирования температуры.

Манометрические термосистемы используются также в пневматических П-регуляторах, широко применяемых для регулирования температуры в инженерных системах кондиционирования воздуха и вентиляции (рис. 5.4). Здесь при изменении температуры изменяется давление в термосистеме, которое через сильфон действует на рычаги, передающие усилие на шток пневмореле и мембрану. При равенстве текущей температуры с заданной вся система находится в равновесии, оба клапана пневмореле, питающий и стравливающий, закрыты. При увеличении давления на шток начинает открываться питающий клапан. К нему подведено давление от сети питания сжатым воздухом, в результате чего в пневмореле образуется давление управления, возрастающее от 0, 2 до 1 кгс/см 2 пропорционально увеличению температуры контролируемой среды. Этим давлением приводится в действие исполнительный механизм.

Для автоматического регулирования температуры воздуха в помещениях начали широко использоваться термостатические клапаны американской фирмы Honeywell и радиаторные терморегуляторы (термостаты) RTD, выпускаемые московским филиалом

Рис. 5.4.

с манометрической термосистемой:

1 - шток пневмореле; 2 - узел неравномерности; 3, 9 - рычаги;
4, 7 - винты; 5 - шкала; 6 - гайка; 8 - пружина; 10 - сильфон;
11 - мембрана; 12 - пневмореле; 13 - термобаллон; 14 - питающий

клапан; 15 - стравливающий клапан

датской фирмы Danfoss, необходимая температура задается поворотом настроенной рукоятки (головки) с указателем от 6 до 26 °С. Понижение температуры на 1 °С (например, с 23 до 22 °С) позволяет экономить 5-7% тепла, потребляемого на отопление. Термостаты RTD позволяют избежать перегрева помещений в переходный и другие периоды года и обеспечить минимально необходимый уровень отопления в помещениях с периодическим проживанием людей. Кроме этого, радиаторные терморегуляторы RTD обеспечивают гидравлическую устойчивость для двухтрубной системы отопления и возможность ее регулировки и увязки в случае ошибок при монтаже и проектировании без использования дроссельных шайб и других конструктивных решений.

Терморегулятор состоит из регулирующего клапана (корпуса) и термостатического элемента с сильфоном (головки). Соединение корпуса и головки производится с помощью накидной гайки с резьбой. Для удобства монтажа на трубопровод и присоединения терморегулятора к отопительному прибору он комплектуется накидной гайкой с резьбовым ниппелем. Температура в помещении поддерживается путем изменения расхода воды через отопительный прибор (радиатор или конвектор). Изменение расхода воды происходит за счет перемещения штока клапана сильфоном, заполненным специальной смесью газов, изменяющих свой объем даже при незначительном изменении температуры окружающего сильфон воздуха. Удлинению сильфона при повышении температуры противодействует настроечная пружина, усилие которой регулируется поворотом рукоятки с указателем желаемого значения температуры.

Для лучшего соответствия любым системам отопления выпускаются два типа корпусов регулятора: RTD-G с малым сопротивлением для однотрубных систем и RTD-N с повышенным сопротивлением для двухтрубных систем. Корпуса изготавливаются для прямого и углового клапанов.

Термостатические элементы регуляторов изготавливаются в пяти вариантах: со встроенным датчиком; с дистанционным датчиком (длина капиллярной трубки 2 м); с защитой от неумелого использования и воровства; с ограничением диапазона настройки до 21 °С. В любом исполнении термостатический элемент обеспечивает ограничение настроенного диапазона температур или фиксации на требуемой температуре воздуха в помещении.

Срок эксплуатации регуляторов RTD 20-25 лет, хотя в гостинице «Россия» (Москва) зарегистрирован срок службы 2000 регуляторов более 30 лет.

Регулирующий прибор (погодный компенсатор) ECL (рис. 5.5) обеспечивает поддержание температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах системы отопления в зависимости от температуры наружного воздуха по соответствующему конкретному ремонту и конкретному объекту отопительному графику. Прибор воздействует на регулирующий клапан с электроприводом (при необходимости - и на циркуляционный насос) и позволяет осуществлять следующие операции:

поддержание расчетного отопительного графика;
ночное снижение температурного графика по недельным (интервал 2 ч) или 24-часовым (интервал 15 мин) программируемым часам (в случае электронных часов интервал 1 мин);
натоп помещения в течение 1 ч после ночного снижения температуры;
подключение через релейные выходы регулирующего клапана и насоса (или 2 регулирующих клапанов и 2 насосов);

Рис. 5.5. Погодный компенсатор ЕС/. с настройкой,

доступной потребителю:

1 - программируемые часы с возможностью задания периодов работы комфортной или пониженной температуры по суточному или недельному циклу: 2 - параллельное перемещение графика температуры в системе отопления в зависимости от температуры наружного воздуха (отопительного графика): 3 - переключатель режимов работы; 4 - место для инструкции по эксплуатации: 5 - сигнализация включения, текущего режима работы,

аварийных режимов;

О - отопление отключено, поддерживается температура, предотвращающая замерзание теплоносителя в системе отопления;) - работа с пониженной температурой в системе отопления; © - автоматическое переключение с режима комфортной температуры на режим с пониженной температурой и обратно в соответствии с заданием на программируемых часах;

О - работа без понижения температуры по суточному или недельному циклу; - ручное управление: регулятор выключен, циркуляционный насос включен постоянно, управление клапаном производится вручную

автоматический переход из летнего режима в зимний и обратно по заданной температуре наружного воздуха;
прекращение ночного снижения температуры при понижении наружных температур ниже заданного значения;
защиту системы от замораживания;
коррекцию отопительного графика по температуре воздуха в помещении;
переход на ручное управление приводом клапана;
максимальные и минимальные ограничения температуры воды на подаче и возможность фиксированного или пропорцио-

нального ограничения температуры обратной воды в зависимости от температуры наружного воздуха;

самотестирование и цифровую индикацию значений температур всех датчиков и состояний клапанов и насосов;
установку зоны нечувствительности, зоны пропорциональности и времени накопления;
возможность работы по накопленным за заданный период или текущим значениям температур;
задание коэффициента тепловой устойчивости здания и задание влияния отклонения температуры обратной воды на температуру воды на подаче;
защиту от образования накипи при работе с газовым котлом. В схемах автоматизации инженерных систем используются

также биметаллические и дилатометрические терморегуляторы, в частности электрический двухпозиционный и пневматический пропорциональный.

Электрический биметаллический датчик предназначен в основном для двухпозиционного регулирования температуры в помещениях. Чувствительным элементом этого прибора является биметаллическая спираль, один конец которой закреплен неподвижно, а другой свободен и удовлетворяет подвижным контактам, замыкающимся или размыкающимся с неподвижным контактом в зависимости от текущего и заданного значений температуры. Заданную температуру устанавливают поворотом шкалы настройки. В зависимости от диапазона настройки терморегуляторы выпускаются в 16 модификациях с общим диапазоном настройки от -30 до + 35 °С, причем каждый регулятор имеет диапазон 10, 20 и 30 °С. Погрешность срабатывания ±1 °С на средней отметке и до ±2, 5 °С на крайних отметках шкалы.

Пневматический биметаллический регулятор в качестве преобразователя-усилителя имеет сопло-заслонку, на которую действует усилие биметаллического измерительного элемента. Эти регуляторы выпускаются 8 модификаций, прямого и обратного действия с общим диапазоном настройки от +5 до +30 °С. Диапазон настройки каждой модификации 10 °С.

Дилатометрические регуляторы устроены на использовании разности коэффициентов линейного расширения инварного (железоникелевый сплав) стержня и латунной или стальной трубки. Эти терморегуляторы по принципу действия регулирующих устройств не отличаются от подобных регуляторов, использующих манометрическую измерительную систему.