Особенности терморегуляторов и их классификация

Терморегулятор (регулятор температуры) - это прибор, который предназначается для регулирования и поддержания заданной температуры среды в движении (трубопровод) и статике (бак, аквариум, и др.).

На современном этапе развития техники, в системах отопления, водоснабжения, вентиляции и так далее, используются терморегуляторыдвухпринципиально разных типов:

1. Прямого действия

2. Непрямого действия

Регуляторы прямого действия - это механические устройства, которые управляют исполнительным механизмом за счет энергии, получаемой от регулируемой среды.

Регуляторы температуры непрямого действия - это электронные приборы, в которых для активации регулирующего температуру механизма используется энергия от какого-либо внешнего источника. Регуляторы непрямого действия подразделяются по виду энергии:

1. Электрические

2. Пневматические

3. Гидравлические

В общем виде, устройство регуляторов температуры непрямого действия можно описать схемой: датчик температуры - электронный блок обработки и регулировки – это регулирующий механизм подогрева/охлаждения. Терморегуляторы непрямого действия могут быть скачкообразного и плавного действия.

Регуляторы температуры непрямого скачкообразного действия - это регуляторы типа «ON/OFF». Этот тип регуляторов изображен на рисунке 1. В таких терморегуляторах используется либо запорный клапан, либо нагревательный элемент, который отключается, как только температура на датчике достигает некоторого, заранее заложенного значения, и включается при понижении температуры на определенное количество градусов (запорный клапан, аналогично, либо открыт, либо закрыт - горячая или холодная среда поступает/не поступает в емкость). Такие терморегуляторы называют релейными, а их основные недостатки - повышенное потребление энергии, невысокая точность и температурная амплитуда.

Рис. 1 - Регулятор температуры непрямого скачкообразного действия

Регуляторы температуры непрямого плавного действия подразделяются на пропорциональные и PID-регуляторы. Регулятор температуры непрямого плавного действия изображен на рисунке 2. Применение пропорциональных регуляторов температуры непрямого действия позволяет избежать циклических колебаний температуры при снижении средней потребляемой мощности терморегулятора. PID-регулятор представляет собой настраиваемый пропорциональный регулятор с двумя дополнительными настройками, что позволяет ему автоматически оперативно компенсировать малейшие изменения температуры в различных системах небольшой массы и объема с низкой инерционностью.

Терморегуляторы бывают:

1. Терморегулятор с датчиком температуры пола
2. Терморегулятор с датчиком температуры пола и встроенным датчиком воздуха
3. Терморегулятор с выносным датчиком воздуха (окружающей среды)
4. Терморегулятор с инфракрасным датчиком

Рис. 2 - Регулятор температуры непрямого плавного действия

Регуляторы температуры прямого действия для активации регулирующего механизма получают энергию, непосредственно, от чувствительного элемента, при этом, присутствие дополнительных источников энергии для регуляции не требуется, что является особенно важным в промышленности, на производствах и сфере коммунального хозяйства. Общий вид регуляторов температуры прямого действия изображен на рисунке 3.

Рис. 3 - Регуляторы температуры прямого действия

Регулятор температуры прямого действия представляет собой запорный клапан изменяемого проходного сечения, управление которым осуществляется непосредственно термостатическим чувствительным элементом.

Принцип работы регулятора температуры прямого действия в том, что газ или жидкость в замкнутой емкости определенного объема под воздействием температуры либо сужается, либо расширяется, создавая при этом, давление, достаточное для воздействия на регулирующий механизм на рисунке 4.

Рис. 4 – Принцип работы регулятора температуры прямого действия

В качестве замкнутой емкости выступает внутренняя полость температурного датчика, которая заполняется рабочей средой. Температурный датчик, при этом, соединяется с сильфоном регулятора посредством капиллярной трубки. При увеличении или уменьшении температуры окружающей среды увеличивается или уменьшается, соответственно, и объем рабочей жидкости или газа внутри температурного датчика, что, безусловно, приводит к изменению давления внутри термодатчика, которое и передается на сильфон при помощи капиллярной трубки. Сильфон, способный под действием давления, изменять свои геометрические размеры: либо вытягивается при увеличении давления, либо втягивается при его уменьшении. К верхней части сильфона прикреплен шток, который, воздействуя на заслонку регулирующего клапана, открывает или закрывает её. Таким образом, происходит регулирование интенсивности потока теплоносителя, что ведет к повышению или понижению температуры после регулятора.

Сам клапан регулятора температуры данного типа - по сути, это обычный линейный односедельный клапан, разгруженный по давлению. Такой клапан абсолютно идентичен другим клапанам такого типа, использующихся, также, в пневматике и гидравлике, пусть даже и имеет другой тип привода. Клапан, в зависимости от области применения и среды теплоносителя, может быть выполнен в копусе из стали, бронзы, чугуна и, даже, латуни. Корпус может иметь фланцевый или резьбовой тип присоединения к трубопроводу. Иногда, проблему присоединения решают при помощи сварки. Устройство регулятора температуры прямого действия изображено на рисунке 5.

Рис. 5 - Устройство регулятора температуры прямого действия

Стоит отметить, что регуляторы температуры, в зависимости от реакции на изменение температуры, подразделяются на нормально закрытые (с ростом температуры - открываются) и нормально открытые (с ростом температуры - закрываются).

В качестве рабочих сред, которые заполняют датчик температуры и сильфон, используются различные жидкости, газы, газоконденсатная смесь и даже парафин. Выбор среды характеризуется температурным диапазоном.

Датчики температуры подразделяются на несколько видов по способу установки:

1) Накладные температурные датчики - которые устанавливаются, сверху, на трубе с теплоносителем. Такие термодатчики не требуют расширительных карманов для установки, внутри трубы с теплоносителем, не создается дополнительных гидравлических сопротивлений. Недостаток накладных термодатчиков - высокая инерционность.

2) Погружные температурные датчики - которые при установке врезаются, непосредственно, в трубу с теплоносителем. Причем врезка должна быть осуществлена либо через защитную гильзу, либо таким образом, чтобы образовался прямой контакт датчика с теплоносителем. Погружные термодатчики обладают пониженной инерционностью. Недостатками являются: дополнительно возникающие, в трубопроводе, гидравлические сопротивления, необходимость в сварочных работах и расширительных карманах при установке.

3) Интегрированные температурные датчики - которые встроены, непосредственно, в сам корпус регулятора температуры. Пример такого датчика изображен на рисунке 6.

Рисунок 6 - Интегрированные температурные датчики