Термомайзеры — автоматические регуляторы температуры. Системы автоматического регулирования температуры

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.

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.

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.

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.

1. Электронный термостат. Имеет жидкокристаллический дисплей, что дает возможность получать точную информацию о состоянии .
2. Сенсорные устройства. Хороши тем, что в них можно задать программу работы, что дает возможность создавать различную температуру в разное время суток.
3. 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.

1. 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.
2. По прошествии 5 минут происходит активизация терморегулятора, а котел начинает работу.
3. 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.