Автоматическое регулирование температуры в теплице. Системы автоматического регулирования температуры
Терморегуляторы — небольшие по размеру, но весьма практичные в быту устройства для контроля теплоотдачи. В зависимости от реальной потребности регуляторы температуры для батарей отопления увеличивают или сокращают объем теплоносителя. Согласитесь, это полезно и для самочувствия владельцев дома/квартиры, и для их кошельков.
Желающим приобрести терморегуляторы для оснащения радиаторов мы предлагаем ознакомиться с подробным описанием видов устройств регулировки отдачи тепла. Мы привели и сравнили их способы управления, принцип действия, стоимость, специфику монтажа. Наши рекомендации помогут выбрать оптимальную разновидность.
Представленную к рассмотрению информацию, собранную и систематизированную для будущих покупателей регуляторов тепла, мы дополнили наглядными фото-подборками, схемами, нормативными таблицами, видео.
Известно, что температура в разных комнатах дома не может быть одинаковой. Также необязательно постоянно поддерживать тот или иной температурный режим.
Например, в спальне ночью необходимо опускать температуру до 17-18 о С. Это положительно влияет на сон, позволяет избавиться от головных болей.
Галерея изображений
Оптимальная температура на кухне составляет 19 о С. Это связано с тем, что в помещении располагается много обогревательной техники, которая генерирует дополнительное тепло. Если в ванной комнате температура будет ниже 24-26 о С, то в помещении будет ощущаться сырость. Поэтому здесь важно обеспечить высокую температуру.
Если в доме предусмотрена детская комната, то ее температурный диапазон может меняться. Для ребенка до года потребуется температура 23-24 о С, для детей постарше достаточно будет 21-22 о С. В остальных комнатах температура может варьироваться от 18 до 22 о С.
Комфортный температурный фон подбирается в зависимости от назначения помещения и частично от времени суток
В ночное время можно понижать температуру воздуха во всех комнатах. Необязательно поддерживать высокую температуру в жилище в случае, если дом некоторое время будет пустовать, а также во время солнечных теплых дней, при работе некоторых электроприборов, генерирующих тепло и др.
В этих случаях установка термостата сказывается на микроклимате положительно — воздух не перегревается и не пересушивается.
Из таблицы видно, что в жилых комнатах в холодное время года температура должна составлять 18-23 о С. На лестничной площадке, в кладовой допустимы низкие температуры — 12-19 о С
Терморегулятор решает следующие проблемы:
- позволяет создавать определенный температурный режим в комнатах разного назначения;
- экономит ресурс котла, уменьшает количество расходных материалов для обслуживания системы (до 50%);
- появляется возможность без отключения всего стояка производить аварийное отключение батареи.
Следует помнить, что с помощью термостата невозможно повысить КПД батареи, увеличить ее теплоотдачу. Сэкономить на расходных материалах смогут люди с индивидуальной системой отопления. Жители многоквартирных домов с помощью термостата смогут лишь регулировать температуру в комнате.
Разберемся, какие существуют , и как сделать верный выбор оборудования.
Виды терморегуляторов и принципы работы
Терморегуляторы разделяют на три вида:
- механические , с ручной настройкой подачи теплоносителя;
- электронные , управляемые выносным термодатчиком;
- полуэлектронные , управляемые термоголовкой с сильфонным устройством.
Главное достоинство механических приборов — невысокая стоимость, простота в эксплуатации, четкость и слаженность в работе. Во время их эксплуатации нет необходимости использовать дополнительные источники энергии.
Модификация позволяет в ручном режиме регулировать , поступающего в радиатор, тем самым контролируя теплоотдачу батарей. Прибор отличается высокой точностью регулировки степени нагрева.
Существенный недостаток конструкции заключается в том, что в ней отсутствует разметка для регулировки, поэтому производить настройку агрегата придется исключительно опытным путем. С одним из методов балансировки мы ознакомимся ниже
Основные элементы регулятора механического типа — термостат и термостатический клапан
Механический терморегулятор состоит из следующих элементов:
- регулятора;
- привода;
- сильфона, заполненного газом или жидкостью;
Электронные термостаты — более сложные конструкции, в основе которого лежит программируемый микропроцессор. С его помощью можно задавать определенную температуру в комнате путем нажатия нескольких кнопок на регуляторе. Некоторые модели многофункциональны, пригодны для управления котлом, насосом, смесителем.
Строение, принцип работы электронного прибора практически не отличается от механического аналога. Здесь термостатический элемент (сильфон) имеет форму цилиндра, его стенки гофрированы. Он заполнен веществом, которое реагирует на колебания температуры воздуха в жилище.
По время повышения температуры происходит расширение вещества, в результате чего на стенки образуется давление, что способствует движению штока, который автоматически закрывает клапан. При движении штока проводимость клапана увеличивается или уменьшается. Если температура снижается, то рабочее вещество сжимается, в результате сильфон не растягивается, а клапан открывается, и наоборот.
Сильфон обладают высокой прочность, большим рабочим ресурсом, выдерживают сотни тысяч сжатий на протяжении нескольких десятков лет.
Основной элемент электронного регулятора — термодатчик. В его функции входит передача информации о температуре окружающей среды, в результате чего система генерирует необходимое количество тепла
Электронные терморегуляторые условно разделяют на:
- Закрытые терморегуляторы для радиаторов отопления не обладают функцией автоматического определения температуры, поэтому они настраиваются в ручном режиме. Отрегулировать возможно температуру, которая будет поддерживаться в комнате, и допустимые колебания температуры.
- Открытые термостаты можно запрограммировать. Например, при понижении температуры на несколько градусов режим работы может измениться. Также возможно настроить время срабатывания того или иного режима, отрегулировать таймер. Используются такие приборы преимущественно в промышленности.
Электронные регуляторы работают от батареек или специального аккумулятора, который идет в комплекте с зарядкой. Полуэлектронные регуляторы идеально подходят для бытовых целей. Они идут с цифровых дисплеем, который отображает температуру помещения.
Принцип действия полуэлектронных устройств для регулировки теплоотдачи радиатором позаимствован из механических моделей, поэтому его регулировка осуществляется вручную
Газонаполненные и жидкостные термостаты
При разработке регулятора в качестве термостатического элемента могут использовать вещество в газообразном или жидком состоянии (например, парафин). Исходя из этого, приборы делят на газонаполненные и жидкостные.
Парафин (жидкий или газообразный) обладает свойством расширяться под действием температуры. В результате масса давит на шток, к которому подсоединен клапан. Шток частично перекрывает трубу, через который проходит теплоноситель. Все происходит автоматически
Газонаполненные регуляторы обладают высоким сроком службы (от 20 лет). Газообразное вещество позволяет более плавно и четко регулировать температуру воздуха в жилище. Приборы идут с датчиком, которые определяет температуру воздуха в жилище.
Газовые сильфоны быстрее срабатывают на колебания температуры воздуха в помещении. Жидкостные же отличаются более высокой точность в передаче внутреннего давления на подвижные механизм. При выборе регулятора на основе жидкого или газообразного вещества ориентируются на качество и срок службы агрегата.
Жидкостные и газовые регуляторы могут быть двух типов:
- со встроенным датчиком;
- с дистанционным.
Если радиатор подключен к рабочей системе отопления, то из него следует слить воду. Сделать это можно с помощью шарового крана, запирающего вентиля или любого другого устройства, блокирующего подачу воды из общего стояка.
После этого открывают клапан батареи, располагающийся в области места поступления воды в систему, перекрывают все краны.
После того, как из батареи была устранена вода, ее необходимо продуть, чтоб убрать воздух. Также это можно сделать с помощью крана Маевского
На следующем этапе выполняют снятие адаптера. Перед процедурой пол застилают материалом, хорошо поглощающим влагу (салфетками, полотенцами, мягкой бумагой и т.д.).
В комнату помещают термометр, затем отворачивают клапан до упора. В этом положении теплоноситель заполнит радиатор полностью, а значит, теплоотдача прибора будет максимальной. Через некоторое время необходимо зафиксировать полученную температуру.
Далее необходимо повернуть головку до упора в обратную сторону. Температура начнет понижаться. Когда термометр покажет оптимальные для помещения значения, то клапан начинают открывать до тех пор, пока не послышится шум воды и не произойдет резкий нагрев. В этом случае вращение головки прекращают, фиксируя ее положение.
Выводы и полезное видео по теме
В видео наглядно показано, как настроить терморегулятор и внедрить его в систему отопления. В качестве примера взять автоматический электронный регулятор Living Eco от бренда Danfoss:
Выбрать терморегулятор можно исходя из собственных пожеланий и финансовых возможностей. Для бытовых целей идеально подойдет механической и полуэлектронный агрегат. Любители smart-техники могут отдать предпочтение функциональным электронным модификациям. Установить приборы также возможно без привлечения специалистов.
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.
В статье мы выясним, какими могут быть терморегуляторы для домашнего отопления. Мы разберем базовые принципы работы разных устройств этого типа и расскажем, как их правильно устанавливать. Начнем, однако, с нескольких общих понятий.
Зачем это нужно
А в самом деле, зачем нужен терморегулятор для отопления? Наши бабушки и дедушки прекрасно обходились без него и вовсе не страдали…
Экономия
Помните, какой была квартплата во времена бабушек и дедушек? В конце семидесятых, в двухкомнатной квартире на Дальнем Востоке, где рос автор, она составляла примерно 15 рублей. Зимой, вместе с отоплением и электричеством.
Для сравнения: зарплата младшего научного сотрудника в местном институте тогда составляла примерно 120 рублей. Средняя зарплата по городу, благодаря северному и районному коэффициенту — больше двухсот. Переживать из-за двух-трех рублей, которые переплачивались за избыток тепла, никому не приходило в голову: проще было открыть форточку.
Однако: еще на уровне проекта все радиаторы снабжались прадедушкой нынешних терморегуляторов — трехходовым краном. Он позволял уменьшить расход теплоносителя через радиатор, полностью или частично направив поток воды в перемычку.
Сейчас большая часть инициатив государства сводится к двум основным тезисам:
- Гражданам это не нужно.
- А за это они должны платить сами.
Дотаций на содержание жилья больше нет, ЖКХ в упадке, квартплата растет, ну а мы… приспосабливается так, как можем.
Терморегуляторы для радиаторов отопления в совокупности с теплосчетчиками — один из способов сократить расходы на обогрев жилья. Тепла потребляется ровно столько, сколько необходимо для поддержания комфортной температуры дома. Не больше.
Удобство
Да, термостаты — не единственный инструмент, с помощью которого можно добиться экономии тепла. Регулировка радиаторов отопления может выполняться и вручную — дросселем или обычным вентилем.
Но, как обычно, есть нюансы:
- Дроссель регулирует проходимость подводки. При колебаниях температуры теплоносителя теплоотдача отопительного прибора будет тоже меняться.
- Потребность в тепле меняется в зависимости от температуры на улице. Подстраивать проходимость дросселя или вентиля вручную несколько раз в сутки несколько утомительно.
Альтернатива дросселю — термостат — представляет собой полностью автоматический и погодозависимый регулятор отопления. Если в комнате из-за поднявшейся температуры воды в батарее становится жарко — он уменьшит расход воды через нее.
Если похолодало — он приоткроется. И все это произойдет без вашего участия.
Принцип работы
Конкретных реализаций регуляторы отопления насчитывают бесконечно много. В основе же лежит всего два базовых принципа регулировки.
Механический регулятор
Давайте посмотрим, как устроена термостатическая головка Данфосс RAW-K 5030.
- В основе механизма — емкость с жидкостью или газом, обладающим высоким коэффициентом теплового расширения. Емкость стремится прижать клапан, перекрыв поступление воды; ей противостоит обычная пружина.
- Грубая настройка осуществляется простейшим винтовым механизмом. Чем ближе исходное положение термочувствительного элемента к клапану — тем меньший ход ему нужен, чтобы перекрыть поступление воды.
- Кроме того, многие терморегуляторы на радиаторы отопления включают дополнительный подстроечный механизм — простейший дроссель. Он помогает откалибровать термостат так, чтобы шкала условных значений на нем соответствовала реальным температурам в диапазоне от 7 до 28 градусов.
Однако: точную регулировку можно выполнить и обыкновенным дросселем, смонтированным на второй, свободной от термостата подводке к отопительному прибору.
Тот же принцип использует, к слову, автоматический регулятор тяги для твердотопливных котлов. Проблема несоответствия хода заслонки и изменения размеров термочувствительной емкости решается предельно просто — использованием рычага с плечами разной длины.
Электрический регулятор
Все электрические терморегуляторы отопления используют способность некоторых материалов менять свои характеристики при изменении температуры.
Разумеется, в данном случае речь идет об электрических характеристиках:
- Терморезистор меняет свое сопротивление при изменении температуры. Соответственно при постоянном напряжении через него будет течь больший или меньший ток. Так, к примеру, часто работает регулятор скорости вращения вентилятора отопителя. При небольшой потребляемой мощности весь ток может течь непосредственно через терморезистор.
Более сложная схема, однако, позволит управлять и большими токами. Таким образом, работает комнатный регулятор отопления VRT 40 от Vaillant: при токе через терморезистор в доли ампера он может управлять электрическим котлом мощностью в десятки киловатт.
- Термопара — еще более любопытное устройство. Если спаять вместе две пластинки из разных металлов — например, из нихрома и алюминий-никелевого сплава — в месте соединения возникнет разница потенциалов. Причем она будет динамически меняться при колебаниях температуры точки спайки.
Возникающий ток будет исчисляться милливольтами, и сам по себе недостаточен, чтобы привести в движение какой-либо клапан; однако на то есть транзисторы. Управляющий сигнал может быть сколь угодно малым и при этом управлять большими токами.
Каскад транзисторов теоретически позволит обычной термопаре управлять подачей тепла не то что на радиатор — хоть на целый многоквартирный дом.
При общем принципе работы электрические терморегуляторы могут быть аналоговыми или цифровыми. Первые позволяют лишь простейшую настройку температуры и чаще всего снабжаются простейшим индикатором, совмещенным с управлением — колесиком со шкалой. Вторые могут не только задавать текущую температуру, но и программироваться на сутки или неделю.
Кроме того, цифровые индикаторы делятся еще на две категории:
- Устройства с закрытой логикой позволяют лишь настройку базовых параметров в рамках заводской прошивки. Они относительно просты в настройке, но обладают ограниченными производителем возможностями. Типичный образец — автоматический регулятор отопления Calormatic 430 от Vaillant.
- Устройство с открытой логикой могут перепрограммироваться полностью. Вместо так называемых однократок — нестираемых микросхем с прошивкой — они снабжаются обычной флеш-памятью с открытым интерфейсом.
Эти устройства редко применяются в системах отопления частных домов: сложность настройки и высокая цена отпугивают покупателей. Зато возможности, которыми обладает терморегулятор отопления с открытой логикой, впечатляют.
Приведем список функций украинского регулятора отопления Взлет РО-2:
- Регулировка температуры с учетом тепловой инерции здания.
- Расчет температурного графика, компенсирующего резкие колебания температуры на улице.
- Защита тепловой сети от перегрузок путем нормирования расхода горячей воды.
- Построение графика температур для административных зданий с учетом режима их работы.
- Расчет расхода теплоносителя согласно действующему договору с поставщиком тепла.
Легче сказать, чего этот терморегулятор не может. Кроме того, если потребуются дополнительные функции — его можно перепрошить.
Правила монтажа
Термостатические головки
Если радиаторы отопления с терморегулятором поставляются уже готовыми к подключению, то купленный отдельно термостат нужно еще смонтировать.
Как сделать это своими руками правильно?
- Сам способ установки ничем не отличается от сборки прочих резьбовых соединений. Не забудьте про хрупкость латунного корпуса: при сборке резьбовых соединений избегайте больших усилий. Лучшая подмотка для резьбы, которую несложно найти в любом магазине — сантехнический лен; чтобы сделать его более долговечным — пропитайте прядь льна любой краской.
- Терморегулятор для радиаторов отопления всегда располагается на подающей нитке подводки. На обратной нитке будет отличной идеей врезать вентиль, позволяющий полностью отсечь отопительный прибор. Если в термостатическую головку не встроен дроссель для ручной калибровки — вентиль можно заменить отдельным дросселем.
Внимание: наличие перемычки при установке ЛЮБОГО дросселя или терморегулятора обязательно. Без нее вы будете регулировать проходимость стояка или всего контура отопления частного дома.
- В случае двухтрубной системы отопления использование дросселей обязательно. Они нужны для балансировки контура: ближние к котлу или элеватору батареи придется прижать, уменьшив расход теплоносителя через них. Иначе дальние радиаторы просто не станут греть — вплоть до разморозки в сильные холода.
Балансировка выполняется при полностью открытых термостатических головках (максимальное значение температуры на циферблате). Лишь после того, как все отопительные приборы начнут нагреваться до примерно одинаковой температуры, можно настраивать и калибровать термостаты.
- Если вами монтируется система отопления в одноэтажном частном доме, лучшим выбором станет ленинградка — однотрубный контур по периметру дома, параллельно которому, не размыкая его, врезаются отопительные приборы.
Схема подключения — нижняя или диагональная. На одну из подводок ставится дроссель (балансировка здесь не необходима, но желательна). На вторую — термостат.
- Головка обычно ставится горизонтально. С чем связана инструкция? Дело в том, что при вертикальной установке теплочувствительный элемент часто попадет в поток восходящего от радиатора горячего воздуха. Понятно, что его температура будет иметь мало общего со СРЕДНЕЙ температурой в комнате.
Электронные регуляторы
Правила монтажа зависят от того, где находится термодатчик регулятора.
Если он встроен в управляющую панель, ее нужно монтировать сообразно вполне понятным ограничениям:
- Высота над уровнем пола — не меньше 80 сантиметров. Близко к полу температура заметно ниже. Особенно при открытой форточке или двери в прихожую.
- Вне восходящих потоков воздуха от любых отопительных приборов и вообще греющихся конструкций. Тепло от задней панели холодильника будет влиять на калибровку датчика не хуже радиатора.
- Прямые солнечные лучи тоже повлияют на работу прибора. Разместите панель с датчиком в тени.
- Наконец, неразумным будет располагать панель электронного регулятора там, где стену часто задевают проходящие рядом обитатели дома.
Если терморегулятор использует выносной датчик — все пункты, кроме последнего, будут относиться именно к расположению датчика. Панель монтируется там, где вам удобно.
Заключение
В видео в конце статьи вы сможете ближе познакомиться с некоторыми видами терморегуляторов и правилами их монтажа. У разных производителей требования к установке могут довольно заметно отличаться, так что не забывайте ознакомиться с инструкцией.
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.
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)
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.