Термостат с выносным датчиком температуры — это устройство для поддержания температуры в заданных пределах. Без него невозможно обойтись в системах отопления, в микроклимате и в теплицах. Такие устройства различаются как по характеристикам, так и по цене и надежности. Вы сможете сделать правильный выбор после получения общей информации о таких устройствах.
Тепловое реле с внешним датчиком температуры
Что делает термореле
Устройства этого типа относятся к классу термостатов. Например, это считается терморегулятор с выносным датчиком температуры. Это означает, что реле поддерживает температуру в заданных пределах. Когда температура превышает эти пределы, реле включает отопительный прибор: бойлер, теплый пол, обогреватель или резистор. Переключение происходит таким образом, чтобы температура возвращалась к установленным пределам.
В простейшем случае термостат включает нагреватель, когда температура упала и становится ниже требуемой, и выключает его, когда температура поднимается выше требуемой. Сложные термостаты позволяют подключать и отключать различные секции нагревателей или легко регулировать мощность.
Тепловое реле в системе теплых полов
Тепловые реле состоят из двух обязательных частей: датчика температуры и исполнительного механизма — это часть, замыкающая контакты в цепи питания. Эти части объединены в одно устройство или соединены кабелем. В каждом из этих случаев реле работает правильно только тогда, когда датчик находится там, где поддерживается заданная температура.
Пример установки выносного датчика
Помимо датчика и выходных контактов, термостат часто содержит устройство для установки желаемой температуры. В старых устройствах такое устройство выглядело как ручка или циферблат со шкалой, нанесенной по радиусу клюва или заостренной отметки. Новые и современные устройства в основном цифровые и содержат несколько клавиш и дисплей. Но в некоторых моделях температура устанавливается, как и раньше, с помощью поворотной ручки, что является фаворитом потребителей, в основном пожилых людей с устоявшимися привычками. Выбор на рынке достаточный.
Основные параметры термореле
Таких параметров много. Вот самые важные:
- диапазон рабочих температур;
- точность уставки;
- гистерезис;
- мощность нагрузки.
Температура, установленная для срабатывания реле, называется уставкой. Настройка находится в диапазоне рабочих температур, в котором работает реле температуры.
Гистерезис относится к установившемуся температурному диапазону реле, когда реле удерживает нагрузку во включенном состоянии. Уставка может занимать любую позицию в этом диапазоне, но она принадлежит этому диапазону. Гистерезис — неплохое качество реле, он часто нормируется, даже регулируется отдельно и помогает избежать слишком частых переключений в цепи нагревателя, что сократит срок службы ТЭНов.
Объяснение уставки и гистерезиса
В бытовых приборах положение уставки характеризуется плюсом или минусом. Так посчитать легче. Например, комфортная для человека комнатная температура находится в пределах 18-20 градусов тепла. Если гистерезис регулятора составляет 1 градус, уставка в этом случае будет 19 градусов. Если точность терморегулятора 0,5 градуса, температура будет держаться в пределах 17,5… 20,5 градуса. Точнее, сработает тепловое реле, а реальная температура будет определяться мощностью нагревателя, который работает вместе с этим реле.
Мощность нагрузки выражается в токе, который реле способно переключать. Известно, что электронагреватели потребляют наибольшую мощность среди других потребителей энергии. Это означает, что таким нагревателям необходим достаточный ток, и реле должно подавать этот ток своими контактами. Если токовая нагрузка слишком велика для контактов реле, используется промежуточное реле — магнитный пускатель или электронный выключатель питания. В противном случае контакты реле быстро перегорят и реле выйдет из строя.
Термостат переключения диапазонов
Виды термореле и его устройство
Используются следующие типы термостатов, отличающиеся друг от друга принципами работы:
- Реле с биметаллической пластиной.
- Реле с тепловым сопротивлением.
- Реле с термопарой.
- Реле с цифровым датчиком.
Рассмотрим подробнее каждый из видов этих реле. Такие термостаты продаются, и потребитель должен их хорошо знать.
Тепловое реле с таймером и дисплеем для дома
C биметаллической пластиной
Эти реле были одними из первых и были лучшими для своего времени. В реле с биметаллической пластиной датчик температуры и контакты внешней цепи расположены рядом друг с другом. В качестве основной детали используется биметаллическая пластина. Он состоит из двух металлов с разными коэффициентами теплового расширения. При нагревании металл с высоким коэффициентом расширяется сильнее, чем другой. Это приводит к тому, что деталь из такой пластины начинает гнуться с постоянной зависимостью от температуры.
Изгибающаяся пластина воздействует на механическую часть с контактами, которые замыкаются и размыкаются под воздействием температуры. Чтобы добавить гистерезис механической части, было добавлено упругое колесо баланса, которое придает механизму эффект срабатывания для резкого переключения. Этот механизм также управляется винтом, на котором нанесена шкала в градусах или условных знаках.
Термостат без электрической части (клапан термостата)
На изображении выше показан пример биметаллического реле (клапана) для системы водяного отопления. В реальном реле вместо стержня или плунжера усилие передается на электрические контакты. Подобное устройство использовалось в старых электрических утюгах, тепловых реле магнитных пускателей и до сих пор используется (в нерегулируемом варианте) для защиты электрочайников от включения без воды. Но не только. Его использовали в промышленности. Лучшие образцы достигли хорошей точности, но за счет сложности и высокой цены.
Для чего нужен терморегулятор на батарею отопления, как он работает, как его использовать и как самому смонтировать — обо всем этом мы расскажем в специальной статье.
Тепловое реле включения / выключения Honeywell
В биметаллических реле для одновременного управления уставкой и гистерезисом часто использовались два реле одновременно, переключающие контакты которых были подключены в соответствии с требуемой логикой. Такое реле показано на рисунке выше. На нем видна одна из двух биметаллических пластин, свернутая для большей чувствительности. Одна шкала использовалась для уставки включения, а другая — для уставки выключения, а гистерезис выбирался произвольно.
Преимуществами биметаллических термостатов являются их невысокая стоимость и надежность, а недостатками — чувствительность к ударам и ударам, а также низкая точность и невозможность использования выносного датчика.
Реле с термосопротивлением
Термостат сопротивления использует зависимость электрического сопротивления проводника или полупроводника от температуры окружающей среды. Этот тип реле распространился по промышленности в 1970-х годах, когда использовались операционные усилители. Датчик в таком реле можно вывести на достаточное расстояние, а сам датчик может быть миниатюрным по размеру.
Термистор как выносной датчик температуры
В качестве сенсора в промышленных термостатах использовались стандартные медные или платиновые резисторы, заключенные в герметичный корпус из нержавеющей стали. Эти датчики взаимозаменяемы. В простых и недорогих моделях, особенно отечественных, где не требуется высокой точности и стабильности управления, применяется термисторный датчик.
Примечание! Термистор (полупроводниковый термистор) хорошо реагирует на изменения температуры, но недостатком термистора является нелинейность сопротивления по отношению к температуре. Из-за этого каждое устройство может работать только с одним типом датчика и даже с одним экземпляром. Повторная калибровка может потребоваться в случае замены на такой же.
Простой термостат с контролем одной уставки
Электронная часть термостатов описанного типа состоит из делителя напряжения, в одном плече которого используется термистор, а в другом плече — сопротивление с низким температурным коэффициентом. Полученный сигнал усиливается и приводит в действие электромагнитное реле. В улучшенных схемах используется мост датчиков, усилитель сигнала от моста и компаратор переменного опорного напряжения. Уставка задается значением опорного напряжения, а гистерезис устанавливается либо путем выбора усиления сигнала (в бюджетных устройствах), либо с помощью двух компараторов.
Реле с термопарой
Этот тип устройства близок к предыдущему, работает на терморезисторах. Отличие в том, что температура фиксируется не по изменению сопротивления датчика, а по термоэдс. (электродвижущая сила). Эмс родился в результате сплавления (пайки) двух изолированных проводов из разных металлов. Такие датчики имеют хорошие характеристики, но требуют компенсации второго спая. Поскольку на практике ее обычно не существует, эта компенсация создается искусственно, и считается, что «холодный спай» имеет температуру 20 градусов Цельсия, стандартную нормальную температуру (окружающей среды.
Примечание! «Холодный спай» называется так не из-за его температуры, а потому, что, в отличие от «горячего» спая, он не участвует в измерениях.
Термопара в оплетке из стекловолокна
Примечание! Для приборов, производимых в США для внутреннего рынка, нормальная температура составляет 27 градусов по Цельсию.
Термопары стандартизированы и взаимозаменяемы, но только для оригинального типа, на который настроен используемый прибор. Для подключения термопар иногда можно использовать три клеммы, одна из которых подключена к компенсирующему термистору. Это используется для более высоких требований к точности и небольшого рабочего диапазона.
Примечание! При подключении термопар необходимо соблюдать полярность. Это важно учитывать при ремонте после перерывов!
Реле с цифровым датчиком
Это самый современный тип термостата для диапазона температур от -50 до +100 градусов, то есть близкого к диапазону деятельности человека и окружающей среды.
Датчик представляет собой полупроводниковый кристалл крупномасштабной интегральной схемы (меньше спичечной головки), содержащий полупроводниковый датчик и микропроцессор для обработки данных сигнала. Для связи с остальной частью реле используются три провода: земля, питание и однопроводной интерфейс.
Тепловое реле для теплого пола
Особенностью таких датчиков является то, что они могут быть подключены параллельно «гирляндной цепочкой» до 64 датчиков и работать независимо в сети на шине. Для работы с ними разработан специальный протокол — контроллер передает адрес датчика, после чего получает от него ответ. Это позволяет использовать передовые устройства контроля температуры с гибкими конфигурациями и минимальным количеством проводов и проводов.
Цифровой термостат с датчиком в комплекте
На рисунке выше показана одноканальная плата теплового реле с дисплеем. Три кнопки предназначены для управления режимом работы. Одна кнопка переключает реле в режим установки уставки, а две другие кнопки используются для «прокрутки» значений на дисплее. Затем устройство переходит в режим поддержания тепла. Это пример простейшего цифрового теплового реле для экономичных приложений.
Термореле-переходник для розетки с дисплеем
Цифровой термостат не обязательно использует цифровые датчики температуры. Такое реле можно сделать для аналоговых датчиков с оцифровкой входного сигнала в самом реле, но датчик будет выносным. Устройство может содержать датчик, измеряющий его внутреннюю температуру.
Видео — Терморегуляторы с датчиком температуры воздуха
Реле на DIN-рейку
Модули, собранные на DIN-рейку, теперь полностью заменили старую панельную установку оборудования в шкафах, очень неудобную для обслуживания и ремонта. Стрельба по рельсам занимает несколько секунд. Кабели укладываются в кабельные лотки внутри шкафа и фиксируются винтовыми зажимами в точках подключения, когда они полностью доступны для монтажа и освещения.
Таким образом собирается электрооборудование промышленного, коммунального и бытового назначения. Тепловые реле, также выполненные в корпусе для монтажа на DIN-рейку, не являются исключением.
Тепловое реле в корпусе на DIN-рейку
При установке в шкаф или короб нет необходимости портить стены и внешний вид помещения. Датчики реле переносятся в зону наблюдения, а сами реле остаются вместе с остальным оборудованием в шкафу.
Большинство типов термостатов доступны в версиях для DIN-рейки. Интернет-магазины предлагают потребителям широкий выбор. Некоторые модели содержат интерфейс для проводного подключения, например для беспроводного устройства, если вам нужно управлять реле удаленно с мобильного телефона или смартфона.
Термореле своими руками
Для тех, кто умеет повозиться: работая с паяльником, имея минимум знаний в области электротехники, есть варианты самостоятельного изготовления теплового реле. Из имеющегося разнообразия лучше выбирать не архаичные схемы последних десятилетий, а вариант, близкий к современности. Надежные и точные современные комплектующие легче найти, чем старые. Электрические схемы также стали проще благодаря высокой степени интеграции новых микросхем. Вот вариант полупроводникового аналогового датчика:
Схема самодельного термостата
Датчик У1 выпускается в корпусе ТО-92 или ТО-220. В первом случае он подходит только для измерения температуры воздуха. Второй корпус подходит для крепления к металлическим пластинам, например, для измерения температуры змеевиков или труб. Переменный резистор R5 должен быть линейным, так как сам датчик LM35 имеет хорошую линейность. Компаратор U2 сравнивает опорное напряжение от курсора резистора R5 и от датчика.
Выходной сигнал компаратора усиливается током транзистора T1 и затем подается на базу транзистора T2, ключ, который включает реле K1. Диод D1 необходимо использовать для защиты транзистора T2 от электрических повреждений во время самоиндукции катушки реле. Контакты нагрузки должны быть рассчитаны на ток 2-5 А. Если мощность нагрузки превышает 400-1000 Вт, что соответствует выбранному реле, необходимо использовать промежуточный магнитный пускатель или симистор.
Таблица 1. Замена транзисторов и диодов
| BC549C | КТ315В, КТ315Г |
| BD139 | КТ815Б, КТ805Б |
| 1N4002 | КД105Б, КД212А |
Датчик можно вынести за пределы платы устройства на расстояние 5-10 метров. Но в этом случае провод от пина 2 должен быть в металлической оплетке (экранирован). Оплетка подключается к контакту 3 (земля), и питание подается по отдельному проводу. Резистор R1 и конденсатор C2 также необходимо удалить вместе с датчиком и уложить в их гнезда. Устройство питается от источника постоянного напряжения 12 В.
Весы необходимо откалибровать по показаниям эталонного термометра, который находится рядом с датчиком. При изменении температуры нужно подождать 2-3 минуты, чтобы показания датчика и термометра сравнялись друг с другом.
Заключение
Тепловое реле: термостат, реле температуры, термостат, синонимы устройства. Переходя от простых электромеханических устройств с биметаллической пластиной или сильфоном к современным цифровым устройствам, тепловые реле претерпели значительные улучшения в производительности в сторону точности и надежности. При этом цена на них остается невысокой, доступной для потребителей, а сами устройства нужны для домашнего кондиционирования, микроклимата, кухонной техники и теплиц.
Перед покупкой теплового реле желательно ознакомиться с перечисленными здесь параметрами, чтобы выбрать подходящее устройство, а также учесть характеристики приобретенного устройства для надежной и длительной эксплуатации. И мы также должны помнить, что тепловое реле — это устройство управления, обслуживание которого влияет на другое оборудование или свойства, и оно всегда должно быть в рабочем состоянии и ремонтироваться.
