+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Термостаты. Виды и работа. Устройство и применение. Особенности


Как выбрать термостат

Термостат — элемент системы охлаждения двигателя, отвечающего за регуляцию температуры антифриза. Без этого детали тепловой режим не будет поддерживаться.
Главная задача — блокировка потока антифриза до того момента, пока двигатель не прогрелся. Когда температура двигателя высока, термостат открывается и способствует прохождению жидкости. Когда двигатель холодный, антифриз не проходит через термостат. Прибор является двухконтурным.

Малый контур работает до температур 85-90°C, иначе называемых рабочими. При более высоких температурах открывается пропуск в большой контур, т.е. начинает свою работу радиатор, после чего жидкость охлаждается и идет обратно в малый контур. Температура открытия указана на корпусе прибора. Как видите, система замкнутая, и малейшая неисправность сказывается на ее работе.

Виды термостатов – конструктивные отличия

По типу термостаты делятся на одноклапанные, двухступенчатые, двухклапанные и с электронным управлением. Все, за исключением последнего, подчиняются одному и тому же физическому принципу работы, который подробнее будет рассмотрен чуть ниже. Одноклапанный – самый простой вид, в основу которого положена конструкция с одной клапанной тарелкой с терморегуляцией, имеющей два состояния: «открыто» и «закрыто». Двухступенчатый имеет два клапана – основной и вспомогательный. Двухклапанный термостат включает два равноправных затвора, работающих по обратной связи друг с другом.

На данный момент самым совершенным типом из упомянутых является термостат с электронным управлением. Благодаря его конструктивной особенности и методу регуляции достигаются разные режимы работы двигателя. Электронное управление позволяет добиться от мотора за счёт разных температурных закономерностей таких полезных качеств, как экономия топлива, повышение мощности и уменьшение износа ходовых частей агрегата. Также такой способ регуляции потоков антифриза позволяет организовать двухконтурную регулируемую систему охлаждения жидкости.

Плановая замена

Термостат относится к той категории запчастей, которая не имеет регламентированного срока замены. Качественное изделие служит до нескольких лет. В случае поломки термостата более всего страдает мотор — не соблюдается температурный режим. Здесь возможно два варианта, которые рассматривают относительно того, в каком положении “заело” термостат. Это может быть или перегрев двигателя, или, наоборот, недогрев вследствие интенсивного охлаждения. На памяти работников СТО много случаев, когда термостат на автомобиле работал то исправно, то выходил из строя — отдельные экземпляры этой детали ведут себя самым интересным образом.

Частыми причинами поломки является использование неподходящих жидкостей для охлаждения и нежелание их вовремя менять. Худший вариант — использование воды. Мы же поговорим о том, когда термостат подлежит замене, какие компании-производители достойны внимания, а также какие хитрости есть у бывалых автолюбителей.

Основные признаки неисправности

Главным признаком неисправности является то, что при перегреве двигатели нижний и верхний патрубки имеют одинаковую температуру. Обычно говорят о том, что термостат “залип”, или же клапан пропуска перестал справляться со своей работой. Термостат находится в открытом положении. Из двух контуров жидкость прогоняется только по большому, а двигатель не разогревается до рабочей температуры. Недогрев приводит к увеличению расхода топлива, вредным выбросам, повышенному износу деталей двигателя. Кроме того, хуже прогревается салон автомобиля.

Запчасти на Skoda octavia

Термостат
OCTAVIA liftback (1Z3) (04 — 13)

Запчасти на Opel omega

Термостат OMEGA B sedan (25, 26, 27) (03.94 — 07.03)

Иная ситуация: нижний патрубок остается холодным, причем температура в рабочем вентиляторе растет. Жидкость двигается только по малому контуру, из охлаждающей превращаясь в нагревающую. Термостат находится в закрытом положении. Двигатель может попросту перегреться, а все из-за того, что клапан постоянно открыт.

Первый вариант намного хуже второго. Также советуем обратить внимание на следующее:

  • Стрелка, указывающая на температуру двигатели, при наборе скорости резко падает и начинает подниматься при остановке;
  • Двигатель прогревается слишком долго. Если раньше вы такого не замечали, стоит проверить термостат;
  • Резиновое уплотнение тарелки клапана было нарушено. Из-за этого охлаждающая жидкость смешивается с моторным маслом. Последнее растворяет уплотнение клапана, находящегося в терморегуляторе;
  • Клапан открывается слишком рано. Обычно с такой неполадкой автомобиль функционирует без проблем, но вышесказанного это не отменяет.

Возможные неисправности термостата

При своем большом значении этот элемент характеризуется относительно небольшим сроком службы – в среднем менять термостат приходится каждые 2-3 года. Поэтому следует заранее разобраться, какие неисправности могут возникнуть в нем. Как правило, автомобилисты сталкиваются с 3 основными проблемами в его работе:


  • Клапан термостата не закрывается

    . При этой поломке охлаждающая жидкость сразу после запуска двигателя будет поступать в большой круг циркуляции. В результате этого вам потребуется значительно больше времени, чтобы качественно прогреть двигатель и салон. Кроме того, возрастет и расход топлива. Если поломка случилась летом, то ее можно даже не заметить, зимой же, в особенности при сильных морозах, двигателю будет очень сложно, а иногда даже невозможно достичь рабочих температур.
  • Термостат не открывается. Поломка противоположного характера, при которой антифриз всегда будет циркулировать по малому кругу. Эффективность охлаждения при этом снижается в разы, в результате двигатель перегревается и может заклинить. При выявлении такой поломки крайне не рекомендуется ехать даже до автосервиса. Если же других вариантов нет, то включите салонный отопитель на максимальный режим – это хотя бы частично поможет отвести от двигателя избыточную теплоту. При движении постоянно контролируйте положение датчика температуры – не допускайте его перехода в красный сектор.
  • Клапан термостата открывается рано. В некоторых ситуациях основной клапан открывается, пока двигатель не разогрелся до рабочих температур. Это часто случается с не оригинальными термостатами. Также такая ситуация может возникнуть, если на автомобиль установлено оборудование с неподходящими рабочими параметрами. В результате двигатель прогревается дольше обычного, повышается расход топлива.

Таким образом, наиболее опасной поломкой термостата является постоянно закрытый клапан. Эксплуатация автомобиля в этом случае может обернуться серьезными поломками вплоть до полного выхода двигателя из строя. Однако и рано открывающийся либо постоянно открытый клапан не следует игнорировать.

Проводим диагностику самостоятельно.

Не снимая термостат с автомобиля, можно легко проследить за его работой. Прогреваем двигатель, после чего трогает шланг от термостата к радиатору. Штатным его состоянием является: невысокая температура, сравнимая с температурой воздуха. Если он горячий, то стоит или ехать на СТО, или попробовать провести демонтаж и дальнейшую диагностику самостоятельно.

Снимаем термостат и проводим его “проварку”. Делается это очень просто: в кастрюлю с чистой водой помещаем термометр и термостат. Подогреваем воду, стараясь зафиксировать ее температуру на отметке термометра в 90°C. Если клапан термостата начнет медленно открываться, причин для волнения нет. Этого не произошло или же клапан не полностью открылся- придется провести срочную замену.

Как понять, что термостат неисправен

Проверить работу термостата следует при выявлении перегрева или чересчур долгого разогрева двигателя. К счастью, это сделать можно и своими силами.

Заведите автомобиль и дайте ему поработать на холостых оборотах. В это время найдите под капотом шланги системы охлаждения, а также 2 толстых шланга (диаметром примерно 5 см), которые с 2 сторон подходят к радиатору. В течение первых минут толстые шланги, входящие в большой круг системы охлаждения, не должны нагреваться – в это время антифриз циркулирует по малому кругу. Если же их температура быстро повышается, то это свидетельствует о том, что основной клапан термостата открыт.

О постоянно закрытом термостате будет свидетельствовать холодный шланг, идущий от радиатора, при нагретом почти до красной зоны моторе. В целом, факт такого нагрева уже сам по себе является признаком неисправности, поэтому следует как можно быстрее обратиться на СТО для комплексной проверки системы охлаждения и замены термостата.

Продлеваем срок службы термостата

Как правило, деталь не отказывает внезапно после года эксплуатации. Такое бывает разве что при покупке некачественного и недорогого аналога. Но и в случае с таким термостатом, период эксплуатации можно растянуть вплоть до выхода из строя.

Основные требования предъявляются к охлаждающей жидкости. Если не заменять ее своевременно, возможно отложение на деталях нежелательных накоплений, выход из строя присадок. При этом жидкость нужно менять полностью, а не подливать по мере необходимости. Это также позволяет защититься от коррозии. Как показывает практика, высокую коррозийную защиту обеспечивает тосол. При этом он не обеспечивает максимальную теплоотдачу. Последнего недостатка лишен качественный антифриз.

Как изготавливают автомобильный термостат

Как производят автомобильный термостат…

Здравствуйте уважаемые, читатели блога RtiIvaz. ru. Сегодня я хочу продолжить разговор о системе охлаждения. Автомобильный термостат расположен в системе охлаждения двигателя, между двигателем и радиатором охлаждения. Пока температура охлаждающей жидкости в системе охлаждения ниже заданной рабочей температуры, термостат автомобиля перекрывает канал движения жидкости к основному радиатору. По мере прогрева двигателя охлаждающая жидкость нагревается до рабочей температуры 95-97˚С и клапан автомобильного термостата открывается, тем самым позволяя охлаждающей жидкости двигаться по большому кругу через основной радиатор. Основной радиатор охлаждения жидкости сбрасывает часть температуры от воздушного потока и уже частично охлажденная жидкость вновь возвращается в рубашку охлаждения двигателя, тем самым спасая его от перегрева.

Как же устроен термостат автомобильный, и по какому принципу осуществляется его работа?

Основным рабочим компонентом автомобильного термостата является смесь воска. Когда охлаждающая жидкость нагревается, то воск начинает быстро плавиться, затем клапан термостата открывается, открывая канал для охлаждающей жидкости системы охлаждения по большому кругу. Смесь из воска при нагревании плавится достаточно быстро благодаря примеси меди, графита, алюминия.

При нагревании воска он переходит из твердого состояния в жидко образное состояние, при этом расширяясь по объему, начинает давить на штырь, который жестко связан с клапаном от того, что некуда деваться клапан приоткрывается. Тем самым происходит процесс срабатывания автомобильного термостата, приводя циркуляцию жидкости по большому кругу через основной радиатор охлаждения.

Процесс приготовления смеси из воска…

Смешав воск с перечисленными выше примесями, его нагревают и в расплавленном состоянии заливают на специально приготовленные пресс формы. Спустя некоторое время смесь остывая, застывает. Полученные таким образом пластины воска, меди, графита и алюминия достают из разливочных пресс форм далее измельчают на мелкие гранулы.

Гранулированный воск засыпают в специальный аппарат, на подобии аппарата используемого фармакологией для приготовления различных таблеток «пилюль». Аппарат путем сдавливания прессует гранулы комбинированного воска на подобие, цилиндрических капсул.

Следующим этапам изготовления автомобильного термостата структурой производства является изготовление специальных колпачков, куда будут помещены цилиндрические капсулы воска. Для этого рабочие операторы заправляют специальную медную ленту в станок. В итоге получается отформованный полый цилиндр, напоминая форму стаканчика с внешним буртом.

Способ изготовления колпачков…

Первоначально машина вырубает из ленты круги на подобии пятаков, из которых потом поэтапно, согласно заложенной программе станка формирует колпачки. Готовые колпачки устанавливаются на круговой конвейер, где в каждый колпачок машина помещает капсулу воска.

Затем в каждой капсуле проделывается отверстие, куда машина вставляет резиновую прокладку, изготовленную на производстве «рти» резинотехнических изделий из резиновой смеси в отверстие капсулы и закрывает ее латунной крышкой.

Далее машина под давлением прижимает колпачок, к крышке закрывая его полностью герметично.

Затем машина вставляет в отверстие крышки стальной штырь, который будет открывать, и закрывать клапан автомобильного термостата системы охлаждения. Штырь вставляется в тело, ранее запрессованной резиновой муфты находящейся в восковой капсуле.

Термостаты ВАЗ 2101-2115

Когда автомобильный термостат начинает работать, то расплавленный воск расширяется и сдавливает резиновую муфту, которая выдавливает стальной штырь из капсулы. Штырь, как уже говорилось выше, начинает в свою очередь давить на клапан и он открывается, заставляя тем самым термостат работать.

В процессе изготовления термостата структурой производства его нагревают до температуры его срабатывания на автомобиле, и калибровочная машина сжимает тело цилиндра до тех пор, пока штырь не поднимется из цилиндра на величину, достаточную для того, чтобы открылся клапан.

Потом откалиброванные детали поступают в машину, которая подсоединяет этот клапан с цилиндром. Тело самого клапана состоит из двух частей из нержавеющей стали. Машина укладывает их друг на друга на тонкий конец колпачка. Затем прижимает клапан к концу цилиндра и закрепляет его на широком конце.

Перед нами на видео показаны два цилиндра: слева цилиндр до установки клапана, а справа цилиндр уже с напрессованным термоэлементом. Одновременно в другой пресс закладывается лента из покрытой смазкой нержавеющей стали для штамповки фланца (верхний конец термостата). Аналогично с цилиндром машина по заданной программе штампует фланец в несколько этапов, где он в конце принимает законченную форму.

Наступает заключительный этап окончательной сборки автомобильного термостата. Сначала устанавливается стальная основа термостата, затем следом ставится стальная пружина, которая должна закрыть клапан, когда остынет охлаждающая жидкость. Следующим шагом вставляется цилиндр и сверху цилиндра надевается фланец. Клепальная машина соединяет заклепками крышки термостата воедино и одновременно с этим сглаживает края заклепок.

Далее сборочная машина устанавливает два фиксатора штыря, которые не позволят ему выпасть из резиновой прокладки. Это последняя операция по изготовлению и автомобильный термостат полностью готов к работе.

Теперь на видео происходит демонстрация работы термостата, путем его нагрева газовой горелкой, имитируя тем самым его реальную работу системой охлаждения автомобиля.

После нагрева расплавленный воск, расширяясь, выталкивает штырь наверх, а после охлаждения клапан вновь возвращается на свое первоначальное место. Таким образом, термостат машины спасает двигатель от закипания, когда вы двигаетесь по дорожным пробкам или на крутую гору, обеспечивая его сохранность от перегрева. Видео: Видео выше наглядно демонстрирует не только поэтапный процесс изготовления термостата структурой производства, но и показывает на простом примере принцип его работы, расширяя знания автолюбителей о системе охлаждения двигателя к которому относится термостат машины.

Вам так же будет интересно:

Процесс регулировки клапанного механизма 2101-07

ТО системы охлаждения двс

Как выбирают термостат

В случае поломки лучше подобрать идентичный термостат, или обратиться к менеджеру любого магазина автомобильных запчастей, предоставив также VIN-код своего авто. Тот выберет запчасть нужных размеров, а также уточнит возможность работы в одном тепловом режиме.

Несколько более интересный случай: отдельные детали уже менялись, добавлялись смежные. Здесь без помощи автомеханика обойтись сложно. Он проанализируют следующие вещи: пороги температур плавления, количество клапанов, габаритные размеры, температура открытия, специфика индикации температуры двигателя. Сообразно этому, будет подобран наилучший термостат. Отметим, что далеко не все автолюбители точно знают, какая в их авто система индикации температуры, так что рискуют попасть впросак при самостоятельном выборе термостата.

Как правильно заменить термостат?

Подобная работа по замене вышедшего из строя термостата не представляет особой сложности, поэтому с ее проведением справится каждый автовладелец. Вам необходимо будет предварительно приобрести новый термостат, который будет подходить к вашему автомобилю. Далее по технической документации следует найти, где устанавливается в вашем автомобиле такой механический клапан, снять патрубки, аккуратно слить с них охлаждающую жидкость, демонтировать и заменить термостат. Далее в обратном порядке собирают патрубки, проверяют герметичность системы, заливают обратно слитый антифриз и заводят мотор, проверяя функционирование системы охлаждения.

Заключение

Термостат в системе охлаждения играет роль клапана, который перенаправляет охлаждающую жидкость по большому и малому контуру. Тем самым при помощи такого простейшего механического устройства выполняется оптимальная регулировка температуры охлаждающей жидкости. В процессе эксплуатации такие термостаты могут выходить из строя, при этом стоимость подобных запчастей не слишком высока, а их замена не представляет особой сложности, поэтому такой ремонт сможет выполнить каждый автовладелец.

12.02.2018

Существующие системы

Термостаты в автомобилях одноклапанные и двухклапанные. При этом часто их конструкция имеет несколько дополнений, которые могут разниться даже в транспорте одной линейки от одного производителя. Давайте разберемся:

  • Сдвоенные термостаты. Как правило, используются в системах с большим давлений. При среднем температурном напоре открываться будет только один термостат, а при высоком — сразу два;
  • Оснащенные дополнительные боковыми клапанами. Их назначение — уменьшать перепады температур охлаждающей жидкости, которые в более простых системах достаточно высоки;
  • Устанавливаемые в алюминиевый корпус, или же в корпус из пластика;

  • Оснащенные специальной направляющей юбкой, которая препятствует перекосу нижнего клапана;
  • С дополнительным электронным подогревом, а также датчиком температуры. Их устанавливают для уменьшения нагрева двигателя, который возможен при слишком высокой нагрузке.

Сильфонные, или же жидкостные, термостаты встречаются редко. Причина проста: изготовление возможно при использовании достаточно сложной технологии герметизации медного цилиндра. Более простые термостаты с твердым наполнителем, имеющие металлические и графические присадки, столь же надежные.

Термостат в системе охлаждения


В любом автомобиле с двигателем внутреннего сгорания конструктивно предусмотрена система охлаждения. Нормальную работу системы в определённом температурном диапазоне обеспечивает термостат. Термостат является очень важным узлом двигателя, и потому требует к себе особого внимания. Назначение термостата. Термостат предназначен для распределения потока охлаждающей жидкости в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Его работа заключается в разделении системы охлаждения на два контура. Один контур считается малым, и включает в себя рубашку охлаждения двигателя и радиатор отопления салона автомобиля. Большой контур, помимо двигателя и отопления салона, включает в себя основной радиатор, который предназначен для охлаждения жидкости, направленной в него через термостат. При холодном двигателе термостат полностью закрыт и жидкость циркулирует только по малому контуру. Это обеспечивает более быстрый прогрев холодного двигателя до рабочей температуры, что уменьшает время прогрева и положительно влияет на уровень расхода топлива и износ деталей. Когда двигатель набирает рабочую температуру, начинает срабатывать термостат. По мере повышения значения температуры охлаждающей жидкости термостат постепенно открывает ей доступ к радиатору для охлаждения. При охлаждении жидкости термостат постепенно прикрывается, уменьшая её доступ к радиатору. Таким образом, термостат поддерживает значение температуры охлаждающей жидкости в определённом диапазоне. Устройство и принцип работы простого автомобильного термостата. В зависимости от марки автомобиля и типа двигателя конструкция термостатов может незначительно отличаться. Однако, на примере самого распространённого термостата с восковым наполнителем можно описать его устройство. Любой термостат этого типа состоит из следующих основных деталей: цилиндр с наполнителем, клапан, толкатель клапана и пружина. Цилиндр с наполнителем представляет из себя герметичную ёмкость небольшого размера. Ёмкость заполнена специальным гранулированным воском с добавлением меди. Воск при изменении значения температуры имеет свойство изменяться в объёме. При повышении окружающей температуры воск расплавляется и расширяется. При снижении температуры наоборот — уменьшается в объёме. Медь добавляется в воск для увеличения теплообмена, так как этот металл обладает повышенной теплопроводностью. Клапан термостата физически соединён с восковым цилиндром с помощью толкающего штока. При повышении температуры и расширению наполнителя клапан, толкаемый штоком, открывается и пропускает охлаждающую жидкость в большой контур. Пружина термостата предназначена для возвращения клапана в исходное положение при понижении температуры охлаждающей жидкости и уменьшении в объёме наполнителя. Термостат работает таким образом, что чем выше температура охлаждающей жидкости, тем сильнее воск увеличивается в объёме и тем сильнее открывается клапан. Таким образом, при более сильном прогреве жидкости, клапан открывается сильнее и пропускает больший её объём к охлаждающему радиатору. Разновидности термостатов. Поскольку термостат был изобретён очень давно, то его конструкция постоянно изменялась и усовершенствовалась. На сегодняшний день на автомобилях применяются следующие три типа термостатов: одно-клапанные, двух-клапанные и термостаты с электронным управлением. Конструкция одно-клапанного термостата описана выше. Двух-клапанный термостат конструктивно схожий с простым одно-клапанным. На двух-клапанном помимо основного перекрывающего клапана дополнительно установлен малый клапан, который физически соединён с основным. Такие термостаты применяются в тех двигателях, в которых система охлаждения работает при повышенном давлении. В этом случае, усилия расширения наполнителя бывает недостаточно, чтобы преодолеть давление в системе и открыть основной клапан. Малый клапан имеет намного меньшую площадь поверхности, и за счёт этого легко преодолевает сопротивление жидкости. Поскольку оба клапана соединены между собой, то малый клапан тянет за собой основной, таким образом открывая для охлаждающей жидкости доступ к основному радиатору. Термостаты с двумя клапанами применяются в основном на отечественных моделях грузовиков и на некоторых легковых автомобилях. Термостаты с электронным управлением применяются на дорогих автомобилях для повышения эффективности и точности их работы. Основные неисправности термостата и методы их обнаружения. В большинстве случаев термостат при поломке не подлежит ремонту и заменяется на новый. Признаками выхода из строя термостата являются нарушения температурного режима двигателя. При прогревании и работе двигателя температура поднимается очень долго не достигая рабочего значения. Или наоборот, двигатель перегревается в короткие сроки своей работы. В первом случае, если всё остальное в системе охлаждения находится в рабочем состоянии, термостат заклинило в открытом положении, в результате чего охлаждающая жидкость постоянно циркулирует по большому контуру не успевая прогреваться до нормальной температуры. Если двигатель очень быстро перегревается во время работы, то термостат скорее всего заклинило в закрытом положении и потому жидкость постоянно циркулирует по малому контуру, что непременно приводит к перегреву двигателя. Для проверки термостата его необходимо извлечь из автомобиля и опустить в ёмкость с водой. Далее вода нагревается. Если в закипевшей воде клапан термостата никак не реагирует, то он неисправен и подлежит замене. Если этот тест прошёл успешно и термостат функционирует, то причиной перегрева двигателя скорее всего является засорённая система охлаждения. Термостат появился в конструкции двигателя почти одновременно с появлением первых автомобилей и до сих пор с успехом используется. Замены ему пока что не придумали, ведь со своим назначением он справляется в полной мере.

Краткий экскурс по брендам

Как вам и могут посоветовать специалисты, покупать лучше оригинальные термостаты известных производителей. Иначе их называют OEM запчасти. Цены на них высоки, однако сама запчасть может служить долгие годы без единых осечек.

Продукцию высочайшего уровня имеют следующие фирмы: Mahle, Behr, Wahler (Германия), Valeo (Франция).

Одни из самых популярных брендов: Gates (США), Febi, Meyle, SWAG (Германия), Facet (Италия), Calorstat by Vernet (Франция). Качество продукции очень высоко, цены — не кусаются. К слову, в Украине и Россие эти марки широко известны и очень востребованы.

Из бюджетных решений стоит отметить две следующие фирмы: Starline (Чехия), JP Group (Дания). Цены очень демократичны, однако сама продукция удовлетворяет всем стандартам качества.

Стоит избегать термостатов от малоизвестных фирм, недавно вышедших на рынок. Причина проста: высок риск наткнуться на поддельные изделия, которые внешне почти не отличаются от термостатов крупных фирм, но уступают им абсолютно во всем.

Покупаем без ошибок

Итак, первая цель заключается в том, чтобы не попасться на фальсификат. При этом китайские термостаты не обязательно плохи, а вот китайские подделки критиковать даже нет смысла, так как они ни на что не годны. Давайте же разберемся, как распознать подделку.

Обратите внимание на следующее:

  • Внешний вид упаковки приятен, полиграфия и склейка качественны. Только серьезные производители тратят деньги на хорошие упаковки, фальсификаторы же себе этим голову не занимают;
  • Товарный знак бросается в глаза. Фальсификаторы нередко вообще не копируют товарные знаки, а если и копируют, то делают это плохо. Попробуйте найти в проверенном магазине термостат фирмы SWAG в упаковке, сфотографируйте ее на смартфон и в будущем сравнивайте со всеми товарами в упаковке, которые вызывают у вас подозрение;
  • Качество материала и его обработка. Как правило, поддельные термостаты пестрят швами, блестят, плохо отшлифованы;
  • Гравировка, проштамповка товарных знаков и надписей. Обычно выдавлены на корпусе, для чего требуются качественные металлообрабатывающие станки. На поддельных термостатах буквы выдавлены плохо, они стертые или совсем нечеткие;
  • Торговцы запчастями. Солидный магазин легко предоставит вам гарантирую, обязуется взять товар назад в случае брака. При этом цены выше, чем у торговцев на рынке;
  • Обработка краев и срезов, завальцовка стыков. Качество легко прослеживается: возьмите термостат и посмотрите, есть ли на нем задиры, царапины и сколы. Их наличие говорит о фальсификации.

Рассмотрим более подробно техническое исполнение

Электронные термостаты

Электронный комнатный термостат в своей основе имеет три главных компонента:

  • датчик температуры
  • передатчик сигнала
  • термореле

Основной плюс электронных терморегуляторов — точность работы по выявлению и корректированию температурного режима в помещении. Таким прибором просто управлять, его можно использовать в составе «умного дома».

Электромеханические термостаты

Электромеханический комнатный термостат проще электронного по внутреннему устройству. Центральным элементом устройств является реле. Этот узел внешне похож на цилиндр в виде трубки, которая наполняется отзывчивым к температуре веществом. Как только котел разогревается — вещество расширяется. И наоборот: при понижении температуры вещество сужается. На изменения вещества реагирует привод, который с помощью электроцепи регулирует температурный режим.

Электромеханический термостат

Механические термостаты

Регуляторы механического типа характеризуются отсутствием электронной начинки. В основе принципа работы таких термостатов лежит способность материалов изменять свои свойства под воздействием температуры. В результате изменения температурного режима вещества в газовой мембране, замыкается или разрывается электроцепь, что приводит в действие те или иные механизмы оборудования.

Комнатный термостат для газового котла (или любого другого) может управляться механическим или автоматическим способом. На степень прогрева помещения оказывает непосредственное влияние температура теплоносителя. Как только он нагреется до нужной кондиции, котел выключается. При снижении температуры — подключается вновь. Порог срабатывания отличается в разных системах, но в целом составляет 0,25 градуса.

Функцию контроля за работой отопительного оборудования выполняет программатор. Это устройство, помимо очевидного удобства от автоматизации процесса, выполняет и другую роль — позволяет экономить топливо. Ведь в ручном режиме котел часто включается и отключается, а передвижение теплового носителя создается насосом, который работает даже тогда, когда отопительная система отключена. Следствие этого — повышенный расход электричества и сокращенный срок службы оборудования.

Обратите внимание! Комнатный терморегулятор отзывается не на температуру теплового носителя, а именно на температуру воздуха, в результате чего количество включений-отключений котла снижается в сравнении с регулировкой ручным способом. Иными словами, даже если батареи уже холодные, но температура воздуха в комнате на приемлемом уровне, котел включаться не будет.

Также не станет включаться котел и в некоторых других ситуациях:

  • нагрев помещения лучами Солнца
  • снижение температурной дельты
  • рост числа людей в помещении и т.п.

Практика применения терморегуляторов показывает — они позволяют экономить до трети тепловой энергии.

Можно ли справиться с заменой самому

С развитием интернет-ресурсов нет проблем с тем, чтобы найти руководства по замене отдельных запчастей. Если вы хотите заменить термостат самостоятельно, нужно обзавестись герметиком, крестообразной отверткой, тазом для слива охлаждающей жидкости, ключам на “12” и “13”. По сути, замена предусматривает следующее: слить антифриз, снять декоративный кожух двигателя, отсоединить корпус термостата, снять термостат и поставить новый. Зачастую термостаты устроены так, что имеет значение сторона, с которой вы его будете устанавливать. Для простоты определения производитель делает пометки, вроде “Front” и “Rad”, или же стрелку, указывающую на радиатор. Советуем по ходу установки также поменять хомута и уплотнители. После замены советуется долить антифриз и проследить за отсутствием его утечек.

Принцип работы термостата

Термостат размещен в патрубке, а через него подогретая жидкость отводится в емкость радиатора. Для его изготовления используют такие металлы, как медь и латунь. В конструкции большинства автомобильных термостатах сейчас применяется воск. Это объясняется его свойством значительного расширения, поскольку действие высокой температуры переводит его из твердого в текучее состояние. Подогретая жидкость растопляет воск, и клапан открывается, что дает возможность охлаждающей жидкости попадать в радиатор. Отключение мотора и его последующее остывание приводит к охлаждению жидкости. Если температура падает ниже 70 °С, воск сжимается и приобретает твердую форму, а клапан термостата закрывается.


Наглядная схема конструкции автомобильного термостата


Схема системы охлаждения и принцип работы термостата: 1 — радиатор; 2 — патрубок для циркуляции охлаждающей жидкости; 3 — расширительный бачок; 4 — термостат; 5 — водяной насос; 6 — рубашка охлаждения блока цилиндров; 7 — рубашка охлаждения головки блока; 8 — радиатор отопителя с электро-вентилятором; 9 — кран радиатора отопителя; 10 — пробка для слива охлаждающей жидкости из блока; 11 — пробка для слива охлаждающей жидкости из радиатора

Выводы

Замена термостата может быть осуществлена самостоятельно. При этом неисправную деталь стоит менять как можно скорее — это позволяет избавиться от возможных трат на ремонт двигателя. Также отметим, что термостат стоит проверять в канун наступления холодов. Исправно работающая деталь не только позволит уменьшить расход ресурса двигателя, но улучшить прогрев салона автомобиля, нормализует расход топлива.

Термостатов разных ценовых категорий на рынке достаточно много. Вышеуказанные бренды считаем приоритетными, их качество было проверено временем. Единоразовой замены хватит, чтобы потом не вспоминать о термостате в течение нескольких лет.

Устройство термостата

Наибольшее распространение сегодня получили простейшие механические термостаты, которые одновременно надежны, имеют доступную стоимость и обеспечивают правильную работу системы охлаждения двигателя автомобиля. Непосредственно сам термостат состоит из следующих элементов:

1. Резиновая камера.

2. Восковый наполнитель.

3. Шток.

4. Корпус клапана.

Используемый термочувствительный воск при увеличении температуры охлаждающей жидкости расплавляется, увеличивается в объеме, что и приводит к сжатию резиновой камеры. Подобное сжатие выталкивает хромированный металлический шток, что открывает клапан, после чего жидкость уже движется по меньшему или большему контуру.

В конце прошлого века автопроизводители начали использовать электромагнитные термостаты, которые управлялись электроникой. Однако подобные детали не получили должного распространения на рынке, что объяснялось их сложностью в работе, высокой стоимостью и посредственной надежностью. Даже сегодня, в век суперсовременных технологий и мощных экономичных двигателей, которые полностью управляются автоматикой, большинство систем охлаждения используют обычные механические термостаты.

Выбор жидкостного термостата

Основные характеристики, которые должны быть обязательно приведены в технической документации на жидкостной термостат следующие:

— диапазон температур
— кратковременная стабильность (начало, середина и конец диапазона)
— долговременная стабильность (начало, середина и конец диапазона)
— однородность температуры в рабочем объеме (начало и конец диапазона)
— точность выхода на заданную температуру (при нескольких температурах)

Кроме того, в термостатах, работающих в широком диапазоне, для получения максимальной стабильности, желательно, чтобы была возможность несложной перенастройки параметров регулирования, например, диапазона регулирования, т.к. для разных температур изменяются условия теплообмена и вязкость жидкости.

Встречаются случаи, когда в спецификации на термостат приведена лишь одна цифра по стабильности и точности выхода на заданную температуру. Надо иметь в виду, что это допустимо только в узких диапазонах температур и только для грубых термостатов. Если необходимо достичь стабильности в лучше ± 0,02 °С необходимо запросить у фирмы-изготовителя график измерения стабильности при нескольких значениях температуры.

Все вышеперечисленные характеристики термостата зависят от конструкции термостата, термостатирующей жидкости, точности регулятора температуры.

Конструкции жидкостных термостатов

Самая простая конструкция – термостат с одним резервуаром, спиральным электронагревателем внутри резервуара, мешалкой в виде пропеллера, погруженного в тот же резервуар. В качестве регулирующего термометра часто используется ртутный контактный термометр. Такие термостаты в большом количестве использовались и до сих пор используются в поверочных лабораториях. Их недостаток – грубый закон регулирования по принципу включено-выключено, наличие вертикальных и горизонтальных градиентов температур, как правило, недостаточная глубина. Максимально достижимая стабильность составляет для воды ± 0,05 °С, для масла — ±0,2 °С.

Совершенствование термостатов идет по пути применения современных регуляторов и датчиков температуры, изменения конструкции резервуара и изменения принципа перемешивания.

Одна из наиболее удачных конструкций – переливной термостат. Он имеет два резервуара, в одном из которых происходит перемешивание, в другой погружаются поверяемые термометры. Жидкость должна переливаться из одного объема в другой, создавая непрерывный вертикальный поток и практически ликвидируя вертикальный градиент температуры.

Вторая современная конструкция – термостат с двумя резервуарами, разделенными решеткой. Внутри одного резервуара непрерывно работает мешалка с несколькими пропеллерами, распределенными по глубине и перемешивающими разные горизонтальные слои жидкости. Таким образом, вертикальный и горизонтальный градиент сводятся к минимуму.

Третий тип – термостаты с насосами вместо мешалок. Они очень хорошо зарекомендовали себя с заполнением дистиллированной водой или спиртом, но для масляных термостатов существует проблема загрязнения насоса окисляющимся или полимеризирующимся маслом. У термостатов с насосами может также наблюдаться некоторый горизонтальный градиент температуры, из-за существования вертикальных потоков.

В конструкции важно также продумать расположение нагревателей и охладителей. Учитывая, что поток тепла устремляется вверх, хорошим вариантом является расположение нагревательного блока в днище резервуара. Встроенный охладитель может также располагаться в днище или в стенке термостата, но иногда выполняется в виде отдельного охладительного змеевика, который можно вводить в термостат по желанию и выводить из него. Существуют также термостаты со змеевиком, в который подается жидкость, охлажденная в другом термостате. Такие конструкции менее практичны и обычно не такие стабильные, как термостаты со встроенной системой охлаждения.

Необходимо помнить, что у каждой фирмы есть свое “Know-how”, но чем больше вопросов о конструкции Вы зададите, тем яснее станет, можно ли верить заявленным характеристикам термостата. Рекомендуем запрашивать как можно больше экспериментальных графиков измерения стабильности и градиентов при различных температурах.

Выбор жидкости для термостата

Жидкость зависит от требуемого диапазона температур.

Лучшая жидкость – дистиллированная вода. Единственный ее недостаток – ограниченный диапазон температур – от 5 до 95 °С. Все остальные характеристики превосходят другие возможные жидкости. Воду можно часто менять. Она обладает минимальной вязкостью. В каждой лаборатории, занимающейся поверкой должен быть отдельный водяной термостат, в который никогда не заливается масло или другая жидкость.

Есть современные импортные силиконовые масла, покрывающие большой диапазон от -80 до 350 °С. Однако, кроме дороговизны такого масла, есть ряд проблем, делающих повседневное использование масленого термостата экономически не выгодным. Во-первых, масло меняет вязкость, как правило, ниже 80 °С стабильность термостата снижается. Во-вторых, после 100 °С требуется вытяжная вентиляция, т. к. пары масла испаряются и вредят здоровью людей. В третьих окисление, загрязнение и перегрев масла ведут к постепенной его полимеризации и отвердеванию, что может навсегда вывести термостат из строя. Следовательно, масляный термостат следует как можно меньшее время использовать, сразу выключать после калибровки и всегда следить за цветом масла. Малейшее потемнение говорит о том, что начинается полимеризация и необходимо заменить масло. Безусловно, масляный термостат необходим в лаборатории для индивидуальной поверки термометров до 300 °С, но время его включения должно быть сведено к минимуму.

(Ремарка автора (НМ) : все сказанное о термостатах должно учитываться при разработке методики подбора пар термометров для теплосчетчиков. Даже с экономической точки зрения следует все же исключить точку 180 °С и обходиться водяным термостатом.)

Для низких температур существует несколько приемлемых жидкостей. Однако, нет ничего лучше простого этилового спирта. Он не ядовит и не очень дорогой. Использование метанола очень опасно, т.к. это очень вредная для здоровья жидкость, хотя добавив в этанол 5% воды можно выйти на температуру минус 100 °С. Для температуры до -30 °С можно использовать смесь этиленгликоля с водой в соотношении 1:1. Хотя зачем использовать что-то другое, если есть спирт?

Итак мы советуем приобрести три термостата : водяной, криостат (спирт), масляный (силиконовое масло). Приведем примерную стоимость жидкостей для термостатов

Наименование Диапазон, °С
Примерная цена за 19 л
ПФМС-4 20 — 300 24700 руб
$1000
ПМС-100 40 — 200 5800 руб
$240
Этиленгликоль (смесь с водой 1:1) -30 до 110 $290
Силиконовое масло тип 200.10 -30 до 160 $1200
Силиконовое масло тип 200.20 10 до 230 $1100
Силиконовое масло тип 200.50 30 до 275 $1050
Силиконовое масло тип 550 0 до 230 $2500
Силиконовое масло тип 710 80 до 300 $2520
Минеральное масло 0 до 120 $85
Соль для термостатов (нитрат калия, нитрит и нитрат натрия) 150 до550 $290


Отметим, что широко распространенное масло ПМС-100 имеет кинематическую вязкость 100 сСт, что в два раза выше требований к вязкости для импортных жидкостей (от 10 до 50 сСт). Это создает препятствия для получения высокой стабильности.

Солевые термостаты

Эти термостаты используются обычно в диапазоне от 300 до 550 °С. В России они практически не применяются. В иностранных поверочных лабораториях – это широко используемое оборудование, особенно для поверки термометров, требующих высокотемпературной градуировочной точки и термопар. Соль поставляется в твердом виде в виде гранул и плавится в самом термостате. Соль очень гигроскопична и для ее хранения необходимо поддерживать влажность не более 50% и не допускать попадания воды. Термометры погружаются в расплавленную соль, и после поверки соль может быть легко смыта с них под струей воды. После 400 °С необходима вытяжная вентиляция. Длительная работа при температуре выше 450 °С приводит к постепенному изменению состава и разрушению соли. Необходима периодическая ее замена. Поверка термометров в солевых термостатах экономически обоснована, т.к. соль не дорогая. Достижимая стабильность температуры ± 0,01 °С при 550 °С.

Применение выравнивающего блока

Выравнивающий блок повышает тепловую инерцию и улучшает кратковременную стабильность температуры. Однако, применение блока имеет ряд существенных недостатков.

Во-первых, диаметр каналов в блоке должен быть подходящим для термометров различных типов, либо необходимо иметь несколько блоков под разные диаметры термометров.

Во-вторых, каналы блока загрязняются маслом и необходимо их очищать

В-третьих, сам монтаж блока в термостат доставляет неудобства поверителю

Современные термостаты могут обеспечить кратковременную стабильность в несколько мК. Без блока можно поверять больше термометров и избежать проблем с креплением, сменой и очисткой блоков. Мы советуем не использовать блоки, а выбрать хороший термостат.

Регулирование температуры

Стабильность температуры в термостате во многом зависит от выбора датчика и регулятора температуры. Самыми надежными датчиками считаются миниатюрные платиновые термометры сопротивления с индивидуальной градуировкой и малой инерционностью. Для температур от 0 до 100 °С иногда используются термисторы и кварцевые термометры. Термисторы имеют то преимущество, что не требуют четырехпроводной схемы включения. Термометры сопротивления могут работать в более широком диапазоне температур, но часто проявляют гистерезис, т.е. их показания могут отличаться при нагреве и охлаждении термостата, что влияет на точность выхода на заданное значение температуры и на точность калибровки при использовании внутреннего датчика термометра в качестве образцового. Термометры при длительном использовании могут иметь дрейф индивидуальной градуировочной характеристики и иногда в термостатах предусмотрена возможность корректировки коэффициентов внутреннего термометра, по результатам его сличения с образцовым термометром, погружаемым в термостат.

Современные регуляторы температуры далеко отошли от простого «включено-выключено» и реализуют сложный закон регулирования, параметры которого зависят от температуры, инерционности термостата, вязкости жидкости и обычно побираются на заводе-изготовителе. Однако, если высокоточный термостат предназначен для широкого диапазона температур, в котором вязкость жидкости и условия теплообмена могут меняться, то изготовитель должен предоставить возможность для потребителя изменять параметры регулирования и рекомендовать нужные для получения максимальной стабильности значения.

Ознакомьтесь с жидкостными термометатами из нашего каталога >>>

Устройство смесителя с термостатом, его виды и принцип действия

До чего дошел прогресс! Например, новомодный смеситель с термостатом − принцип работы его основан на поградусном регулировании температуры воды.

Это навороченное сантехническое изделие может сохранять наилучшие параметры в памяти устройства смесителя с термостатом. Впрочем, обо всем по порядку.

Устройство смесителя с термостатом: его составляющие и виды

Устройство смесителя с термостатом

Большинство моделей термостатического смесителя регулируют и напор воды, уровень которой также можно запрограммировать. Чаще всего смеситель с термостатом оборудован двумя регуляторами. С помощью одного можно установить желаемую температуру воды, а другого – уровень напора.

Сегодня производят два вида подобных изделий:

1) Смеситель с термостатом с электронным управлением

Сенсорный смеситель с термостатом работает при помощи батареек либо сетевого адаптера. Электронный термостатический смеситель может быть оборудован кнопочным либо сенсорным управлением.

Сегодня выпускают и такие смесители с термостатом, которые реагируют на сигналы инфракрасного датчика, т. е. они работают дистанционно. Подробнее об этом можно прочитать в статье на нашем сайте «Инфракрасные смесители».

Смеситель с термостатом с датчиком инфракрасного излучения2) Смеситель с термостатом с механической регулировкой

Устройство смесителя с термостатом достаточно простое. Каждое подобное изделие любой модели, будь-то даже гигиенический смеситель с термостатом, оснащено специальным смешивающим клапаном, регулировка которого осуществляется при помощи особого патрона. Этот патрон чувствителен даже к малейшим изменениям температуры. И для его изготовления используют биметаллические пластины либо воск. Поэтому если уровень нагрева воды изменится совсем немного, патрон начинает либо расширяться, либо сужаться. Настройки температуры передаются на патрон с помощью крепежно-регулировочного винта.

Установка температуры на термостате

Чтобы смесителем с термостатом было безопасно пользоваться, на его регулировочный винт надет предохранитель – кнопка (чаще всего красного цвета), который препятствует увеличению температуры воды выше значения в 80°. Поэтому если внезапно перестала поступать холодная вода – это сигнал для блокирования подачи горячей. Когда же возобновится поступление воды, тогда процесс ее смешивания автоматически продолжится.

Итак, устройство смесителя с термостатом полностью исключает возможность получения ожога в результате внезапного скачка температуры воды.

Как работает смеситель с термостатом?

Принцип действия прост: вы можете отрегулировать желаемую температуру воды, не крутив вентили наугад. Для регулировки существует особая панель, которая находится непосредственно на термостатическом смесителе. Вы лишь выставляете нужный уровень температуры, а смеситель сам автоматически подает теплую либо горячую воду.

Схема работы смесителя с термостатом

Итак, рассмотрим более детально, как работает смеситель с термостатом. Его принцип работы основан на функционировании специального термоэлемента, который регулирует не только подачу воды, но и процесс ее смешивания. Так, если каким-то причинам прекращается подача горячей либо холодной воды, то этот термоэлемент останавливает и подачу ее из смесителя (крана).

Смеситель с термостатом: инструкция его работы:

1) Корпус смесителя с термостатом устроен так, чтобы исключить возможность ожогов2)

Весь процесс можно контролировать вручную либо с помощью пульта, в зависимости от модели термостатического смесителя.

Термостат. Устройство и принцип работы

Термостат выполняет важную функцию регулирования потоков антифриза по системе охлаждения двигателя.

Важной особенностью данного устройства является как можно более быстрый нагрев двигателя до рабочей температуры без излишних теплопотерь во внешнюю среду. Это осуществляется циркуляцией антифриза по так называемому «малому кругу», включающему в себя собственно двигатель и теплообменник печки. По достижении рабочей температуры 90-95 градусов термостат открывает клапан для сброса излишней теплоты в «большой круг», в который входит собственно «малый» плюс радиатор системы охлаждения, находящийся в передней части автомобиля (это справедливо для всех Смартов).

В разрезе наш термостат выглядит следующим образом:

Теперь перейдем к рассмотрению принципа работы термостата Смарта. Главным рабочим органом является заполненный воском цилиндр, в который вставлен шток. Суть сего устройства (упрощенно) в следующем: при нагреве воск нагревается и расширяется, толкая шток. Соответственно, приводится в движение тарелочка запорного клапана. Пружина служит для возврата тарелочки в исходное положение при остывании антифриза после выключения двигателя.

Теперь перейдем к рассмотрению потоков антифриза через термостат.

Основной поток антифриза идет через рубашку охлаждения блока цилиндров через отверстие (1), при этом он омывает стенки термосильфона, передавая ему свою температуру. Одновременно часть антифриза попадает в корпус термостата через тарированное отверстие патрубка (2) от всасывающей магистрали до помпы. Это необходимо для осуществления циркуляции по «малому кругу» для наиболее быстрого прогрева двигателя.

По нагнетательной линии антифриз попадает в переднюю часть машины в теплообменник печки по патрубку (3) и обратно возвращается на всас помпы, от которой есть ответвление на патрубок (2)

Так замыкается «малый круг» циркуляции антифриза.

При нагреве антифриза в цилиндре и расплавлении воска шток выдавливает латунный корпус, на котором расположена запорная тарелочка открытия прохода потока жидкости через патрубок (4) , идущий к подающей линии радиатора. Это «большой круг». Таким образом на прогретой машине в рубашку охлаждения у нас попадают потоки антифриза от патрубков 1 и 2 из линий всаса рубашки двигателя и байпаса до всаса помпы. Извините за применение теплотехнических жаргонных терминов.

Общий вид располовиненного термостата.

Хомуты на пружине термоэлемента , естественно, поставлены мной, для возможности фотографирования в сжатом состоянии пружины

Основная причина неисправности термостата – заклинивание его в открытом состоянии, когда в рубашку двигателя попадают все потоки антифриза, в том числе и от радиатора, в котором в холодное время года происходит переохлаждение оного. Отсюда невозможность поднять общую температуру антифриза в силу избыточного сброса теплоты в окружающую среду. Ремонту термостат не подлежит.

что это такое? Принцип действия, неисправности

Термостат — это устройство, которое в системе охлаждения двигателей применяется для того, чтобы управлять потоком охлаждающей жидкости между силовым агрегатом и радиатором. Благодаря его работе гарантируется быстрый прогрев силового агрегата при старте и поддержание оптимального температурного состояния при всех режимах работы. В системе охлаждения мотора термостат начал применяться с 1922 года.

Где находится термостат, зависит от типа и модели силового агрегата, как и конструкции системы охлаждения. В большинстве своем, термостат устанавливается на входе насоса охлаждающей жидкости или на выходе из головки блока цилиндров. Производители современных моделей авто термостаты на свои двигатели устанавливают с твердым наполнителем. Термином «твердый наполнитель» означает физическое состояние термоэлемента термостата.

Термостат с конструктивной точки зрения является термочувствительным клапаном, который размещён в латунной рамке. Тарелка, которая насажена на корпус, включается клапаном. Корпус выступает в роли цилиндра. В нём вставлен шток. Последний, упирается одним концом в верхнюю рамку термостата, а другим – в резиновую полость корпуса. Между резиновой полостью и корпусом размещается термочувствительный элемент, который состоит из смеси меди и гранулированного воска.

Термостат при запуске мотора закрыт. Охлаждающая жидкость, которая выходит из блока цилиндров, и снова возвращается туда, обеспечивает этим быстрый прогрев силового агрегата. Как же открывается термостат? Благодаря нагреву «охлаждайки» до температуры восемьдесят – девяносто °С. Это приводит к началу открытия термостата. Термоэлемент при условиях данной температуры расплавляется и в объеме увеличивается. В итоге увеличение объёма термоэлемента приводит к перемещению корпуса термостата по отношения к штоку (сам шток не может перемещаться, так как фиксирован на верхней рамке). В результате, тарелка клапана начинает открываться, преодолевая при этом усилие возвратной пружины. Через радиатор начинает циркулировать часть охлаждающей жидкости и охлаждаться там.

Если в дальнейшем увеличивается температура охлаждающей жидкости, то термостат открывается все больше, и, следовательно, начинает через радиатор проходить все больше жидкости. Термостат полностью открывается, когда температура на уровне 95-105°С. Происходит постоянное изменение степени открытия термостата при различных режимах работы силового агрегата, чем и поддерживается оптимальная температура.

Устанавливаются на моторах различные виды термостатов: одноклапанного, двухступенчатого, двухклапанного типа, а также электронноуправляемый термостат.

Термостат одноклапанного типа обладает самым простым устройством. Все вышесказанное про термостат, было сказано именно про одноклапанный термостат. Этот тип конструкции термостата является наиболее популярным у зарубежных автопроизводителей.

Двухступенчатый термостат

Этот агрегат представляет собой разновидность одноклапанного термостата. Некоторые системы охлаждения имеют следующий тип работы: создается в них высокое давление охлаждайки, которое достаточно сложно преодолеть клапану термостата. Для подобных случаев и разработан термостата с конструкцией, где клапан имеет две тарелки – малая и большая. Открывается сначала малая тарелка, так как ей для преодоления давления необходимо меньше усилий. Малая тарелка при открытии за собой тянет большую тарелку, в свою очередь, последняя открывает для охлаждающей жидкости проход полностью.

У двухклапанного термостата в конструкции имеется два клапана, а точнее две тарелки, которые на одном корпусе расположены. Клапан первый, то есть основной, запирает собой большой круг охлаждайки. А вторым клапаном, то есть перепускным, управляется малый круг. Клапаны имеют совместную работу – когда одним запирается, другим открывается соответствующий контур. Благодаря своей конструкции термостат подобного типа популярен на отечественных моделях автомобилях, как легковых, так и грузовых.

Самая совершенная совершенна конструкция, которой обладают термостаты, это таковые с электронным управлением. Такой термостат гарантирует различные температурные режимы при разных режимах работы силового агрегата. Этот девайс конструктивно является обычным одноклапанным термостатом, где в термоэлемент добавлено сопротивление нагревательного типа. Осуществляется управление нагревом сопротивления «мозгами» блока управления двигателем. Благодаря подобной конструкции термостата становится возможным реализация температурного режима 95-110°С при частичной нагрузке силового агрегата и при полной нагрузке 85-95°С. Заключается эффект от применения электронного термостата в уменьшении расхода топлива, и также за счет более интенсивного охлаждения всасываемого воздуха некоторого увеличения мощности.

Некоторые двигатели имеют в своей конструкции два установленных термостата, к примеру, когда применяется двухконтурная система охлаждения. Если в двух словах, то один термостат «в ответе» за контур головки блока цилиндров, и в нем поддерживает температуру восемьдесят семь °С. А другой термостат инсталлирован в контуре блока цилиндров. Там рабочая температура выше – сто пять °С. Эта схема системы охлаждения применяется на новейших продвинутых моторах семейства TSI и даёт определенное увеличение мощности, и происходит это из-за того, что воздух дополнительно охлаждается.

Неисправности термостата. Какие они бывают?

Термостат является важной деталью. Он может отказать по многим причинам, однако, коррозия является самой распространенной из них.

Если в полностью закрытом положении заклинил термостат, то в любом режиме движения при любой температуре воздуха возможен перегрев мотора и даже в несильный мороз. Если термостат открыт, однако не до конца, то перегревается двигатель, однако при этом всё же может он и не «закипеть», здесь всё зависит от того, в каких режимах эксплуатируется автомобиль.

Если «завис» клапан термостата в полностью открытом состоянии или частично открытом, то двигатель до своей рабочей температуры будет долго прогреваться, а в зимнее время рабочая температура и вовсе может быть не достигнута. Так, при исправной системе охлаждения и при температуре воздуха ноль градусов силовой агрегат должен до своей рабочей температуры прогреваться при движении за пять – десять минут. Температура двигателя в полуоткрытом состоянии термостата не будет подниматься выше семидесяти градусов.

Каким способом определить, термостат в рабочем состоянии или нет?

Необходимо прогреть мотор так, чтобы температурная стрелка слегка не доходила до красной линии. Далее, выключить силовой агрегат, открыть капот, и проверить шланг радиатора. Верхний шланг фиксируется сверху радиатора и является черным резиновым шлангом около пяти сантиметров в диаметре. И найти нижний шланг, который выглядит также, как и верхний.

Далее, дотроньтесь до шлангов, однако сделать следует осторожно, ибо могут быть они горячими. Если датчиком температуры двигателя показывается, что нагрелся двигатель, а при этом один шланг горячий, а другой холодный, то, скорее всего, закрыт клапан термостата и «охлаждайка» через радиатор не проходит. В этом случае нужно заменить термостат на новый.

Существует «народный метод» как проверить термостат на его работоспособность. Итак, смысл в том, что нужно положить термостат в сосуд с горящей водой, при температуре около ста градусов. После этого смотреть визуально, если открывается клапан, то значит, что рабочий. А если нет, то это нерабочий термостат, и менять на новый его. Сей способ потребует снятие термостата с автомобиля.

При обновлении термостата следует выяснить температуру открывания клапана. Дело в том, что она может в широком диапазоне варьироваться у различных термостатов. И как вы понятно из сказанного, ставить термостат с высокой температурой открывая нельзя, так как в этом случае мотор может перегреваться.

  • < Назад
  • Вперёд >

Программная реализация работы термостата с помощью интерфейса События

Термостат — это устройство, которое измеряет температуру системы и использует полученные данные для управления нагревателями или кондиционерами, поддерживая заданную температуру. Несмотря на то, что существует множество различных типов термостатов, в этой статье мы рассмотрим самый простой, который имеет всего два состояния вкл. и выкл. Его называют on-off или двухпозиционный переключатель. Он может быть реализован посредством физического интерфейса Events (События) в COMSOL Multiphysics.

Как работает термостат

Давайте рассмотрим классическую конструкцию термостата — возможно именно такой установлен у вас дома. Хотя существует множество различных типов термостатов, большинство из них используют одну и ту же схему управления: Датчик, контролирующий температуру, размещается внутри системы на некотором расстоянии от нагревателя. Когда температура опускается ниже установленного значения, термостат включает нагреватель. Если температура поднимается выше установленного значения, термостат выключает нагреватель. Это называется двухпозиционным контроллером. На практике у вас есть заданное значение температуры и две уставки по верхнему и нижнему пределам.

Они используются для уменьшения переключений нагревателя. Если значения уставок одинаковы, термостат будет поддерживать включенное состояние нагревателя, что может привести к преждевременному отказу компонентов. Если необходимо реализовать такой элемент управления, то вам нужно знать только текущую температуру датчика. Вы можете легко смоделировать такое управление на основе примера из предыдущей статьи блога.

С другой стороны, моделирование двухпозиционного контроллера — это более комплексная задача, потому что необходимо знать некоторые начальные условия; нагреватель изменяет своё состояние, когда температура становится выше или ниже заданных значений. Другими словами, контроллер определяет в системе гистерезис. Данный способ управления может быть реализован в COMSOL Multiphysics, используя физический интерфейс Events (События).

Использование физического интерфейса

Events (События) для управления нагревателем

При моделировании нестационарных задач в COMSOL Multiphysics физический интерфейс Events (События) используется для остановки решателя во временной области в опредененный момент времени и изменения переменных для дальнейшего расчета. Время, в течении которого происходят данные события, может быть задано прямо или косвенно. Прямое событие используется в случае, если заранее известно время изменений в системе. Ранее мы писали об этом в статье блога по теме моделирование периодической тепловой нагрузки. С другой стороны, неявное событие происходит в неизвестный момент времени и, следовательно, требует некоторой настройки. Давайте посмотрим, как эта проблема решается для тепловой модели, показанной ниже.


Схематичный чертёж рассматриваемой тепловой системы.

Рассмотрим термическую модель устройства типа «лаборатория на кристалле» в 2D. На стеклянной пластине толщиной 1 мм с одной стороны располагается нагреватель, а с другой — датчик температуры. Нагреватель будем рассматривать, как тепловую нагрузку 1Вт, распределенную по нижней поверхности. Предположим, что датчик очень маленький и не влияет на распределение температур. На верхней поверхности пластины зададим граничное условие свободной конвекции узлом heat flux (тепловой поток). Начальная температура системы 20°C, и мы хотим, чтобы датчик поддерживал температуру в диапазоне от 45°C до 55°C.


Узел Component Coupling используется для определения переменной T_s — температуры датчика.

Перед использованием физического интерфейса Events (События) необходимо определить температуру датчика в точке, как показано на скриншотах выше. Это делается для того, чтобы в дальнейшем мы могли оперировать переменной T_s в физическом интерфейсе Events (События), т.е. на глобальном уровне.

Физический интерфейс Events (События) добавляется как и любой другой в COMSOL Multiphysics. Он доступен в разделе Mathematics > ODE and DAE interfaces.


Узел Дискретные состояния (Discrete States) используется для определения состояния нагревателя. В начале нагреватель включен.

Во-первых, мы используем физический интерфейс Events (События) для задания дискретных переменных — переменных, которые имеют разрыв на временной характеристике. Они подходят для моделирования включенного и выключенного состояний нагревателя. В рабочем окне узла Дискретные состояния (Discrete States), изображенном выше, показывается задание переменной HeaterState (Состояние нагревателя), которая умножается на значение приложенной тепловой нагрузки в физическом интерфейсе Heat Transfer in Solids (Теплопередача в твёрдых телах). Переменная имеет два значения — 0 и 1, которые зависят от температуры системы. Начальное состояние 1 означает, что моделирование начинается с включенным нагревателем. Очень важно настроить соответствующие начальные условия в этом узле. Переменная HeaterState (состояние нагревателя) будет изменяться в зависимости от температуры датчика в процессе моделирования.


Два Индикатора состояния (Indicator States) в физическом интерфейсе Events (События) зависят от температуры датчика.

Чтобы переключить значение переменной HeaterState, необходимо задать два Индикатора состояния (Indicator States). Узел Индикаторы состояния (Indicator States) необходим для задания переменных, которые будут опредлять переключение состояния нагревателя. Определены две переменные состояния. Переменная состояния Верхняя уставка определяется как:

T_s - 55[degC]

которая плавно переходит от отрицательного значения к положительному по мере повышения температуры датчика выше 55°C. Аналогично, переменная состояния Нижняя уставка плавно переходит от отрицательного значения к положительному при температуре 45°C. Мы хотим переключать значение переменной HeaterState, когда переменные состояния будут менять знак.


Переменная HeaterState переопределяется в физическом интерфейсе Events (События).

Мы используем узел Implicit Events (Неявные состояния), так как не знаем точное время, когда произойдёт переключение, однако, знаем условия, при которых должно измениться состояние нагревателя. Как показано выше, два узла Implicit Events используются для переопределения состояния нагревателя во включенное или выключенное состояния, в зависимости от того, когда переменные Верхняя уставка и Нижняя уставка становятся больше или меньше нуля соответственно. Состояние переключается, когда логическое условие истинно. Как только это произойдет, переходной решатель остановится и запустится заново с переопределенной переменной HeaterState, которая используется для задания приложенной тепловой нагрузки, как показано ниже.


Переменная HeaterState определяет приложенную тепловую нагрузку.

Перед моделированием мы можем настроить решатель для обеспечения более высокой точности и сохранения только важных результатов. Мы хотим получить решение для этой модели на временном диапазоне от 0 до 30 минут и сохранить результаты только в те шаги по времени, которые делал решатель. Эти настройки показаны ниже.


В настройках нестационарного решателя задаётся общий диапазон по времени для решения от 0 до 30 минут с относительной точностью (допуском) 0.001.

Также необходимо настроить нестационарный решатель. Эти изменения могут быть сделаны до моделирования. Кликнете правой кнопкой мыши на Study, выберете «Show Default Solver» и настройте два окна, как показано ниже.


Изменение параметров решателя. Точность решения (допуск) — 0.001, сохранение результатов — только в те шаги по времени, которые делал решатель.

Конечно, как и при любом моделировании методом конечных элементов, мы хотим изучить сходимость решения по мере сгущения сетки и уменьшения точности. Ниже приведены результаты моделирования, которые показывают, как поддерживается температура датчика между верхней и нижней уставками. Также обратите внимание на то, как решатель использует меньшие шаги по времени после каждого переключенного состояния и увеличивает временные интервалы, когда решение меняется плавно.


Переключение нагревателя для поддержания температуры между нижней и верхней уставками.

Резюме

Мы показали, как можно использовать неявные события для остановки и перезапуска решателя, а также изменения контрольных переменных. С помощью данного метода можно моделировать системы с гистерезисом, например, термостаты и выполнять расчёт с минимальными вычислительными ресурсами.

виды, устройство и принцип работы

Если вы в последнее время замечаете, что двигатель в вашем автомобиле очень медленно прогревается, стало холодно в салоне или, наоборот, в пробках приходится включать вентилятор печки на максимальную скорость и открывать все окна, так как стрелка температуры на щитке приборов находится в красной зоне или около нее, то причина, скорее всего, кроется в достаточно простом и довольно недорогом изделии системы охлаждения — термостате.

Долго ездить с неработающим термостатом нельзя, так как при длительном прогреве двигателя повышается его износ, а при слишком высокой температуре может произойти перегрев, который чреват капитальным ремонтом.

На заре автомобилестроения охлаждение двигателя осуществлялось при помощи термосифонного метода. Более легкая горячая вода поднималась по водосборной трубе в верхнюю часть радиатора, опускалась в нем книзу и опять поступала в двигатель. Охлаждение воды обеспечивалось постоянно вращающимся на валу двигателя вентилятором, регулирование температуры было невозможно. При возрастании мощностей двигателей такой метод охлаждения перестал справляться с возросшей тепловой нагрузкой, и в системе охлаждения появился водяной насос.

Термостат же появился на автомобиле только в 1922 году.

Место термостата в системе охлаждения находится между двигателем и радиатором.

Основная задача термостата — блокировать поток охлаждающей жидкости в радиатор, пока двигатель не прогрелся до нужной температуры. Когда вы заводите остывший двигатель, то жидкость циркулирует только по малому кругу системы, в который входят сам двигатель, помпа, термостат и радиатор отопителя. Как только двигатель достигнет рабочей температуры, термостат открывается, и охлаждающая жидкость начинает циркулировать через радиатор охлаждения. Таким образом, термостат позволяет двигателю разогреться быстрее, тем самым уменьшая износ двигателя и вредные выхлопы.

Сам термостат состоит из корпуса с патрубками, в который вставляется термоэлемент в каркасе. К термоэлементу прикрепляются две подпружиненные тарелки-клапана (основной и перепускной), а в сам термоэлемент вставляется шток, который и перемещает тарелки-клапана.

Принцип работы термостата кроется в маленьком медном цилиндре (термоэлементе), который размещается внутри термостата. В этом цилиндре находится смесь нефтяного воска (церезина) и медного порошка, которая начинает плавиться при заданной температуре. Воск используется из-за его способности значительно расширяться, под действием тепла он переходит из твердого состояния в жидкое. Эта смесь герметично отделена изнутри резиновой прокладкой, не позволяющей протекать смеси в систему охлаждения. Воск плавится, значительно расширяется и выдавливает шток из цилиндра, тем самым приоткрывая подпружиненный основной клапан. Через основной открытый клапан термостата охлаждающая жидкость начинает циркулировать через радиатор — это и есть большой круг системы охлаждения.

До достижения температуры полного открытия термостата жидкость циркулирует как по малому, так и по большому кругу.

При достижении температуры полного открытия термостата перепускной клапан перекрывает движение жидкости по малому кругу, таким образом, вся жидкость проходит через большой круг.

Когда температура жидкости понижается, воск в термостате начинает застывать, пружина основного клапана вдавливает шток обратно в цилиндр с воском — снова открывается малый круг системы охлаждения для прохода жидкости.

 

Методика испытаний

В первую очередь проводился контроль температуры начала открытия. По условиям ВАЗа она должна составлять 85±2 оС.

Далее проверялась герметичность основного клапана под давлением 1 атм. при температуре воды от 10 до 35 оС — в нашем случае температура воды была 21 оС, при этом допускается протечка воды через основной клапан в количестве не более 0,5 литра за минуту. Мы замеряли, за какое время вытечет 0,5 литра воды под давлением.

Следующим этапом проверки стал контроль времени полного открытия основного клапана при опускании термостата в жидкость с температурой 102±2 оС — в нашем случае мы опускали термостаты в кипящую воду, при этом время полного открытия должно было составить не более одной минуты.

Также проводился контроль герметичности корпуса термостата — к патрубкам термостата, погруженного в воду, подается сжатый воздух под давлением 2 атм. и выдерживается в течение минуты. На поверхности воды не должно наблюдаться пузырьков воздуха.

Результаты всех испытаний представлены в таблице:

Водитель, который хочет всегда иметь исправный автомобиль, должен знать и понимать принципы функционирования всех деталей его «железного коня». Для тех, кто только начал вникать в такую сложную механику, подобная задача может показаться недостижимой. Однако, чем больше удается узнать обо всех системах автомобилях, тем лучше запоминается информация и о каждой, даже самой незначительной, его детали. На нашем блоге мы уже успели ознакомить Вас с особенностями функционирования системы охлаждения двигателя, однако сегодня мы посвятим статью одному из самых важных ее элементов – термостате.

  • 1. Конструкция, особенности работы и выполняемые функции: все, что нужно знать о термостатах
  • 2. Какие бывают термостаты: знакомимся с наиболее распространенными видами и их конструктивными особенностями
  • 3. В чем заключается принцип работы термостатов разных моделей
  • 4. Неисправности термостата: к чему нужно быть готовым во время эксплуатации двигателя?
  • 5. Диагностирование исправности термостата

Это устройство является обязательным элементом каждого автомобиля и без него любой двигатель может закипеть. Чтобы понять, как же происходит охлаждение двигателя и какую роль в этом играет термостат, ознакомимся с главными принципами его функционирования, видами и спецификой разных моделей. Отдельно обратимся к вопросу об неисправностях термостатов и тому, как именно можно определить поломку путем простой диагностики.

1. Конструкция, особенности работы и выполняемые функции: все, что нужно знать о термостатах

Если говорить о системе охлаждения двигателя в целом, то охлаждение не является ее единственной функцией. Первоначально, когда заводится еще полностью холодный двигатель, она совсем даже наоборот стимулирует его более быстрый разогрев до уровня рабочей температуры. Но как только этот уровень будет достигнут, температура двигателя начинает нормализироваться и поддерживаться на одном уровне, удобном для двигателя. И все это происходит благодаря такому устройству, как термостат.

Естественно, Вы хотите задать нам вопрос, как работает термостат? Отвечаем. Когда Вы заводите холодный двигатель, охлаждающая жидкость (антифриз или же тосол) поначалу функционирует лишь по малому кругу системы охлаждения. А все это потому, что термостат находится в закрытом состоянии и через него охлаждающая жидкость начнет проходить только после того, как ее температура достигнет 95°С. Благодаря такой небольшой особенности термостата, является возможным не только быстро разогревать двигатель, но и в разы уменьшать его износ, сокращать количество вредных выхлопов.Таким образом, основная функция термостата – это блокирование подачи жидкости в большой круг охлаждения автомобильного двигателя.

Происходит это благодаря специальному клапану, который и задерживает тосол при попытке попасть в радиатор, ограничивая его движение исключительно свободным пространством двигателя. Но как мы уже отметили, одновременно с тем, как температура жидкости достигнет рабочего уровня, этот клапан автоматически открывается и пропускает жидкость по полному кругу, где она имеет возможность охладиться. Происходит это благодаря специальному наполнителю внутри устройства, который способен реагировать на повышение температуры. Если она высокая, наполнитель расширяется, тем самым открывая клапаны. Если низкая – вся процедура происходит с точностью до наоборот.

Функции термостата довольно просты, однако играют огромную роль в исправности работы всего автомобиля. Ознакомившись с таким простым принципом его работы, Вы сами догадаться, где именно это устройство можно найти под капотом машины. Большинство конструкторов последовали такой простой логике и разместили данное приспособление между автомобильным мотором и его радиатором. Однако стоит учесть, что на некоторых автомобилях можно встретить и исключения, которые вызваны особенностями конструкции главного силового агрегата автомобиля или его системы охлаждения.

Из каких рабочих элементов состоит автомобильный термостат?

Основной рабочей деталью, благодаря которой функционирует термостат, является термоэлемент, внутри которого находится сложное по своему составу твердое вещество. Так, оно включает в себя:

– гранулированный воск;

– медь в порошкообразном состоянии;

– такие же порошкообразные графит и алюминий.

Температурные режимы для открывания и закрывания основного клапана устанавливаются соответственно конкретной модели двигателя. Зачастую они находятся в промежутке между 70 и 95°С или же между 100 и 105°С. Чтобы определить это, достаточно посмотреть на корпус термостата, на котором подобная информация должна быть обязательно обозначена. К двигателю термостат подключается благодаря трем патрубкам, каждый из которых выполняет свою функцию:

– входной патрубок – через него жидкость из двигателя поступает в радиатор для охлаждения;

– патрубок перепускного шланга, благодаря которому происходит попадание жидкости в термостат непосредственно из головки самого цилиндра;

– третий патрубок, который обеспечивает подачу жидкости в насос.

Можем заключить, что термостат по своей сути является ни чем иным, как регулятором температурного уровня охлаждающей жидкости двигателя. На некоторых автомобилях, который предназначены для особенно интенсивной эксплуатации, может устанавливаться даже не один, а несколько термостатов. Не смотря на идентичный принцип функционирования, они могут отличаться друг от друга конструкционными особенностями, типом наполнителя или же температурному уровню, на который они способны реагировать. Но чтобы не путать Вас, посвятим разнообразию термостатов отдельный раздел.

2. Какие бывают термостаты: знакомимся с наиболее распространенными видами и их конструктивными особенностями

В первую очередь все термостаты стоит различать по видам, из которых выделяют:

1. Одноклапанные.

2. Двухступенчатые.

3. Двухклапанные.

4. Термостаты с электронным управлением.

Если говорить о них в целом, то следует сразу отметить, что первая тройка функционируют практически по одному и тому же принципу. Так, самый простой вид термостатов, которыми являются одноклапанные, имеет всего одну клапанную тарелку и терморегулирующий элемент, который способен ее закрывать и открывать. Таким образом, такой клапан может либо пропускать охлаждающую жидкость, либо не пропускать, других функций у него нет. Что же касается двухступенчатого термостата – то тут уже имеется целых два клапана, один из которых основной, а второй – вспомогательный. Что же касается двухклапанного термостата, то он состоит из двух затворов, которые являются абсолютно равноправными. Функционируют они по обратной связи друг с другом.

Самым совершенным на сегодняшний день видом термостатов является тот, который обладает возможностью электронного управления. Его конструкция позволяет регулировать открытием/закрытием клапана, что, в свою очередь, позволяет достигать разных режимов функционирования двигателя. Оказывается, что под влиянием разных температурных режимов, можно добиться того, что двигатель будет использовать в разы меньше горючего, при этом, не теряя мощности и не изнашиваясь от такой «хитрой» эксплуатации. Но и это еще не все. Благодаря электронному регулированию стало возможным двухконтурное охлаждение антифриза, что особенно важно при управлении автомобилем в сложных условиях.Но кроме отличий конструктивного характера, каждый все виды термостатов имеет свои особенные принципы функционирования. Их мы и рассмотрим далее

3. В чем заключается принцип работы термостатов разных моделей

По сути, принцип функционирования любого термостата схож с принципом работы реле. Внутренний рабочий элемент, о котором упоминалось выше, имеет форму небольшого цилиндра. Поскольку в состав смеси, которая помещена внутри него, входит искусственный воск, при температуре в 82°С он начинает потихоньку таять. В следствие этого происходит естественное расширение жидкости, которое и выталкивает из цилиндра специальный штырек. Как Вы догадались, данный штырек и открывает клапан. Описанный принцип работы присущ обычному капиллярному термостату и понять его несложно даже восьмикласснику, который прошел основы термодинамики и механики.

Что же касается двухступенчатых термостатов, которые имеют уже два клапана, то тут стоит обратить внимание на некоторые отличия. Основной клапан приводится в действие тем же способом, что и в вышеописанном варианте. Однако, здесь есть еще и вспомогательный клапан, который позволяет усиливать все действия основного. Зачем это нужно, спросите Вы? Ответ будет довольно простым. Дело в том, что в моторах с большим объемом и повышенным давлением работы охладительная жидкость движется под довольно высоким давлением. Поэтому, без «дружественной подмоги» основной клапан не сможет перекрыть трубку, даже если температуры жидкости сильно опустится.

В двухклапанных системах термостатов все происходит еще проще, хотя конструкция у них и сложнее. Поскольку конструкция таких термостатов состоят из двух заслонов, абсолютно независимых друг от друга, то один из них отвечает за движение охлаждающей жидкости по маленькому кругу, а второй – за ее движение по большому кругу. Но как же это возможно? Просто когда открывается один из клапанов, автоматически закрывается один. Ну и наоборот.

И наконец-то мы переходим к термостатам, управляемых электронно. По сути, они функционирует так же, как и обычные одноклапанные. Только вот у описываемых здесь моделей есть одна своя существенная особенность. Терморегуляция клапанов осуществляется при помощи температурного резистора. Именно нагрев этого элемента и дает сигнал для того, чтобы заслонка открылась. Проходит сигнал непосредственно через электронный блок управления, который и управляет клапаном. Правильно запрограммировав блок, Вы сможете сразу почувствовать все достоинства езды на автомобиле с электронным термостатом. Ведь он будет обеспечивать необходимое охлаждение, опираясь на темп езды, сложность дорог и тип Вашего двигателя.

4. Неисправности термостата: к чему нужно быть готовым во время эксплуатации двигателя?

В том, что термостат является очень важной составляющей системы охлаждения двигателя, Вы должны были убедиться исходя из всего вышеописанного материала. Однако, так же как и любой другой механизм, термостат может сломаться, и причины и последствия этого могут проявляться совершенно по-разному. То, что чаще всего поражает термостат и нарушает его работу, является самой обычной коррозией. Последствия, к которым она может привести, могут быть очень разнообразными. Поэтому, рассмотрим неприятные ситуации, которые могут случиться с термостатом и автомобилем, когда на нем вдруг появилась коррозия (хотя сразу отметим, что нижеописанные происшествия могут возникнуть не только по этой причине).

К примеру, термостат находится в полностью закрытом виде, однако неожиданно заклинивает и отказывается пропускать жидкость по большому кругу системы охлаждения. Последствия подобного могут привести к перегреву двигателя. При чем, произойти подобное может при любых погодных условиях и при любой нагрузке на сам двигатель (ну и естественно на термостат). Также, термостат может открываться только наполовину. Это может уберечь мотор автомобиля от закипания, однако он все равно будет эксплуатироваться «на грани».

Бывают случаи, когда клапан «замирает» в полностью открытом или частично открытом положении. Из-за этого двигатель будет нереально долго прогреваться до уровня рабочей температуры. Бывают случаи, когда зимой двигатель вообще не прогревается. Подобная неисправность систему охлаждения сразу же должна Вам указать на то, в чем действительно кроется настоящая причина поломки. Отметим, что при полностью исправной системе охлаждения и при температуре воздуха в 0°С двигатель можно разогреть всего за 5-10 минут. Если же клапан термостата открыт изначально, двигатель не сможет разогреться до температуры выше, чем 70°С. Понятно, что при таком состоянии двигателя Вы не сможете никуда уехать.

Однако, прежде чем приступать к замене или ремонту термостата, необходимо на все 100%!убедиться в том, что причина неисправности – это действительно он. Для этого можно провести несколько нехитрых манипуляций, который мы описали в отдельном разделе.

5. Диагностирование исправности термостата

Полную диагностику термостата можно проводить самостоятельно, без автомехаников и других помощников. И так, при обнаружении неисправности системы охлаждения двигателя, следует прибегнуть к одному из нижеописанных вариантов диагностики термостата:

1. Запустите двигатель на холостом ходу, чтобы он смог немного прогреться. Проследите, чтобы стрелка, указывающая на температуру внутри двигателя, не успела дойти до красной отметки. После этого необходимо сразу же выключить двигатель и перейти к осмотру «ситуации» под капотом автомобиля. Сразу же отыщите радиатор и его верхний шланг. Он изготовлен из черной резины и имеет в диаметре примерно 5 сантиметров. Также найдите нижний шланг, который выглядит идентично верхнему (будьте очень осторожны, поскольку шланги могут быть очень горячими; чтобы это понять, иногда достаточно поднести к ним руку). Если датчик показал Вам нормальное прогревание двигателя, а один из шлангов остался холодным – то верный признак того, что клапан не пропускает жидкость и она не попадает в радиатор. В этом случае остается одно – полная замена термостата.

2. Второй способ называют «народным», хотя он и дает не менее точные результаты. Проводить его рационально в том случае, когда изначально Вы заподозрили поломку в другой составляющей системы охлаждения и в результате обширной диагностики уже успели снять термостат с двигателя. Для проверки его исправности, просто поместите устройство в сосуд с водой и начинайте понемногу его подогревать. Учтите, что температура воды должна практически достигнуть температуры закипания (помните о рабочей температуре каждого термостата). После этого Вам будет необходимо всего-навсего визуально оценить, открылся ли клапан, или же нет. Если термостат рабочий – он несомненно откроется, если нерабочий – так и останется в прежнем положении, что требует замены данного термостата на новый.

Касательно второго варианта следует отметить, что иногда для оценки работоспособности термостата его даже не приходится опускать в воду. Речь идет о ситуациях, когда клапан заклинивает в открытом состоянии. Отметить подобное Вы сможете сразу же, как только снимете устройство, предварительно успевшее охладится.

Важно обратить Ваше внимание на ситуацию замены термостата. Для того, чтобы он подошел Вашему автомобиля «как родной», необходимо узнать температуру открывания клапана и уже с этой информацией отправляться за покупкой в специализированный магазин. Думаем, Вы понимаете, что если на обычное авто поставить термостат с температурой открывания клапана свыше 100°С, двигатель постоянно будет перегреваться. Так что будьте внимательны не только на дорогах, но и в автомагазинах. Удачных Вам поездок!

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Устройство и принцип работы автомобильного термостата

Поскольку конфигураций двигателей и, соответственно, систем охлаждения достаточно много, то и место установки термостата может быть разным. Как правило, он монтируется во входном трубопроводе насоса системы охлаждения или на выходной магистрали головки блока цилиндров. В системе охлаждения двигателя предусмотрено два круга, по которым циркулирует рабочая жидкость, снижая его температуру. Малый круг включает в себя головку блока цилиндров, сами цилиндры и радиатор печки, а большой — всю систему с радиатором. Главной задачей термостата является блокирование процесса охлаждения двигателя (циркуляции охлаждающей жидкости по большому кругу), если температура последнего ниже рабочего уровня.

Устройство термостата

Конструкция типового автомобильного термостата состоит из следующих элементов:

  • Корпус. Он имеет три патрубка для подключения в систему охлаждения: входной (впуск рабочей жидкости от радиатора), входной от двигателя (из головки блока цилиндров или печки) и выходной (подачи на насос).
  • Цилиндр, внутри которого находится термочувствительный элемент.
  • Термочувствительный элемент. Он может быть жидким (смесь воды и спирта) или твердым (из технического воска, в состав которого входят порошковая медь, алюминий и графит).
  • Шток (поршень) — располагается внутри цилиндра.
  • Клапан малого круга — перепускной клапан, поддерживающий заданный уровень давления в системе.
  • Клапан большого круга (основной). Он представляет собой металлическую тарелку, которая открывает и закрывает путь по большому контуру.
  • Пружины, запирающие клапаны большого и малого кругов.

В момент пуска двигателя термостат находится в закрытом положении. Проходя по малому кругу, охлаждающая жидкость выходит из блока цилиндров и вновь возвращается в него. Отсутствие охлаждения во всей системе позволяет двигателю быстрее прогреваться до рабочей температуры. Когда температура блока цилиндров повышается и нагревает охлаждающую жидкость до уровня 80-90°С, термочувствительный элемент реагирует (воск расплавляется и увеличивается в объеме, оказывая воздействие на шток) и сдвигает тарелку, открывая доступ к большому кругу.

Если охлаждающая жидкость будет сразу циркулировать в большом контуре, прогрев двигателя станет более длительным, а в условиях пониженных температур окружающей среды может совсем не произойти.

На заметку автомобилистам. Двигатель прогреется значительно быстрее, если выключить печку. Потом ее можно будет снова включить.

Открытие клапана происходит постепенно, что позволяет с ростом температуры увеличивать количество охлаждающей жидкости, поступающей на радиатор. Максимальное открытие клапана достигается при температуре 95-105°С. Если происходит излишнее охлаждение двигателя, термочувствительный элемент начинает реагировать в обратную сторону, закрывая клапан и снижая количество рабочей жидкости, попадающей в большой контур.

Читайте также:  Устройство и принцип работы насоса системы охлаждения двигателя (помпы)

Ответственная работа, но простая конструкция

Итак, самое время перейти к изучению конструкции. Мы уже упомянули, что само по себе устройство этого элемента системы охлаждения мотора довольно простое. Посудите сами, состоит он из таких деталей:

  • корпус;
  • входные и выходные патрубки;
  • термочувствительный элемент;
  • клапан.

Как правило, корпус термостата изготавливают из меди или латуни – материалы хорошо себя чувствующие в окружении разгорячённой охлаждающей жидкости.

Главный секрет нашего сегодняшнего героя статьи заключается в термочувствительном элементе. Это цилиндр, внутри которого находится шарик из специального технического воска.

Температура плавления воска находится на уровне 80 градусов – именно столько нужно для нормальной работы двигателя.

При плавлении, воск расширяется и выталкивает, вставленный в цилиндр штырь, который взаимодействуя с клапаном, открывает его, и антифриз отправляется по большому кругу через радиатор.

Охлаждающая жидкость теперь может остужаться и температура мотора поддерживается на оптимальном уровне… Поддерживается, если конечно термостат исправен, а это, к сожалению, бывает не всегда.

Из чего состоит термостат

Делают автомобильные термостаты из меди или латуни. Устроены они достаточно просто. Стандартный термостат состоит из таких деталей:

  • корпуса;
  • клапана малого круга охлаждения;
  • выходного патрубка, соединенного с насосом;
  • воскового шарика;
  • входного патрубка, подключенного к радиатору;
  • клапана основного круга охлаждения;
  • двух пружин;
  • поршня.

Другими словами, все устройство автомобильного термостата – это цилиндр, возвратный штырь, два клапана и шарик воска. Именно проста и надежность конструкции объясняет тот факт, что она не изменяется на протяжении многих лет, и такие термостаты ставят даже на самые современные модели автомобилей.

В различных марках машин термостаты настраивают на разный температурный режим открывания. Ее обычно указывают на самом устройстве. Бывают бескорпусные термостаты. Их ставят прямо в блок двигателя.

Основные виды термостатов

Автомобильные термостаты

В современном автомобилестроении используется несколько видов термостатов:

  • Одноклапанный — классическая конструкция.
  • Двухступенчатый — это разновидность одноклапанного термостата, отличающаяся наличием двух тарелок (малой и большой). При срабатывании устройства, первой начинает движение малая тарелка, оказывая воздействие на большую. Это позволяет обеспечить корректное срабатывание термостата в системах с высоким уровнем давления охлаждающей жидкости.
  • Двухклапанный — в таком устройстве также использованы две тарелки, но одна запирает большой контур, а вторая — малый. При этом работа клапанов синхронизирована, и когда один круг закрыт, второй открывается.
  • Электронный (с электронным управлением) — представляет собой классический одноклапанный термостат, оснащенный нагревательным сопротивлением. Управление нагревом последнего реализуется электронным блоком управления двигателем. Таким образом, становится возможным достичь температуры 95-110°С на частичной мощности мотора и 85-95°С на максимальной мощности. В итоге это делает более экономичным расход топлива и повышает мощность благодаря дополнительному охлаждению всасываемого в цилиндры воздуха.

В двухконтурных системах охлаждения современных двигателей типа TSI устанавливается два термостата.

Термостат это автоматический клапан, выполняющий две важные задачи

Как мы уже сказали, термостат отвечает сразу за две важных задачи. Во-первых, он позволяет силовому агрегату максимально быстро достичь оптимальной рабочей температуры (примерно 95 градусов), что необходимо для его стабильной работы, а, во-вторых, не даёт ему затем перегреться.

Чтобы разобраться в секретах этой тонкой деятельности, для начала необходимо выяснить, где термостат находится. А расположен этот элемент в системе охлаждения между рубашкой двигателя и радиатором.

Логика действий термостата следующая: когда вы только сели в машину и завели мотор, он и жидкость (антифриз), остужающая его, ещё холодные, поэтому всегда (особенно в зимнюю пору) нужно выдержать несколько минут перед поездкой, чтобы дать силовому агрегату прогреться.

Это звёздный час героя нашей статьи – он, пока машина ещё холодная, закрывает доступ для антифриза к радиатору, поэтому жидкость, циркулирует только по малому кругу, по сути, только по каналам в моторе. Благодаря этому, силовой агрегат быстро набирает необходимый градус, а вместе с ним также нагревается и антифриз.

Теперь термостат должен открыть доступ к радиатору и большому кругу системы, чтобы антифриз мог охлаждаться, а вместе с ним и двигатель сохранит стабильную температуру.

Как вы видите, друзья, термостат это крайне ответственный элемент, поэтому может создаться впечатление, что его устройство должно быть сложным, но, на самом деле, это не так…

5 признаков неисправного термостата

  1. Мотор автомобиля долго набирает рабочую температуру.
  2. Двигатель быстро перегревается.
  3. Стрелка температуры двигателя падает на скорости меньше чем обычно, а поднимается после остановки.
  4. Когда нижний патрубок теплый уже после нескольких минут работы, что свидетельствует о постоянно открытом термостате.
  5. Если нижний патрубок холодный, в то время как температура на панели приборов говорит о закипании (при этом мотор работает длительное время), кроме случаев выхода из строя датчика вентилятора радиатора, то это говорит о заклинившем термостате в закрытом положении.

Такие признаки неисправности термостата могут возникнуть как через механическое повреждение вроде заклинивания штока, так и при использовании некачественной ОЖ.

В результате нарушения температурного режима страдает двигатель. Он интенсивно изнашивается при перегреве (в плоть до клина, при выкипании жидкости) и потребляет больше топлива при недостаточном разогреве.

Чтобы проверить работу термостата и принимать решение о его замене, стоит произвести простейшую проверку методом кипячения. Так как на корпусе детали пишется температура срабатывания, вы наглядно можете убедится как работает термостат поместив его в горячую воду с термометром.

ТЕРМОСТАТ С ЖИДКИМ НАПОЛНИТЕЛЕМ.

Таких устройств давно нет в природе (отечественных с 1983 г), но все же для ознакомления мы затроним эту тему.

Изделие, в основе которого лежит латунный цилиндр. Внутри последнего находится жидкость, которая состоит из дистиллированной воды и эфирного спирта

Крепление цилиндра осуществляется на специальном штоке, а к второму краю, которого приварен специальный клапан.

Последний опирается на седло и фиксируется в кожухе устройства. В корпусной части есть четыре окна, которые позволяют жидкости поступать из охладительной рубашки к насосу даже при запертом клапане.

Принципа работы термостата, имеющего жидкостный наполнитель, выглядит следующим образом.

В момент пуска силового узла происходит прижатие клапана к седлу, благодаря упругой структуре гофрированного цилиндра.

 

Как следствие, доступ к основному радиатору блокирован, и охлаждающая жидкость не идет по большому кругу.

Через специальные окна жидкость попадает в насос, а после снова возвращается в рубашку системы.

 

Подобный принцип позволяет ОЖ быстрей набирать рабочую температуру.

Как только уровень последней достигает 67-70 градусов, происходит закипание жидкости в системе термостата и увеличение давления.

Гофрированный цилиндр расширяется и оказывает давление на шток. Одновременно с этим открывается клапан, и перекрываются окна, через которые жидкость поступает к насосу.

Далее охлаждающая жидкость направляется через клапан к основному баку радиатора, распределяясь по его трубкам и одновременно охлаждаясь до безопасной температуры.

После охлажденная жидкость возвращается к насосу и в общую систему. Цикл повторяется.

ТЕРМОСТАТ С ТВЕРДЫМ НАПОЛНИТЕЛЕМ.

Всегда устанавливается на отечественных и импортных легковых и грузовых авто.

В основе устройства — церезин (специальный воск), который смешивается с медным порошком и устанавливается в специальном баллоне (выполняется из латуни или меди).

Между крышкой и баллоном установлена мембрана, выполненная из резины. В последнюю упирается шток (также резиновый).

В верхней части баллон объединяется с клапаном, который упирается в седло. Под клапаном монтируется пружина, которая упирается в подковообразную направляющую, соединенную с корпусом (фланцем) и удерживающая клапан в закрытом положении.

 

В процессе работы силового узла и нагрева ОЖ происходит прогрев баллона и повышение температуры находящегося внутри воска.

Когда воск прогревается до 65-70 градусам Цельсия, начинается процесс плавления и его увеличения в объеме.

Как следствие, состав действует на мембрану, а последняя через специальный шток воздействует на клапан, открывая его. Благодаря этому, нагретая жидкость поступает в радиатор.

 

Открытие клапана происходит при температуре 78-82 °С. А вообще температуры начала открытия клапана для разных двигателей и условий эксплуатации лежат в диапазоне от 70 до 92 °С с допуском ±2°С.

В случае снижения температуры до уровня 65-67 градусов Цельсия происходит обратный процесс преобразования воска — он становится твердым и уменьшается в объеме.

Как следствие, пружина разжимается и перекрывает проход в термостате (жидкость направляется по меньшему кругу). Далее ОЖ идет к насосу и снова в систему охлаждения.

Одноклапанный, двухклапанный и двухступенчатый термостат

Решение с одним клапаном  отличается простотой конструкции и связанной с этим надежностью. Автопроизводители по всему миру отдают предпочтение такому виду конструкции и оборудуют большинство своих автомобилей именно таким устройством.

Отдельным видом термостата с одним клапаном является двухступенчатая конструкция. Установка такого решения обусловлена тем, что некоторые системы охлаждения в процессе работы создают очень высокое давление охлаждающей жидкости. Клапану термостата сложно преодолеть такое давление. По этой причине конструкция двухступенчатого терморегулятора получила решение, которое подразумевает наличие двух тарелок клапана, которые называют малой и большой. Первой в термостате открывается малая тарелка, которой необходимо заметно меньшее усилие для преодоления созданного в системе давления. Малая тарелка открывается легче, а уже при открытии взаимодействует с большой тарелкой и попросту тянет её за собой. Открытие большой (основной) тарелки термостата до конца открывает канал прохода охлаждающей жидкости.

Если в первом случае термостат имеет один клапан с двумя тарелками, то двухклапанный регулятор получил два отдельных клапана, которые находятся в едином корпусе. Первый клапан является основным и служит для перекрытия большого круга при движении охлаждающей жидкости в системе. Второй клапан является перепускным и отвечает за циркуляцию жидкости по малому кругу. Работа клапанов синхронизирована. Когда один из них перекрывает канал ОЖ, другой осуществляет открытие нужного контура. Указанная конструкция термостата нашла широкое применение в конструкции легковых авто и грузовиков, которые являются продуктами автоиндустрии из стран СНГ.

Диагностика поломки

На серьезные неполадки в системе охлаждения Вам укажет явное отклонение от нормальных показаний указателя температуры ОЖ на панели приборов в салоне. При нормальной работе системы охлаждения ДВС и температуре воздуха  за бортом около ноля градусов Цельсия, силовой агрегат должен выходить на рабочую температуру под нагрузкой в движении за 5–10 минут.

Единственное условие-исправность самого температурного датчика, указателя на панели прибоов и системы охлаждения.  Если герметичность системы и функциональность других элементов не нарушена,  уровень ОЖ в расширительном бачке находится на нужной отметке, тогда явными признаками неисправности  термостата являются:

  • долгий прогрев двигателя;
  • неспособность ДВС выйти на рабочую температуру под нагрузкой;
  • отсутствие теплого воздуха из отопителя;
  • постоянный перегрев двигателя независимо от окружающей температуры наружного воздуха;
  • периодическое возникновение указанных симптомов и последующее их исчезновение;

Выявить неисправность термостата достаточно просто. После запуска холодного мотора верхний патрубок радиатора должен быть холодным и оставаться таковым определенный период времени. Если все в норме, значит ОЖ циркулирует только по «рубашке охлаждения» мотора (малый круг) и доступ в режиме прогрева в радиатор для нее перекрыт клапаном термостата.

Когда верхний патрубок теплеет практически сразу, тогда налицо нарушенная циркуляция. Это означает, что главный клапан устройства открыт и охлаждающая жидкость сразу идет по большому кругу. В результате ДВС не способен прогреться до оптимальной рабочей температуры.  Такое явление означает, что присутствует  ускоренный износ деталей силовой установки. Трущиеся пары агрегата не получают смазки в должной мере, так как непрогретый мотор имеет отличные от нормы тепловые зазоры. Масло также остается слишком загущенным и теряет свойства, что приводит к повышенному расходу горючего и преждевременному износу ДВС.

Если клапан термостата постоянно находится в закрытом положении, тогда закономерно возникает перегрев и последующее закипание охлаждающей жидкости. Водители условно говорят, что двигатель «закипел». Это грозит не только сильным ростом давления в системе охлаждения и поломкой её отдельных функциональных элементов, но и  выходом из строя самого двигателя.

Случается и так, когда клапаны термостата подклинивают только периодически. Неисправность исчезает сама по себе, потом проявляется вновь. В таких случаях говорят, что термостат «залипает». Эта поломка более коварна, так как неисправность при таких симптомах  сложнее выявить. Следует проверить состояние системы охлаждения и произвести профилактическую замену термостата. Не следует дожидаться ухудшения ситуации.

Существует еще один способ проверки работоспособности термостата, но данное решение востребовано крайне редко. Речь идет о демонтаже и последующей проверке термостата в условиях, приближенных к реальной эксплуатации. Для этого термостат кладут в емкость с водой и начинают её нагревать. Когда температура воды достигнет порога открытия клапана термостата, тогда исправное устройство отреагирует должным бразом. Наполнитель расширится и откроет клапан приблизительно на 20 мм. Если этого не произошло совсем, клапан открылся только частично или не вернулся после охлаждения в исходное состояние, тогда можно говорить о неисправности устройства.

Проектирование термостата — Задание

(0 Рейтинги)

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 9 (9-11)

Необходимое время: 2 часа

(можно разбить на два 60-минутных сеанса)

Расходные материалы на группу: 13 долларов США.00

Макетные платы, провода, устройства для зачистки проводов, резисторы и мультиметры можно использовать повторно.

Размер группы: 2

Зависимость действий: Нет

Тематические области: Физические науки, физика

Ожидаемые характеристики NGSS:


Поделиться:

Резюме

Студенты исследуют схемы и их компоненты, создавая простой термостат.Они узнают, почему для работы схемы необходимы ключевые детали, и изменяют схему, чтобы оптимизировать температурный диапазон термостата. Они также узнают, как инженеры-электрики проектируют схемы для бесчисленных электронных продуктов в нашем мире. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Схемы широко распространены в мире современной инженерии.Большинство инженеров хорошо разбираются в электричестве и основных схемах, чтобы лучше проектировать все, от автомобилей и домов до мобильных телефонов и компьютеров. Инженеры-электрики разрабатывают схемы, питающие наши дома и бытовые приборы. Аэрокосмические инженеры и инженеры-механики используют свое понимание схем для проектирования систем управления (таких как антиблокировочные тормоза), двигателей, аттракционов, волновых машин и оборудования для космических полетов. Другие инженеры проектируют устройства, такие как термостаты, для сокращения потребления энергии и отходов.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

  • Опишите связь программируемого термостата с энергосбережением.
  • Разработайте модель схемы программируемого термостата.
  • Опишите, как инженеры используют принципиальные схемы для проектирования электрической цепи.
  • Перечислите преимущества использования макетной платы при проектировании схем.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука
Ожидаемые характеристики NGSS

HS-PS3-3.Спроектируйте, создайте и доработайте устройство, которое работает с заданными ограничениями для преобразования одной формы энергии в другую. (9–12 классы)

Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика Основные дисциплинарные идеи Сквозные концепции
Спроектируйте, оцените и / или доработайте решение сложной реальной проблемы, основываясь на научных знаниях, источниках доказательств, созданных студентами, приоритетных критериях и компромиссных решениях.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

В макроскопическом масштабе энергия проявляется множеством способов, таких как движение, звук, свет и тепловая энергия.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Хотя энергия не может быть уничтожена, ее можно преобразовать в менее полезные формы — например, в тепловую энергию в окружающей среде.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Критерии и ограничения также включают выполнение любых требований, установленных обществом, таких как учет вопросов снижения риска, и они должны быть количественно определены, насколько это возможно, и сформулированы таким образом, чтобы можно было определить, соответствует ли им данный проект.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Энергия не может быть создана или уничтожена — она ​​только перемещается между одним местом и другим местом, между объектами и / или полями или между системами.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Современная цивилизация зависит от основных технологических систем. Инженеры постоянно модифицируют эти технологические системы, применяя научные знания и методы инженерного проектирования для увеличения выгод при одновременном снижении затрат и рисков.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Общие основные государственные стандарты — математика
  • Решите линейные уравнения и неравенства с одной переменной, включая уравнения с коэффициентами, представленными буквами.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Используйте единицы как способ понять проблемы и направить решение многоэтапных проблем; последовательно выбирать и интерпретировать единицы в формулах; выбрать и интерпретировать масштаб и начало координат на графиках и дисплеях данных.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Создавайте уравнения, описывающие числа или отношения (Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Перегруппируйте формулы, чтобы выделить интересующее количество, используя те же рассуждения, что и при решении уравнений.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология
  • Студенты разовьют понимание отношений между технологиями и связи между технологиями и другими областями обучения.(Оценки К — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Энергетические ресурсы могут быть возобновляемыми или невозобновляемыми.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Установленные принципы проектирования используются для оценки существующих проектов, сбора данных и руководства процессом проектирования.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе необходимо:

  • 1 макетная плата (рекомендуется EXP 350, у интернет-продавцов; или RadioShack; или найти использованные макеты)
  • 1 (или более) микросхема датчика температуры LM35 (онлайн с www.digikey.com; получить дополнительные услуги на случай, если ученики случайно сломают одну из-за неправильной настройки схемы.)
  • 1 Интегральная схема операционного усилителя LM324AN (в RadioShack)
  • 1 9-вольтовая батарея с разъемами для батарей (или есть несколько для общего пользования)
  • 1 9-вольтовый аккумуляторный отсек (опционально, или есть несколько, чтобы поделиться с классом)
  • Лед
  • Сумка на молнии
  • Рабочий лист термостата
  • Раздаточный материал по макетным платам и принципиальным схемам

На долю всего класса:

  • 1 комплект перемычек (предпочтительнее, поскольку это проще и сокращает время настройки, в RadioShack), или каждой группе требуется 2 отрезка 1-дюймового провода, 2 отрезка 3-дюймового провода и 5 отрезков 2-дюймового провода проволока и изолента
  • Маленькие приспособления для зачистки проводов (необходимы только при использовании изолированного провода, а не набора перемычек для удаления изоляции на концах проводов)
  • Несколько резисторов Вт различных размеров от 500 Ом до 10 кОм (комплект из 100 и 500 в RadioShack)
  • Несколько мультиметров для различных измерений (например, Kelvin 50LE http: // www.kelvin.com/ часть # 9)

Примечание по материалам: макеты, провода, устройства для зачистки проводов, резисторы и мультиметры можно использовать повторно.

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_housing_lesson02_activity1], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной программы

Урок средней школы Цепи

Студенты знакомятся с несколькими ключевыми понятиями электронных схем. Они узнают о некоторых физических принципах схем, ключевых компонентах схемы и их распространении в наших домах и повседневной жизни.

Предварительные знания

Знакомство с электрическими цепями, включая концепции открытых и замкнутых цепей.

Введение / Мотивация

Кто может назвать некоторые объекты, в которых используется цепь или несколько цепей? (Возможные ответы: сотовые телефоны, радио, телевизоры, компьютеры, видеоигры, автомобили, дома, здания, калькуляторы.) Это все отличные ответы. Все, что подключается к розетке или работает от батарей, содержит цепь для работы. Может ли кто-нибудь объяснить мне причину, по которой инженеру нужно знать о схемах? (Ответ: Чтобы иметь возможность конструировать и создавать вещи, для работы которых используется электричество.Правильно, многие инженеры используют схемы при разработке и производстве всего, что мы упомянули. Инженеры-электрики в большей степени, чем другие инженеры, проектируют, используя схемы. Они несут ответственность за дизайн большинства схем, встречающихся в повседневных устройствах повсюду вокруг нас, включая компьютеры и компьютерные микросхемы. Однако многие другие инженеры должны иметь хотя бы базовое представление о схемах и о том, как создавать простые схемы.

Сегодня мы собираемся исследовать схему в термостате.Кто-нибудь знает, что такое термостат? Термостат — это устройство, устанавливаемое в домах и зданиях для регулирования температуры в определенной части здания, например, в отдельной комнате, нескольких комнатах (зоне) или во всем здании. Они спроектированы таким образом, чтобы выделять тепловую отходящую энергию за счет преобразования электрической энергии в тепловую. Обычно термостат определяет температуру в непосредственной близости от датчика и преобразует эту температуру в электрический сигнал. Термостат запрограммирован на выполнение выбранной задачи на основе этого электрического сигнала.Электрический сигнал указывает термостату включить или выключить обогреватель или кондиционер, чтобы изменить температуру в комнате.

Мы все хотим сберечь энергию и убедиться, что мы эффективно используем энергию в наших домах, школах и на работе. Знаете ли вы, что некоторые термостаты предназначены для экономии энергии? Большинство новых домов и предприятий используют программируемые термостаты , которые регулируют температуру всего или части здания. Эти термостаты полезны для экономии энергии и могут быть запрограммированы на множество различных настроек.Они часто устанавливаются на , а не на для обогрева или охлаждения здания в периоды, когда в здании нет людей, так как никто не присутствует, чтобы получить выгоду от выработки энергии. Это могут быть вечера в офисах и школах и днем ​​дома. Представляете, сколько энергии мы сможем сэкономить, если не будем включать печь или кондиционер, когда они не нужны?

Пример программируемого термостата в доме. Попросите учащихся найти термостат в своих домах или школьных классах.авторское право

Copyright © 2008 Дениз В. Карлсон. Используется с разрешения. Все права защищены.

Программируемые термостаты также можно настроить так, чтобы обогреватель или кондиционер поддерживал определенный температурный диапазон в течение всего времени, когда люди используют здание; вы устанавливаете низкую температуру и верхнюю, комфортную для жителей дома. Если в любой момент температура на датчике термостата выходит за пределы установленного диапазона комфорта, термостат генерирует электрический сигнал, чтобы включить либо обогреватель, чтобы нагреть комнату обратно до диапазона температур, либо кондиционер, чтобы охладить комнату. в температурный диапазон.Термостат держит нагреватель / охладитель включенным до тех пор, пока температура не достигнет противоположной стороны установленного диапазона комфорта, затем отправляет другой сигнал, чтобы выключить его, давая воздуху время, чтобы снова охладиться или нагреться, прежде чем цикл начнется заново.

Например, если температура в комнате опускается ниже установленной комфортной температуры, термостат включает обогреватель, чтобы нагреть комнату. Термостат поддерживает нагреватель до тех пор, пока температура не достигнет верхней границы температуры. Как только температура в помещении достигает этой верхней границы, термостат подает сигнал на выключение обогревателя.Поскольку нагреватель работает более эффективно (экономит энергию), когда он не включается и не выключается постоянно, это гарантирует, что температура должна упасть более чем на один или два градуса, прежде чем нагреватель снова включится. Таким образом, преимущество наличия программируемого термостата перед стандартным состоит в том, что он позволяет вам устанавливать собственный диапазон температур для термостата, чтобы поддерживать температуру в комнате, вместо того, чтобы нагреватель постоянно включался и выключался. Благодаря более совершенной конструкции программируемых термостатов вы можете заранее запрограммировать диапазоны температур для разных дней недели, чтобы учесть различия в использовании здания в будние и выходные дни.

Как мы упоминали ранее, схемы используются разными типами инженеров. Например, схемы важны для инженеров-механиков при проектировании двигателей, потому что большинство двигателей работают и обслуживаются с помощью схемы. Инженеры-механики должны хорошо разбираться в схемах, чтобы эффективно проектировать и создавать двигатели для работы с деталями, которые они проектируют. Команды инженеров разных специальностей часто работают вместе, чтобы построить все, от автомобилей до американских горок и медицинских инструментов — устройств, сочетающих в себе механические части и электрические системы.Знание основных компонентов схемы и того, как они подходят и работают вместе, важно для инженеров, чтобы понять, должны ли они проектировать что-либо, использующее электричество.

Сегодня мы собираемся узнать о различных компонентах схемы и о том, как собрать их вместе, чтобы создать простую схему, термостат. Мы собираемся разработать программируемый термостат, в котором пользователь определяет диапазон температур, в котором он хотел бы оставить комнату / здание, а термостат гарантирует, что это будет происходить с низким энергопотреблением.

Процедура

Фон

Электрические цепи стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Электрические цепи можно найти повсюду — в автомобилях, телевизорах, компьютерах, телефонах, домах, школах и т. Д. Их влияние на нашу жизнь огромно, и большая часть нашего общества не была бы прежней без схем. Практически каждая электрическая цепь содержит одни и те же основные компоненты — резисторы, интегральные схемы, конденсаторы и катушки индуктивности.Каждый из этих компонентов выполняет определенную задачу (иногда разные компоненты объединяются для выполнения работы одного из других компонентов) и используется большинством инженеров, особенно тех, кто работает с электричеством или продуктами, которые используют электричество.

Термостаты — это полезные устройства для регулирования температуры в помещении, в помещении или во всем здании. Они работают с помощью датчика температуры — обычно это электронный чип, изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры. При изменении температуры микросхемы сопротивление микросхемы изменяется и изменяется падение напряжения на микросхеме.Чип внутренне откалиброван для получения линейной зависимости между температурой и выходным напряжением датчика. После того, как датчик определяет температуру, результирующий электрический сигнал (выходное напряжение) отправляется в другую часть схемы, предназначенную для интерпретации входящего напряжения и выбора результата на основе сигнала. Эта часть схемы может быть выполнена разными способами; однако наименее сложный способ — использовать операционный усилитель (ОУ).

Использование операционного усилителя позволяет ввести гистерезис в схему или память.В этом упражнении учащиеся берут выходной сигнал датчика и сравнивают его с заранее определенным напряжением, установленным вручную. Если напряжение на датчике ниже, чем напряжение, установленное учащимися, что указывает на то, что датчик температуры показывает температуру, которая ниже, чем мы хотели бы, нагреватель (светодиод) включается, чтобы «нагреть» комнату. . Как только нагреватель (светодиод) включается, гистерезис операционного усилителя заставляет нагреватель оставаться включенным до тех пор, пока напряжение не превысит второе или высокое напряжение, установленное в желаемом комфортном диапазоне.Это предохраняет термостат от быстрого включения и выключения нагревателя, если температура колеблется около желаемой начальной температуры. Заставляя нагреватель оставаться включенным до второго напряжения, схема демонстрирует зависимость от пути, что означает, что она запоминает, где она была, и использует это, чтобы сообщить, что она будет делать дальше. Он не выключится после того, как напряжение превысит установленное нижнее значение, потому что он «знает», что совсем недавно он упал ниже этой отметки. Он заставляет нагреватель оставаться включенным до тех пор, пока не будет пройдена вторая отметка напряжения.

Схема, которую создают ученики, содержит датчик температуры LM35, который имеет линейную зависимость между температурой датчика и выходным напряжением; соотношение составляет 10 мВ (0,01 В) на каждый градус Цельсия. Следовательно, при комнатной температуре (~ 20-23 ° C) LM35 должен иметь выходное напряжение 200-230 мВ (0,20-0,23 В). При повышении или понижении температуры выходное напряжение повышается или понижается на 10 мВ (0,01 В) на каждый градус изменения температуры.

Перед мероприятием

Со студентами

Часть 1: Как можно измерить температуру электронным способом?

  1. Разделите класс на группы по два-три ученика в каждой.
  2. Раздайте материалы каждой группе вместе с рабочим листом и раздаточным материалом.
  3. При использовании изолированного провода попросите учащихся зачистить от 1/4 до 3/8 дюйма с обоих концов каждого провода.
  4. Попросите учащихся настроить схему, как показано в части 1 рабочего листа, используя макетную плату, перемычки, батарею 9 В и микросхему датчика температуры LM35. Схема показана на рисунке 1. Обратитесь к раздаточному материалу для получения дополнительной информации, особенно пояснения символов принципиальной схемы и частей макета.

Рис. 1. Схема подключения copyright

Copyright © Aaron Osowiecki

  1. Попросите учащихся включить мультиметры и настроить их для измерения напряжения в мВ. Попросите учащихся измерить напряжение на резисторе 1 кОм. Они должны получить положительное значение около 0,23 В.
  2. Попросите учащихся потереть руки вместе и коснуться верхней части датчика LM35. Обратите внимание, что происходит с показаниями напряжения.
  3. Попросите учащихся измерить температуру (ºC) и напряжение (В) в комнате и на ладони с помощью термометра и схемы, которую они только что построили.Запишите данные в отведенное для этого место в Таблице термостата.
  4. Используя свои данные, учащиеся должны составить уравнение для определения напряжения на резисторе 1 кОм в единицах температуры (ºC), предполагая линейную зависимость.

Часть 2: Как можно «настроить» термостат?

  1. Установите термостат в режим охлаждения. Попросите учащихся выбрать «заданную» температуру ниже, чем температура их ладони, но выше, чем комнатная температура.
  2. Определите выходное напряжение LM35, соответствующее заданной температуре.
  3. Попросите учащихся разделить 9 В, подаваемое батареей, так, чтобы часть цепи равнялась выходному напряжению LM35 для их желаемой температуры. Сделайте это, переместив резистор 1 кОм (R2) и соединив его с другим (R1), как показано на рисунке 2.

Рис. 2. Настройка новой схемы Copyright

Copyright © Aaron Osowiecki

  1. Попросите учащихся ответить на вопросы в части 2 (вопрос 5) рабочего листа, чтобы определить взаимосвязь между током и напряжением.
  2. Также в своих рабочих листах попросите учащихся определить уравнение для количественной оценки стоимости R 1 .
  3. После получения уравнения для R 1 , введите известные значения (V Bat = 9 В, R 2 = 1 кОм, V 2 уставка), чтобы определить значение, необходимое для R 1 .

Часть 3: Включается ли свет, когда должен?

  1. Попросите учащихся подключить датчик LM35 и делитель напряжения к операционному усилителю (LM324).Добавьте LM324, резистор 2 кОм (R3), светоизлучающий диод (LED) и подключения к их макетной плате, как показано в таблице и на Рисунке 3 ниже.

Рисунок 3. Схема с добавленным операционным усилителем Copyright

Copyright © Aaron Osowiecki

  1. Попросите учащихся подключить батарею 9 В (см. Следующие шаги) к цепи, чтобы измерить напряжение на R 2 .
  2. Попросите учащихся поместить батарею в держатель батареи или прикрепить концы двух отрезков 3-дюймового провода к положительной и отрицательной клеммам батареи.
  3. Подключите провод, идущий от положительной клеммы (обозначенной знаком «+» на той стороне батареи, где находится положительная клемма) к ряду питания на макетной плате.
  4. Чтобы замкнуть цепь, подключите провод, идущий от отрицательной клеммы (обозначенной знаком «-» на стороне батареи), к ряду заземления на макетной плате.
  5. Напомните учащимся отключать аккумулятор между измерениями.
  6. Попросите учащихся продолжать следить за своими рабочими листами, чтобы отвечать на поставленные вопросы.

Часть 4: Может ли термостат экономить энергию?

  1. Попросите учащихся ответить на вопросы в своих рабочих листах, чтобы изменить дизайн своих термостатов для случая, когда никого нет дома.

Часть 5: Можно ли использовать контур для отопительного контура?

  1. Попросите учащихся отрегулировать свою схему так, чтобы она подходила для нагрева, следуя инструкциям в их рабочих листах.

Часть 6: Могут ли «включаться» и «выключаться» при разных температурах?

  1. Попросите учащихся использовать свою нагревательную цепь для измерения температуры и напряжения, когда она включается и выключается, и записывать в свои рабочие листы.
  2. Попросите одного ученика в каждой команде продолжать измерять напряжение на выходе датчика температуры, в то время как другие охлаждают датчик температуры с помощью пакета Ziploc со льдом.
  3. Попросите учащихся добавить один резистор (R 4 ), чтобы создать разные точки включения и выключения для контура отопления. Отопительный контур должен напоминать схему на Рисунке 4 ниже.

Рис. 4. Авторское право на отопительный контур

Авторское право © Аарон Осовецкий

  1. Попросите учащихся измерить падение напряжения между контактом 14 и землей, когда светодиод горит, чтобы позже вычислить значение R 4 .
  2. Следуя инструкциям по рабочим листам, предложите студентам разработать уравнение для R 4 , используя закон Ома (V = IR) и свойства последовательных цепей.
  3. Используя соответствующий R 4 , попросите учащихся протестировать схему и прокомментировать ее поведение.

Часть 7: Отражение

  1. В заключение проведите обсуждение в классе, чтобы просмотреть ответы на листе с помощью ключа ответов на листе термостата.
  2. Чтобы еще больше проверить понимание учащихся, спросите их, как бы они заставили гистерезис термостата работать в обратном направлении, чтобы цепь включалась при более высокой температуре и выключалась при более низкой температуре — как кондиционер, а не обогреватель.
  3. Попросите учащихся заполнить раздаточный листок энергосбережения для программируемого термостата. Это позволяет учащимся рассчитать потенциальную экономию энергии с помощью программируемого термостата.

Словарь / Определения

Макетная плата: многоразовый инструмент без пайки, используемый для создания временной (обычно прототипа) схемы, с которой можно экспериментировать, пока не будет создана более постоянная схема.

Проводник: материал, который позволяет зарядам легко перемещаться, например медная проволока.

Электрический ток: поток электрического заряда через электрическую цепь или проводник.

Электрическая цепь: набор элементов схемы (сопротивления, индуктивности, емкости и т. Д.), Соединенных по замкнутым путям проводниками.

Гистерезис: электрическая цепь, которая зависит от пути и, таким образом, имеет память.

Полоса гистерезиса: разница в напряжении между точками включения и выключения в электрической цепи с использованием гистерезиса.

Интегральная схема (ИС): несколько элементов схемы, которые производятся вместе на одной микросхеме с помощью последовательности этапов обработки.

Операционный усилитель (операционный усилитель): интегральная схема, содержащая несколько резисторов и конденсаторов. Операционные усилители находят множество практических применений в инженерном оборудовании.

Параллельно: два или более элемента схемы подключены параллельно, если они подключены к одному и тому же узлу или соединению схемы и имеют одинаковое падение напряжения на своих выводах.

Резистор: элемент схемы, который сопротивляется электрическому току и рассеивает энергию в виде тепла.

Последовательность: два или более элемента цепи включены последовательно, если через них протекает одинаковый ток.

Напряжение: мера потенциальной энергии электрического поля, вызывающей электрический ток в проводнике.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Обсуждение в классе Вопрос : Задайте ученикам и обсудите в классе:

  • Почему может быть хорошей идеей иметь возможность контролировать, при каких температурах обогреватель и / или кондиционер включаются и выключаются?

Встроенная оценка деятельности

Рабочий лист : Попросите учащихся заполнить Рабочий лист термостата; просмотрите их ответы, чтобы оценить их уровень владения предметом.

Оценка после деятельности

Обсуждение рабочего листа : Просмотрите и обсудите ответы рабочего листа, представленные в ключе ответов на рабочий лист термостата, со всем классом. Используйте ответы учащихся, чтобы оценить их уровень владения предметом.

In Reverse : Предложите учащимся провести мозговой штурм или исследовать способы, позволяющие гистерезису термостата работать в обратном направлении, чтобы цепь включалась при более высокой температуре и выключалась при более низкой температуре — как кондиционер, а не обогреватель.Для этого ученики перепрограммировали схему, чтобы она включалась и выключалась при разных температурах.

Вопросы безопасности

  • Работать с электричеством всегда опасно. Чтобы убедиться, что компонент не перегревается, напомните учащимся дважды проверить свою схему с помощью схемы и изображения, представленных на рабочем листе, перед подключением цепи к батарее.
  • Внимание к деталям важно.Напомните учащимся, что необходимо следить за тем, чтобы компоненты были размещены там, где они должны быть. Неправильное подключение к земле и / или источнику питания может привести к перегреву, задымлению и (потенциально) необратимому повреждению этих микросхем.

Советы по поиску и устранению неисправностей

Убедитесь, что учащиеся не оставляют батарею подключенной к макетной плате, если они не проводят активных измерений, отладки или наблюдения за схемой. Если большую часть времени держать его отключенным, это продлевает срок службы батареи и гарантирует, что компоненты схемы не станут слишком горячими, если их «оставить включенными» на некоторое время.

Если цепь группы не работает, отсоедините провода от макетной платы, идущие от батареи, и перепроверьте электрическую схему и цепь. Убедитесь, что контакты LM35 и LM324AN подключены и ориентированы правильно. Если все в порядке, снова подключите аккумулятор и отладьте схему с помощью мультиметра. Проверьте входные и заземляющие контакты датчика температуры и LM324AN, чтобы убедиться, что они правильно подключены. Мультиметр должен показывать 9 вольт (или близкое к этому) для входа на датчике температуры; заземление для обоих должно показывать ноль вольт (или близкое к этому).Вход LM324AN должен быть таким же, как выход датчика температуры. Также проверьте подключения к светодиоду; Убедитесь, что вход есть, хотя он должен быть, и что вывод заземления светодиода показывает ноль вольт.

Светодиоды

могут легко перегореть, если оставить их включенными слишком долго или если через них будет проходить слишком большой ток. Вот почему выходной сигнал LM324AN проходит через сопротивление, прежде чем достигнет светодиода. Если цепь не работает, а все остальное кажется правильным, попробуйте другой светодиод.

Убедитесь, что ни один из резисторов не касается другого резистора, который соединяет эти два резистора последовательно и, таким образом, изменяет значение сопротивления и, следовательно, напряжение, проходящее через этот участок цепи.

Расширения деятельности

Попросите студентов исследовать гистерезис. Узнайте, что это означает, как в этой схеме используется гистерезис и другие примеры гистерезиса.

Предложите студентам исследовать, где еще проявляется гистерезис.Попросите их подготовить абзац с описанием обнаруженного ими явления и того, как в нем отображается гистерезис. Также попросите их сравнить его со схемой, которую они только что построили. Чем они похожи? Насколько они разные?

Масштабирование активности

  • Для студентов, лучше разбирающихся в анализе цепей, предложите им изучить формулы, используемые для определения сопротивлений, необходимых для установки точек включения / выключения (законы Кирхгофа по напряжению и току, закон Ома и т. Д.)).

использованная литература

Hambley, Allan R., Электротехника: принципы и приложения , третье издание. Верхняя Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Pearson Education Inc., 2005.

авторское право

© 2007 Регенты Университета Колорадо

Авторы

Тайлер Малин; Лорен Купер; Малинда Шефер Зарске; Дениз В.Карлсон; Аарон Осовецкий

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано в рамках гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда GK-12, грант No.0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 11 ноября 2021 г.

Google’s Nest представляет новый интеллектуальный термостат с более простым дизайном и более низкой ценой

Подразделение Google Nest по производству умных домов предлагает новый интеллектуальный термостат, доступный для заказа с сегодняшнего дня.Новый термостат Nest представляет собой более простую модель, чем Nest Learning Thermostat или Nest Thermostat E, и имеет более низкую цену, всего 129,99 доллара США. Это на 40 долларов меньше, чем у Nest E, и на 120 долларов меньше, чем у первоклассного обучающего термостата Nest третьего поколения. Он доступен для предварительного заказа, начиная с сегодняшнего дня, и Google заявляет, что он будет доставлен через несколько недель.

Simpler — тема нового термостата Nest, и она начинается с его дизайна. Исчез традиционный вращающийся циферблат, который был на каждом термостате Nest в течение последних девяти лет.На его месте находится сенсорная полоска с правой стороны, которая используется для навигации по интерфейсу и внесения корректировок. Вместо того, чтобы поворачивать диск для регулировки температуры, вы проводите пальцем вверх и вниз и нажимаете на эту сенсорную полосу. Такой дизайн исключает все движущиеся части и позволяет Google снизить цену.

Передняя часть термостата полностью зеркальная с дисплеем, который просвечивает через зеркало, когда термостат используется. Google использует ту же технологию Soli, которая была в смартфоне Pixel 4 под зеркальной отделкой, чтобы автоматически определять, когда вы стоите перед термостатом, и выводить его из спящего режима.Компания заявляет, что технология Soli позволяет получить непрерывную зеркальную отделку без видимого окна или выреза для традиционного датчика движения, который используется на других моделях. Но это степень использования Soli в термостате Nest — за пределами сенсорной полосы нет элементов управления на основе жестов.

Новый термостат Nest имеет зеркальную переднюю панель и доступен в четырех разных цветах. Изображение: Google

Подобно недавно выпущенной интеллектуальной колонке Nest Audio, термостат Nest доступен в различных цветах: белом, темно-сером, светло-розовом и светло-зеленом.Доступен комплект отделки соответствующего цвета, чтобы закрыть отверстия, оставшиеся от вашего старого термостата, за 14,99 доллара.

Nest также упростил работу с программным обеспечением. В новом термостате Nest нет фирменной функции обучения Nest, которая пытается автоматически определять условия вашей жизни и настраивать термостат для достижения наилучшего баланса комфорта и эффективности. Вместо этого он работает по традиционной системе расписания, где вы указываете ему, когда вы дома, когда вас нет, и какую температуру он должен поддерживать для каждого сценария.Таким образом, это похоже на то, как работает традиционный программируемый термостат, и должно быть хорошо знакомо большинству людей, впервые переходящих на интеллектуальный термостат.

Вместо системы автоматического обучения других моделей Nest, новый термостат Nest использует более традиционный запрограммированный график. Фото: Google

Термостат Nest имеет встроенные интеллектуальные функции. Им можно управлять через приложение для смартфонов Google Home, как и любым другим термостатом Nest, и он поддерживает голосовое управление через Google Assistant или Amazon Alexa.Он также может предложить вам отрегулировать уровни температуры для большей эффективности и предупредить вас о потенциальных проблемах с вашей системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха или о том, когда пришло время менять воздушный фильтр. Он будет использовать датчик движения Soli и геолокацию на вашем телефоне, чтобы автоматически включать экономичный режим для экономии энергии, когда вас нет дома. Google утверждает, что эти функции могут сэкономить владельцам в среднем от 10 до 12 процентов на счетах за отопление и 15 процентов на счетах за охлаждение каждый год. Термостат Nest также имеет сертификат Energy Star, как и другие модели термостатов Nest.

Термостат Nest не обладает некоторыми возможностями по сравнению с более дорогими версиями. Например, он не поддерживает удаленные датчики Nest для балансировки системы в определенном помещении. Вместо встроенной перезаряжаемой литиевой батареи термостат Nest работает от двух стандартных батареек AAA. (Google утверждает, что он должен работать «несколько лет» на наборе AAA.) Функция Farsight, которая позволяет вам видеть текущую температуру через комнату с другими моделями Nest, также отсутствует.Google утверждает, что процесс установки аналогичен другим моделям, а термостат Nest совместим почти с таким же количеством используемых систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Он также может поддерживать системы с несколькими зонами, связывая несколько термостатов Nest вместе и запуская их вместе.

Теперь вы можете подобрать цвет, соответствующий вашему интеллектуальному термостату и интеллектуальному динамику. Фото: Google

Представители Google говорят, что термостат Nest не заменяет другие его модели — обучающийся термостат Nest третьего поколения остается доступным, хотя в будущем Nest E будет доступен только профессиональным установщикам.Вместо этого компания надеется, что более дешевая и более простая для понимания система понравится тем, кто еще не перешел на интеллектуальный термостат и все еще использует традиционный программируемый термостат.

Nest Thermostat от Google за 130 долларов отличается совершенно новым сенсорным дизайном.

Прошло десять лет с тех пор, как Nest впервые выпустила свой первый интеллектуальный термостат, и он стал самым популярным брендом в области управления температурой в доме. Если вы видели один из его продуктов, вы узнаете характерную форму шайбы и вращающиеся элементы управления краями.Однако теперь, когда ему исполнилось десять лет, пора загореться термостату. Сегодня Google запускает новый термостат Nest Thermostat по цене 130 долларов, и он отличается впечатляюще гладким и привлекательным внешним видом, благодаря которому устройство будет выглядеть не так, как неровность на стене, а больше как элегантный орнамент. Он доступен в четырех цветах: снег, песок, уголь и туман, и выглядит значительно меньше, чем раньше.

Google удалось сделать термостат намного тоньше, отчасти потому, что он избавился от прялки в старых моделях и заменил его сенсорной кромкой.Вместо того, чтобы вращать рамку вокруг устройства для регулировки температуры, вы будете касаться или проводить пальцем вверх и вниз по боковой стороне, чтобы взаимодействовать с ним.

Одной из особенностей дизайна нового термостата является его зеркальный дисплей, который не только имеет красивую отделку, но и просыпается, когда вы приближаетесь к нему, чтобы показать вам соответствующую информацию, такую ​​как текущая температура в помещении, целевая температура и то, является ли она в режиме охлаждения или обогрева. Google использует здесь ту же радарную технологию Soli, которую продемонстрировал на Pixel 4, для обнаружения движения, и объединяет эти данные с вашими параметрами геозон, чтобы определить, вышли ли вы из дома.

Галерея: Изображения для прессы Nest Thermostat 2020 | 13 Фото

Галерея: Изображения для прессы Nest Thermostat 2020 | 13 Фото

Когда он понимает, что вокруг никого нет, новый термостат автоматически переходит в экономичный режим и поддерживает в вашем доме указанную вами температуру, которая требует меньше энергии. Таким образом, в холодный день ваш дом может охладиться до 50 градусов по Фаренгейту, если никого нет, и начнет нагреваться только после того, как вы вернетесь.Существующие термостаты Nest уже имеют эту функцию, но в новом продукте впервые используется обнаружение Soli, чтобы определить, дома ли люди.

В новом термостате Google также представляет переработанный вид контроллера, чтобы упростить установку температуры. Это также первый раз, когда вы можете управлять термостатом Nest через приложение Home, и оно включает новые инструменты, такие как настраиваемые расписания. По сравнению с обучающим термостатом, который в настоящее время предлагает только автоматические расписания, новая функция быстрого расписания позволяет вам устанавливать температурные профили в соответствии с вашими предпочтениями.

Может быть, вы хотите, чтобы вечера пятницы были прохладнее, потому что это ваш день выпечки и ваша духовка нагревает весь ваш дом — вы можете установить это заранее. Вы также можете изменить расписание, чтобы в вашем доме оставалось тепло до поздней ночи, если вы не успеваете в сжатые сроки, когда ложитесь спать. Вы также сможете использовать функцию удержания температуры, чтобы в вашем доме были самые комфортные настройки.

Google

Интеграция с приложением Home также включает в себя возможности Assistant и Alexa, так что вы можете указать своему интеллектуальному динамику или дисплею изменить температуру.Благодаря новому приложению Home и интеграции с Ассистентом термостатом Nest стало проще управлять с дивана или по дороге домой.

Часто бывает не так просто установить термостат. Nest упростила установку своих старых продуктов, предложив виджеты совместимости на своем сайте и полезные инструкции в коробке. С новым термостатом вы также можете обратиться к приложению Home за красочным анимированным руководством, которое похоже на руководство по обезвреживанию бомбы.Согласно Google, вы сможете установить его «за 30 минут или меньше», и он «работает в большинстве домов».

Благодаря своему последнему продукту Nest будет контролировать вашу систему HVAC, чтобы предупреждать вас, если что-то кажется неправильным (через приложение Home или по электронной почте). Вам будет предложено связаться с квалифицированным специалистом в вашем регионе по предпочтительной цене или через партнера Google Handy. Вам придется заплатить техническому специалисту, чтобы он решил вашу проблему, но Google утверждает, что поставщики, которые свяжут вас с вами, предлагают гарантии возврата денег, поэтому, если проблем нет, с вас могут не взиматься деньги.Более старые термостаты Nest также смогут получить доступ к этой функции в конце этого месяца.

Google

Одна из главных причин, по которой людям нужен умный термостат, — это контролировать и ограничивать потребление энергии. В новом термостате Nest есть функция под названием Savings Finder, которая ищет способы сократить ваши расходы и предлагает такие способы, как регулировка режима Eco или температуры сна. Вы можете принять эти рекомендации в приложении Home. Google сказал, что эта функция работает круглый год, чтобы найти способы экономии энергии, чтобы вы могли снизить нагрузку на систему отопления дома, например, в теплую зиму.

Наконец, поскольку новый термостат Nest имеет сертификат Energy Star, как и его предшественники, вы можете иметь право на скидки в вашем штате, а также на другие предложения. Вы можете проверить свое право на участие в Google Store при покупке устройства, и, в зависимости от поставщика коммунальных услуг в вашем регионе, вы можете применить скидку при оформлении заказа. Вы также можете купить комплект отделки соответствующего цвета за 15 долларов, если вам нужно скрыть любые царапины или потертости, которые вы сделали во время установки.

Для тех, кто все еще предпочитает вращающееся колесо существующего обучающего термостата, вы все равно можете его купить — новый термостат будет продаваться вместе с ним.Thermostat E за 169 долларов с 2017 года станет эксклюзивом для профессиональных установщиков. Если вам уже нужен новый термостат Nest, вы можете сделать предварительный заказ, начиная с сегодняшнего дня, и он будет доставлен в ближайшие недели.

Все продукты, рекомендованные Engadget, выбираются нашей редакционной группой, независимо от нашей материнской компании. Некоторые из наших историй содержат партнерские ссылки. Если вы покупаете что-то по одной из этих ссылок, мы можем получать партнерскую комиссию.

Ив Бехар конструирует исчезнувший термостат

Какими бы умными ни были гаджеты для умного дома, они по-прежнему представляют собой коробки, висящие на стене или потолке, как ракушки.Они могут быть требовательными к своему дизайну и иметь интерфейс, столь же интуитивно понятный, как прищуривание в ясный день, но было бы еще лучше, если бы вы их вообще не видели. Ив Бехар, кажется, согласен, поскольку он разработал термостат, который отходит на второй план.

Бехар, дизайнер-вундеркинд, чья студия Fuseproject представила вам Sodastream, фитнес-браслет Jawbone Up и умный замок August, среди других великолепных гаджетов, вернулся с Hive Active Heating 2. Его самая крутая функция — зеркальное отображение, квадратный корпус, напоминающий полированный хром.Как и популярный Nest, он помогает следить за потреблением энергии. В отличие от Nest, его цифровой дисплей проявляется только при прикосновении. Чтобы сделать его еще более гармоничным, в нем есть 12 цветных рамок, которые подойдут к декору любой комнаты. «Речь идет о приспособлении», — говорит Бехар. «Он отражает окружающую среду; он приобретает визуальный цвет окружающей среды».

Вы не сможете получить Hive где-нибудь за пределами Великобритании, где он стоит 249 фунтов стерлингов (388 долларов США), но тщеславие дизайна, которое делает его таким крутым, может — даже должно — использоваться для всего, от термостатов и выключателей света до детекторов дыма и систем безопасности. системы.Насколько технологии управляют нашим повседневным взаимодействием — от телефонов до дома — возможно, они могут отойти на второй план. Как утверждал Дитер Рамс в своих канонических «10 принципах», хороший дизайн ненавязчивый, тихий и цельный. Это так же верно сегодня, как и тогда, когда Рамс установил свои правила в 1980-х годах.

И есть что-то немного рамсианское в Улье. Это одновременно знакомо и скромно, даже несмотря на то, что в нем собраны новейшие технологии. Это также было важно, поскольку клиент Бехара, компания British Gas, обслуживает почти половину домов и предприятий в Великобритании.Вместо сенсорного экрана есть ряд из трех кнопок и циферблата, каждая из которых обеспечивает приятный аналоговый щелчок. Установка проста. При нажатии на циферблат ЖК-дисплей, кажется, поднимается на блестящую поверхность, и только соответствующие кнопки подсвечиваются, чтобы пошагово направлять пользователя через процесс, задавая простые вопросы, например: «Хотите ли вы оптимизировать для повышения эффективности или комфорта». После программирования (до шести временных настроек температуры и горячей воды в день) устройство можно сбросить вручную или через приложение для смартфона.

Хотите? Мы вас не виним. Но не расстраивайтесь. Через несколько лет все умные гаджеты могут стать почти невидимыми.

CP Performance — Корпус термостата (старая конструкция)

A18 A4
Арт. Номер детали OEM Хардин # Мэллори № GLM № Другое # Описание Кол-во треб. Заменено из Особые примечания
1



КОРПУС ТЕРМОСТАТА В СБОРЕ 1
2 23-47511



ВТУЛКА, КОРПУС ТЕРМОСТАТА 1

3 22-32803

700-21894
ЗАГЛУШКА 2

4 27-530451



ПРОКЛАДКА, КОРПУС ТЕРМОСТАТА 1
2
5 807252T1



ТЕРМОСТАТ (143) 1 59137
6 27-47510
676-9-60005 700-31460
ПРОКЛАДКА ТЕРМОСТАТА 1
2
7 23-47508T



РУКАВ, ТЕРМОСТАТ 1 23-47508
8 27-41812
676-9-60006
700-31630

ПРОКЛАДКА, КРЫШКА ТЕРМОСТАТА 2
2
10 8M0061068



КРЫШКА, ТЕРМОСТАТ 1 47442A1
11 10-60410



ВИНТ, КОРПУС ТЕРМОСТАТА К ВПУСКНОМУ ПАТРУБКУ 2

12 13-35048



ШАЙБА, ВИНТ КОРПУСА ТЕРМОСТАТА 2

13 22-98477A2



ТРОЙНИК, КОРПУС ТЕРМОСТАТА 1

14 32-8M0062614



ШЛАНГ, ТРОЙНИК К ВЫПУСКНОМУ КОЛЕНО (19 ‘) 2 32-3322070
15 54-815504220



ЗАЖИМ, КРЕПЛЕНИЕ ШЛАНГА 8 54-32780
16 54-815504220



ЗАЖИМ, КРЕПЛЕНИЕ ШЛАНГА 6 54-32780
17 32-96246A4



ШЛАНГ, МАСЛЯНЫЙ РАДИАТОР К ПРИВОДУ 1

18 54-47715



ЗАЖИМ, КРЕПЛЕНИЕ ШЛАНГА 2

19 32-896998



ШЛАНГ, МАСЛЯНЫЙ ОХЛАДИТЕЛЬ К КОРПУСУ ТЕРМОСТАТА 1 32-64346
20 32-897181



ШЛАНГ, КОРПУС ТЕРМОСТАТА К ВОДЯНОМУ НАСОСУ 1 32-89718
21 54-815504232



ЗАЖИМ, КРЕПЛЕНИЕ ШЛАНГА 2 54-87268
22 32-897491



ШЛАНГ, КРЫШКА ТЕРМОСТАТА К ВЫПУСКНОМУ ПАТРУБКУ (ПОРТ) 1 32-89749
23 32-897301



ШЛАНГ, КРЫШКА ТЕРМОСТАТА К ВЫПУСКНОМУ ПАТРУБКУ (STBD.) 1 32-89730
24 12552



ПОДЪЕМНЫЙ ГЛАЗ 1

AN-1165 Комнатный термостат | Диалог

Для получения сопутствующих документов и программного обеспечения посетите:

https: // www.dialog-semiconductor.com/products/greenpak

Загрузите наше бесплатное программное обеспечение GreenPAK Designer [1], чтобы открыть файл .gp [2], и используйте инструменты разработки GreenPAK [3], чтобы закрепить дизайн в вашей собственной индивидуальной ИС за считанные минуты.

Dialog Semiconductor предоставляет полную библиотеку заметок по применению [4] с примерами дизайна, а также пояснениями к функциям и блокам внутри Dialog IC.

  1. Программное обеспечение GreenPAK Designer, загрузка программного обеспечения и руководство пользователя, Dialog Semiconductor
  2. Комнатный термостат АН-1165.gp, файл дизайна GreenPAK, Dialog Semiconductor
  3. Инструменты разработки GreenPAK, веб-страница инструментов разработки GreenPAK, Dialog Semiconductor
  4. Примечания по применению GreenPAK, веб-страница замечаний по применению GreenPAK, Dialog Semiconductor
  5. SLG46620 Техническое описание, Dialog Semiconductor

Термостат — это устройство, которое измеряет температуру системы и автоматически регулирует его таким образом, чтобы температура системы была поддерживается около желаемой уставки.Это устройство управления с обратной связью, так как он стремится уменьшить ошибку между желаемой и измеренной температурами. Комнатные термостаты обычно имеют рабочий диапазон от 5 ° C до 30 ° C, и они могут работать в режиме нагрева или охлаждения. У них также есть дисплей для отображения информация для пользователя о фактической измеренной температуре в помещении и желаемой установить температуру. Эти требования делают GreenPAK SLG46620V подходящим для разработка простого комнатного термостата.

На рисунке 1 изображена высокоуровневая системная конструкция реализованного термостата.

Рисунок 1. Конструкция системы

Система состоит из следующих компонентов:

  • Блок питания (вход 24VAC, выход 5VDC)
  • Термистор MCP9700A (датчик температуры)
  • Потенциометр — используется для установки желаемой температуры
  • 2-значный 7-сегментный дисплей — используется для отображения тока и установленного температура
  • Кнопка выбора режима (охлаждение или обогрев)
  • Кнопка для отображения заданной температуры
  • Реле
  • Драйверы реле
  • ГринПАК SLG46620V

Блок питания (БП)

Комнатные термостаты, доступные в США, имеют напряжение 24 В переменного тока.Системная логика, реле, дисплеи и датчики температуры имеют рабочее напряжение около 5 В постоянного тока, поэтому нам необходимо спроектировать и реализовать блок питания (БП), который будет иметь вход 24 В переменного тока и выход 5 В постоянного тока. Этот блок питания основан на Импульсный регулятор MC34063. На рисунке 2 изображена электрическая схема блока питания.

Рисунок 2. БП эл. схематический

Датчик температуры — MCP9700A

В MCP9700A — это линейный активный термистор, который преобразует температуру в напряжение с следующие особенности:

  • Малый размер
  • Широкий температурный диапазон от -40 ° C до + 125 ° C
  • Точность ± 2 ° C (макс.) в диапазоне 0 ° C — 70 ° C
  • Оптимизирован для аналогово-цифровых преобразователей Выход 10,0 мВ / ° C
  • Диапазон напряжения питания В DD = от 2,3 В до 5,5 В
  • Низкое потребление тока, 6 мкА
  • В на выходе = 500 мВ для 0 ° C

По сравнению с термисторами, линейный активный термистор не требует дополнительная схема для преобразования сигнала, и это может быть непосредственно подключен ко входу АЦП.

Рисунок 3. Зависимость Vout MCP9700A от температуры

На рисунке 3 показано, что выходное напряжение датчика температуры MCP9700A линейно зависит от окружающей температуры.

Конструкция термостата

На рисунке 4 показана конструкция термостата. Используется аналоговый компаратор напряжения. для сравнения желаемой температуры и температуры, измеренной MCP9700A датчик. Потенциометр используется для установки желаемой температуры.

Средний выход потенциометра подключен к входу аналоговый компаратор.

Рисунок 4. Конструкция термостата

Рисунок 5. Аналоговый компаратор

На рисунке 5 показан принцип работы аналогового компаратора (ACMP). который используется для сравнения двух аналоговых сигналов и обеспечения цифрового выхода. Неинвертированный вход (Vin) сравнивается с инвертированным входом (Vref). Если (Vin) равно больше, чем (Vref), ACMP выдаст HIGH.Измеренная температура преобразованный в напряжение с помощью MCP9700A, который подключен к (Vin). В желаемая температура устанавливается с помощью потенциометра, подключенного к (Vref).

На рисунке 6 показаны эквивалентные схемы понтенциометра и (V o ), который подключен к (V ref ). Приведенные выше формулы показать взаимосвязь между (V o ) и двумя концами потенциометр (R a ) и (R b ).

Рисунок 6. Потенциометр используется для установки температуры

Выход из ACMP подключен к входу драйвера реле, который реализован, как показано на рисунке. Реле, используемое в этой конструкции для его катушки требуется 100 мА. Чтобы добиться этого, простой транзистор BJT использовалась схема драйвера реле.

Чтобы отобразить измеренную температуру и желаемую температуру, два Использовались 7-сегментные светодиодные дисплеи с общими анодами.

Рисунок 7. Драйвер реле

Из-за ограничения количества контактов SLG46620V необходимо реализовать драйвер дисплея, который может мультиплексировать выходы между двумя цифрами достаточно быстро, чтобы человеческий глаз не мог заметить переключение. Общий анод используется для включения / выключения каждой цифры, поэтому при отображении одной цифры анод для этой цифры установлен ВЫСОКИЙ, в то время как общий анод другой цифры НИЗКИЙ.На рисунке 8 показана общая схема анодного 7-сегментного дисплея.

Рисунок 8. 7-сегментный дисплей с общим анодом

На рисунке 9 показаны стандартные цвета проводки термостата. Этот дизайн использует точки подключения проводов R, Y, B и W.

Рисунок 9. Стандарт электропроводки термостата

Эта конструкция термостата реализована с использованием ИС GreenPAK, светодиодного дисплея и Датчик температуры. Кроме того, на нем есть кнопка для выбора режима. (нагрев или охлаждение), кнопка для отображения заданной температуры и два реле (одно для управления нагревателем и одно для управления компрессором).

На рисунке 10 изображена логическая реализация термостата внутри GreenPAK. Первоначальная полярность DFF8 — ВЫСОКАЯ, что означает, что включено только реле 1. (PIN18), а реле 2 отключено (PIN19).

Рисунок 10. Логика термостата

Рис. 11. Конфигурация задержки в трубе

Переход в режим охлаждения осуществляется изменением состояния DFF8. Вход CLK к DFF8 подключен к PIN2, который подключен к внешней кнопке.Выход ACMP2 подключен к Pipe Delay1, который используется для обеспечения это состояние реле не может быть повторно включено приблизительно в течение 1 минута.

Компонент Pipe Delay1 представляет собой настраиваемый регистр сдвига, который позволяет Пользователь может выбрать длину сдвигового регистра, от 1 до 16 DFF. CNT7 используется в качестве источника CLK для Pipe Delay1. С помощью В конфигурации, показанной на рисунке 11, задержка конвейера задерживает выход ACMP2. на 38 секунд.CNT7 / DLY7 работает в режиме счетчика с периодом вывода 2,37. секунд.

Чтобы иметь возможность отображать как желаемую, так и измеренную температуру, был использован селектор каналов для блока PGA. PGA имеет два входных канала, IN + CH # 1 и IN + CH # 2. IN + CH # 1 подключен к датчику температуры, а IN + CH # 2 подключен к потенциометру. Pin12 подключен к входу из CNT4 / DLY4.

Выход счетчика подключен к контакту 19, который также подключен к контакту 16. внешне.Когда кнопка будет отпущена, CNT4 / DLY4 задержит ее спад на 2,36 секунды. Это позволит пользователю увидеть набор умеренный, так как температура по умолчанию, отображаемая на дисплее, является измеренной температура. Эта схема селектора каналов изображена на рисунке 12.

Выходной сигнал усилителя с программируемым усилением (PGA) является входом для Блок АЦП. 8-битный выход блока АЦП передается в блок FSM0, который будет генерировать импульсы на основе значения 8-битных данных АЦП.

Рисунок 12. Схема переключателя каналов

Рисунок 13. Схема АЦП

CLK для FSM0 — это CNT1 / DLY1, который генерирует импульсы с периодом 1,2 мс. Когда FSM0 достигает установленного значения, предоставленного АЦП, он сгенерирует пульс и начать отсчет снова с нуля. SLG46620V имеет 8-битный АЦП, поэтому данные АЦП будут находиться в диапазоне от 0 до 255. Например, если данные АЦП равны 128, мы можно рассчитать период импульсов, генерируемых FSM0, как:

АЦП имеет 1.Разрешение 2 В / 256 отсчетов, что примерно соответствует 0,004 В / образец. Следовательно, если данные АЦП равны 128, это означает, что напряжение равно 0,512 мВ. Используя FSM и ADC, мы можем преобразовать аналоговое напряжение по времени.

Рис. 14. Конструкция драйвера дисплея

На рисунке 14 изображена архитектура реализованного драйвера дисплея. Этот конструкция основана на модифицированной архитектуре драйвера светодиодного дисплея объяснено в AN-1075 — Вольтметр GreenPAK с 2-х разрядным светодиодным дисплеем

Этот драйвер дисплея будет отображать изменения входного напряжения от АЦП от 0 — 1 В в диапазоне цифровых чисел от 0 до 99 и отображать их на двух 7-сегментные дисплеи.Чтобы объяснить дизайн дисплея, давайте посмотрим на пример, когда входное напряжение в АЦП составляет 500 мВ:

  • Vin = 500 мВ
  • n = 8, 8-битный АЦП
  • Опорное значение АЦП = 1 В
  • Шаг АЦП = 3,9 мВ / отсчет
  • Значение АЦП, которое будет передано в FSM0 = 500 / 3.9 = 128

Входная синхронизация для FSM0 имеет период 1,2 мс, поэтому FSM0 будет генерировать импульс после (128 * 1.2) мс = 153,6 мс. Когда FSM0 выдает импульс, десятичный подключенные к нему счетчики будут сброшены и снова начнут отсчет, в то время как защелкивает пересылку данных в декодер. Есть два десятичных счетчика (DC). DC1 используется для подсчета наименее значимых цифр, а DC2 — для подсчета большинства значащие цифры. DC1 сбрасывается, когда он досчитает до 10. Используемый CLK для DC1 — CNT0 / DLY0 с периодом 3,072 мс. Создается край CLK для DC2. когда DC1 достигает 10.Когда FSM0 генерирует импульс, сбрасывающий DC, они начнет отсчет, и при следующем сбросе DC1 сгенерирует 153,6 мс / 3,072 мс = 50 импульсов.

Рисунок 15. Реализация декодера SLG46620V

После 50 импульсов DC1 будет иметь 0 сохраненных, а DC2 будет иметь 50/10 = 5. Когда FSM0 генерирует второй импульс после дополнительных 153,6 мсек, DC сбрасывается и защелки, подключенные к каждому биту обоих DC, будут передавать данные в декодер схема.Реализованный декодер может обрабатывать только одну цифру за раз, что означает, что младшая и самая старшая цифры должны быть переданы ему по одной время. Каждая цифра дисплея имеет управляющий контакт, который может включать / отключать его. так как выводы данных подключены параллельно. В декодер передаются данные мультиплексируется с использованием компонентов DFF9 и OSC. Цифры будут отображаться в частота 10,415 кГц. Управление обеими цифрами синхронизировано, так что когда первая цифра включена, защелки, подключенные к DC1, будут передавать данные в схема декодера, показанная на рисунке 16.

Рисунок 16. Конфигурация выходного PIN-кода декодера

Термостат будет показывать данные в диапазоне от 0 ° C до 37 ° C. В связи с этим ограничение, DC2 не нужно считать до 9, и его можно отключить at 3, это модификация, которую мы сделали для AN-1075 .

На рисунке 16 показана конфигурация выходных PIN-кодов декодера. которые используются в качестве драйверов светодиодов. Каждый выход настроен как 2x открытый сток PMOS.

Логика отображения реализована для отображения диапазона напряжения 0-1 В на 0-99. диапазон цифр, но рабочий диапазон термостата составляет только от 0 ° C до 37 ° C. В Датчик температуры, используемый в этой конструкции, будет выдавать 500 мВ при 0 ° C, что соответствует числу 50, подсчитанному DC1 и DC2.

Это означает, что смещение необходимо для отображения правильного температура.

В качестве другого примера, когда температура в помещении составляет 25 ° C, выходной сигнал датчика будет 750 мВ, что соответствует цифрам 75.Чтобы показать правильный температуры реализовано смещение на 50 разрядов. Это делается путем отсрочки Сброс DC1 на 50 импульсов после того, как FSM0 сгенерирует импульс. 50 импульсов — это эквивалентно 153,6 мс. Это изображено на рисунках 17 и 18.

Рисунок 17. Реализация смещения

Рисунок 18. Офсетная схема

На рисунках 19 и 20 показана полная электрическая схема термостата. дизайн, описанный в этом примечании к приложению.

На рисунке 21 показана фотография печатной платы полной конструкции термостата, описанной в это примечание к приложению.

Рисунок 19. Схемы стр. 1

Рисунок 20. Схема стр. 2

Рисунок 21. Плата

Дизайн термостата, который мы реализовали в этом примечании к приложению, охватывает основные функциональные возможности комнатного термостата. Дополнительные функции, такие как сбой питания управление может быть решено с помощью внешнего аккумулятора и регулятора мощности схема, которая обнаружит сбой питания и запитает GreenPAK от вспомогательная батарея для сохранения состояний шлепанцев.В этом примечании к приложению показано что микросхемы GreenPAK могут реализовать комнатный термостат благодаря своей гибкости и настраиваемость.

Регуляторы температуры, системы, алгоритмы, методы и типы термостатов

Термостаты (или регуляторы температуры) — это устройства, которые используются для измерения и регулирования температуры воздуха, жидкости, такой как вода, или других процессов. В то время как термометры обеспечивают считывание или значение температуры, термостаты предназначены для повышения или понижения температуры до желаемой точки по сравнению с ее текущим значением.

Типы регуляторов температуры

Изображение предоставлено: Fahroni / Shutterstock

Термостаты находят применение в различных продуктах и ​​отраслях промышленности, некоторые из которых являются привычными потребительскими товарами. В этом руководстве кратко описаны распространенные типы термостатов как по применению, так и по конструкции / функциональности. Кроме того, в этом руководстве также представлена ​​дополнительная информация о типах регуляторов температуры, используемых в производственных процессах.

Типы термостатов (регуляторов температуры) по применению

Термостаты контроля нагрева

Контроль температуры нагревателя, пожалуй, наиболее распространенная область применения термостатов, и, конечно, та, с которой знакомо большинство людей.Термостаты регулирования температуры используются для регулирования температуры воздуха в помещении. Эти устройства подключаются к системе контроля температуры отопления, такой как котел или печь, и отправляют в эту систему электрический сигнал, когда есть запрос на тепло, что означает, что термостат обнаружил, что температура в помещении упала ниже желаемого (установленного ) температура. Сигнал активирует управляющее реле, чтобы начать процесс розжига котла или печи и подачи тепла через принудительный воздух или через радиаторы.Когда температура повысится до желаемой, сигнал термостата отключается и котел или печь отключается.

Термостаты регулирования температуры

Другие распространенные продукты включают термостаты для регулирования температуры. Термостаты электрических нагревателей определяют температуру и включают в себя питание электрических нагревательных элементов по мере необходимости для обогрева комнаты. Вентиляторы охлаждения оснащены термостатами управления вентиляторами, которые можно использовать для включения и выключения вентилятора по мере необходимости в зависимости от температуры воздуха в помещении.Термостаты электрогрелки работают аналогичным образом, ограничивая температуру, до которой может подняться электрогрелка, с целью предотвращения случайных ожогов. Термостаты для бассейнов используются в нагревателях бассейнов, чтобы определять температуру воды в бассейне, когда она циркулирует через нагреватель бассейна. Как и в случае с термостатами системы контроля температуры нагрева, описанными ранее, термостат бассейна будет включать и выключать нагреватель бассейна по мере необходимости, чтобы поднять температуру воды до желаемой уставки.В бытовых системах горячего водоснабжения используются термостаты горячей воды, также называемые аквастатами, которые определяют, когда водонагреватель должен включиться, чтобы создать горячую воду для использования.

Автомобильные термостаты

В автомобильной промышленности термостаты играют важную роль и появляются в нескольких местах. Автомобильные термостаты контролируют температуру в салоне и используются для добавления тепла или активации системы кондиционирования воздуха для поддержания уровня комфорта в салоне. Термостаты систем охлаждения автомобилей и самолетов стремятся регулировать температуру охлаждающей жидкости в автомобиле или самолете, оставаясь закрытыми в условиях запуска холодного двигателя, а затем открываясь, чтобы позволить жидкости циркулировать к радиатору или теплообменнику при повышении температуры двигателя.Дополнительное управление термостатом используется в системе охлаждения для измерения температуры охлаждающей жидкости или двигателей, активируя электрические вентиляторы, чтобы втягивать дополнительный воздух через радиатор для охлаждения жидкости по мере необходимости.

Контрольные термостаты

Термостатический контроль также применяется к критическим компонентам системы. Масляные термостаты предназначены для контроля температуры смазочной жидкости в машинах и двигателях, чтобы гарантировать защиту двигателя. Вращающиеся валы, поддерживаемые подшипниками, могут использовать термостаты подшипников для контроля температуры подшипника, что может помочь предсказать наступление условий, требующих обслуживания.Термостаты дизельных двигателей предназначены для поддержания надлежащей температуры двигателя на больших транспортных средствах, таких как тягачи с прицепами, где потребность в охлаждении будет зависеть от рабочей нагрузки. В некоторых конструкциях используются два термостата, которые функционируют как клапаны с регулируемой температурой для регулирования количества охлаждающей жидкости, поступающей в радиатор автомобиля.

Термостаты используются в других учреждениях, например в лабораториях, для поддержания температуры процесса. Термостаты для опасных зон используются в приложениях, где может существовать риск присутствия взрывоопасной атмосферы.Существуют даже термостаты торговых автоматов, которые используются для контроля температуры внутри этих автоматов, чтобы сохранять напитки холодными или предотвращать таяние закусок, таких как шоколадные батончики.

Типы термостатов по конструкции / функциям

Существует несколько конструкций термостатов, в которых используются различные материалы и их свойства, чтобы определять изменения температуры и отправлять управляющие сигналы в другие системы.

Термостаты Mercurial

Один из старейших типов термостатов — ртутные термостаты.Эта конструкция использует тепловую катушку и ртутный переключатель, который управляется ручным диском или рычагом на термостате. Когда установка температуры повышается поворотом шкалы, действие приводит к закрытию ртутного переключателя и отправке сигнала системе обогрева на включение. Когда воздух начинает нагреваться, изменение температуры вызывает разматывание тепловой катушки, что размыкает ртутный переключатель и отключает систему обогрева.

Биметаллические термостаты

Еще одна испытанная конструкция термостата — биметаллический термостат.Биметаллическая полоса состоит из двух металлов, таких как латунь и железо, коэффициенты теплового расширения которых различны. Когда термостат настроен на нагрев, контур замыкается. При повышении температуры в помещении биметаллическая полоса изгибается и размыкает электрическую цепь, в результате чего система отопления отключается.

Электронные термостаты

В то время как ртутные и биметаллические термостаты являются электрическими термостатами и управляются вручную, большинство современных термостатов представляют собой электронные термостаты, в том числе программируемые цифровые термостаты.Преимущество этих устройств заключается в том, что они дают возможность устанавливать профили для отопления и охлаждения в соответствии с потребностями жителей здания. Эти термостаты предлагают отдельные настройки для разного времени дня и дней недели, так что вечером может быть прохладнее, когда люди спят, и тепло утром или днем, когда люди бодрствуют. Новейшие технологии для термостатов иногда называют интеллектуальными термостатами и используют беспроводную связь, что позволяет пользователям использовать мобильные телефоны и планшеты для изменения температурных условий по запросу.

Некоторые конструкции термостатов называются термостатами сетевого напряжения, что означает, что сам термостат переключает электрические сигналы на стандартном уровне рабочего напряжения (120 В / 240 В в жилых помещениях в США). Напротив, большинство термостатов переключают управляющий сигнал с более низким напряжением. , отправив его в цепь реле, предназначенную для переключения сетевого напряжения, например, для управления циркуляционными насосами в котлах.

Пневматические термостаты

Пневматические термостаты будут регулировать выходное давление воздуха в зависимости от температуры воздуха в помещении.Пневматические термостаты бывают двух типов — прямого действия (DA) и обратного действия (RA). Устройства прямого действия будут производить более высокое давление на выходе при повышении температуры в помещении; устройства обратного действия производят более низкое выходное давление при повышении температуры в помещении.

Погружные термостаты

В погружных термостатах

обычно используется погружной нагреватель / охладитель и насос для регулирования температуры ванны с жидкостью в лабораторных, медицинских или научных целях.

Дистанционные термостаты

Термостаты с выносной лампочкой и термостаты с дистанционным зондированием имеют термодатчик, расположенный на некотором расстоянии от блока управления термостатом, который в некоторых случаях отправляет показания по беспроводной сети.

Методы контроля температуры для производственных операций

Контроль температуры на производстве — важнейшая часть правильного формирования продукта. Если температура опускается выше или ниже идеального диапазона, необходимого для конкретной стадии производственного процесса, результаты могут быть вредными — неправильно приклеенные покрытия, ослабленный основной материал или общий скомпрометированный компонент — поэтому становится все более важным, чтобы производитель не только определять правильную температуру для каждого этапа, но также контролировать температуру внутри машины и получать соответствующую обратную связь.

Контроллеры температуры

в производственных операциях выполняют именно эту функцию: они обеспечивают правильную работу машины, измеряя температуру на разных этапах процесса и сравнивая данные с запрограммированными температурными характеристиками. В результате производители могут быстро и легко обнаруживать неисправности оборудования, связанные с температурой, и при необходимости устранять их.

Существует три основных типа регуляторов температуры, которые используются для контроля температуры во время производственных процессов: двухпозиционные, пропорциональные и ПИД-регуляторы.

Включение / выключение контроля температуры

Двухпозиционный терморегулятор является наименее дорогим из всех типов управления, а также самым простым с точки зрения принципа действия. Управление либо включено, либо выключено — если температура опускается ниже определенной точки, система управления подает сигнал машине, чтобы она включила повышение температуры. Аналогичным образом, если температура поднимается выше определенной точки, срабатывает управление, чтобы дать машине команду снизить температуру. Распространенным примером двухпозиционных систем является бытовой термостат.Когда температура падает ниже определенной точки, контроллер запускает нагреватель, чтобы поднять температуру до запрограммированного значения. С кондиционированием воздуха все работает по-другому: если температура поднимается выше определенной точки, контроллер включает кондиционер, понижая температуру до запрограммированной нормы.

Регуляторы включения / выключения

часто используются в процессах, где изменение температуры происходит очень медленно, и точный контроль температуры не требуется.

Пропорциональный контроль

В отличие от регуляторов включения / выключения, которые реагируют только при достижении установленного предела, пропорциональные регуляторы предназначены для реагирования на изменение температуры до того, как она выскользнет из желаемого диапазона.По сути, пропорциональные регуляторы увеличивают или уменьшают подачу питания по мере того, как температура достигает своего верхнего или нижнего предела или уставки, что замедляет или ускоряет нагреватель и помогает стабилизировать температуру.

Температурный диапазон, в котором пропорциональные регуляторы либо уменьшают, либо увеличивают подачу питания для медленного или скоростного нагрева, известен как «диапазон пропорциональности». Если температура достигает нижнего или верхнего заданного значения, регулятор затем функционирует как полный контроль включения / выключения — температура либо полностью включается для повышения температуры, либо полностью выключается, чтобы понизить температуру.Когда температура находится в пределах диапазона пропорциональности, а электропитание уменьшается или увеличивается, нагрев увеличивается или уменьшается в зависимости от того, насколько далеко температура от заданного значения.

ПИД-регулятор (пропорционально-интегрально-производная)

Этот регулятор сочетает в себе пропорциональное регулирование с интегральным и производным регулированием (ПИД). Система PID, работающая в пределах диапазона пропорциональности так же, как и пропорциональное управление, имеет две дополнительные функции, которые улучшают общее регулирование температуры.Пропорциональная функция позволяет контроллеру реагировать на текущие обстоятельства и соответствующим образом настраиваться. Интегральное значение учитывает сумму недавних событий (другими словами, прошлые ритмы пропорционального управления), а производное значение определяет соответствующую реакцию на основе скорости изменения прошлых ритмов. Вместе эти три используют текущие данные, прошлые данные и скорость, с которой данные меняются, чтобы установить алгоритм контроля температуры для конкретного случая. Компенсация температурной погрешности между параметром процесса и уставкой позволяет поддерживать стабильную температуру.

Соображения

При принятии решения о том, какой вид управления лучше всего подходит для конкретного процесса, следует помнить о нескольких моментах. Во-первых, рассмотрите тип входного датчика (термопара или RTD) и температурный диапазон, который требуется для процесса. Во-вторых, рассмотрите форму, в которой должен быть представлен выход: электромеханическое реле, SSR или аналоговый выход. В-третьих, определитесь, какой алгоритм регулирования температуры нужен (вкл / выкл, пропорциональный, PID). Наконец, рассмотрите количество и тип выходов, необходимых для приложения, таких как нагрев, охлаждение, сигнализация и ограничение.Как только эти факторы будут определены, будет намного проще определить, какой тип регулятора температуры подходит для конкретного применения.

Резюме

В этой статье представлен краткий обзор распространенных типов термостатов с разбивкой по применению и дизайну / функциям. Кроме того, был представлен обзор регулирования температуры в производственных процессах. Для получения информации по дополнительным темам обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:
  1. http://asecertificationtraining.com/diesel-engine-thermostats/
  2. https://www.
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *