Термоста́т — прибор для поддержания постоянной температуры. Поддержание температуры обеспечивается либо за счёт использования терморегуляторов, либо осуществлением фазового перехода (например, таяние льда). Для уменьшения потерь тепла или холода термостаты, как правило, теплоизолируют, но не всегда. Широко известны автомобильные моторы, где летом нет никакой теплоизоляции и за счёт действия восковых термостатов поддерживается постоянная температура. Другим примером термостата является холодильник.
В термодинамике термостатом часто называют систему, обладающую столь большой теплоёмкостью, что подводимое к ней тепло не меняет её температуру.
Содержание
Классификация [ править | править код ]
Термостаты можно классифицировать по диапазону рабочих температур:
- Термостаты высоких температур (300—1200 °C);
- Термостаты средних температур (60—500 °C);
- Термостаты низких температур (менее −60 °C (200 К)) — криостаты.
Термостаты можно классифицировать по рабочему телу (теплоносителю):
- Воздушные;
- Жидкостные;
- Твердотельные (как правило, используются элементы Пельтье и воск).
Термостаты можно классифицировать по точности поддержания температуры:
- 5—10 градусов и хуже, как правило, достигается без перемешивания, за счёт естественной конвекции;
- 1—2 градуса (хорошая тепловая стабильность для воздушных, очень посредственная для жидкостных), как правило, с перемешиванием;
- 0,1 градуса (очень хорошая тепловая стабильность для воздушных [1] , на уровне лучших образцов, средняя для жидкостных);
- 0,01 градуса (как правило, достигается в жидкостных термостатах специальной конструкции [2] ), практически невозможно получить в воздушном термостате с вентилятором.
Термостаты можно классифицировать по области и способу применения:
- Промышленные термостаты;
- накладные термостаты;
- погружные термостаты;
Принцип работы [ править | править код ]
Можно выделить два основных способа работы термостатов:
- В термостате поддерживается постоянной температура теплоносителя, заполняющего термостат. Исследуемое тело при этом находится в контакте с теплоносителем и имеет его температуру. В качестве теплоносителя обычно используют воздух, спирт (от −110 до 60 °C), воду (10—95 °C), масло (−10 — +300 °C) и др.
- Исследуемое тело поддерживается при постоянной температуре в адиабатических условиях (теплоноситель отсутствует). Подвод или отвод теплоты осуществляется специальным тепловым ключом (в термостатах низких температур) или же используются электропечи с терморегулятором и массивным металлическим блоком, в который помещается исследуемое тело (в термостатах высоких температур).
Многим водителям и людям, очень далеким от устройства двигателя внутреннего сгорания (ДВС), наверняка, знакома картина, ярко растиражированная кинорежиссерами, когда из-под капота автомобиля поднимаются густые клубы пара, а главный герой с задумчивым лицом всем своим видом изображает немую сцену — “приехали”. Виновником этого значимого события зачастую бывает незаметная, но очень важная деталь системы охлаждения – термостат.
Примерно так выглядят все автомобильные термостаты
Именно термостат должен автоматически перенаправлять потоки охлаждающей жидкости при разной температуре нагрева двигателя по так называемым контурам системы охлаждения: большому – через радиатор, и малому – минуя его. Если двигатель перегрелся, то термостат отправляет охлаждающую жидкость к радиатору по большому контуру. В радиаторе излишнее тепло отводится.
Если двигатель холодный, то термостат прогоняет охлаждающую жидкость по малому контуру, что позволяет двигателю быстрее нагреться. В холодное время года неправильно работающий термостат полностью парализует работу печки, и салон автомобиля обогреть невозможно. Термостат есть у большинства автомобильных двигателей, использующих жидкостную систему охлаждения закрытого типа с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости, и его устройство принципиально ничем не отличается ни у русских, ни у европейских или японских автомобилей.
Принцип работы термостата
Основным узлом термостата является механический клапан: он приводится в действие довольно простым и точным механизмом. В герметичном корпусе находится термочувствительный искусственный воск, который при расплавлении увеличивается в объеме и сжимает резиновую камеру, выталкивающую металлический хромированный шток, который и приводит в действие клапаны. В этом и заключается принцип работы термостата.
Так работает термостат
При нарушении целостности данного механизма воск вытекает вследствие использования некачественного антифриза (тосола) или коррозии и увеличивается сила трения подвижного штока. Термостат начинает функционировать неправильно, постепенно и неумолимо превращая жизнь водителя в ад.
Устройство термостата
Термостат представляет собой клапан, иногда помещенный в корпус, регулирующий поток охлаждающей жидкости в двигателе вашего автомобиля. По конструктивным особенностям устройство термостатов бывает корпусным и бескорпусным.
Корпусный термостат с двумя выводами
1.Корпусный термостат
Как видно на рисунке, одним из видов термостатов является устройство, заключенное в корпус и, как правило, имеющее не менее двух выводов. Исключением являются устройства с корпусным устройством, которые образуют сложные 2-хуровневые контуры. Корпусы термостатов изготавливают из пластика, латуни или алюминия.
Два вывода, находящихся рядом, обычно называют «малым контуром». Он не дает охлаждающей жидкости поступать в радиатор, позволяя циркулировать внутри мотора и радиатора печки. Это делает возможным быстрый прогрев двигателя до нужной (рабочей) температуры – точки, при которой термостат открывается полностью. На автомобилях отечественного производства довольно часто встречается температура полного открытия термостата 80-85 градусов. Как правило, у корпусных термостатов ручная регулировка температуры открытия-закрытия невозможна, но в профессиональных автомастерских могут оказать такую услугу.
2.Бескорпусный термостат
А так выглядит бескорпусный термостат
Бескорпусный термостат устанавливается непосредственно в блоки двигателей, в специально предусмотренные для этого места. Этим он отличается от корпусного устройства. Цифровая маркировка, выбитая на термостате, означает температуру его полного открытия.
В последнее время для одной и той же марки авто выпускаются летние и зимние разновидности термостатов. В зимних вариантах открытие устройства происходит при более высоких температурах, позволяя мотору лучше прогреваться и работать в повышенном диапазоне температур. Смысл нововведения состоит в следующем: на старых авто печка и радиатор засорены, и более высокая температура двигателя в холодный период и более низкая – в летнее время позволят автомобилю «вписаться» в допустимые рамки теплоотдачи, а исправному автомобилю совершенно не нужна эта подмена с разными температурами.
Ещё кое-что полезное для Вас:
Как проверить
Не снимая термостат с автомобиля, проверить его работу можно приблизительно условно. Исключения составляют случаи, когда он заклинил в полностью открытом или закрытом положении. В таком случае по температуре патрубков, времени прогрева и датчику температуры можно сделать вывод о возможной неисправности термостата.
В горячей воде термостат должен открыться
Можно проверить термостат и своими силами, сняв его с автомобиля. Для этого его или поливают кипятком, визуально наблюдая открытие, или греют в емкости с водой на электроплитке, контролируют температуру градусником и замеряют длину выдвижения штока. Оба эти метода дают весьма неточный результат, не позволяя отобразить петлю гистерезиса работы термостата и сравнить ее с образцовой, полученной в лаборатории завода-изготовителя.
Профессионально проверить термостат можно только в специализированных точках диагностирования, так как неправильная его работа бывает связана с другими неполадками двигателя, которые нужно уметь различать. Если у вас нет нареканий на работу двигателя, который зимой «удерживает» стрелку термометра в нормальной зоне, а летом не перегревается, то с вашим термостатом все в порядке. Точная диагностика работы прибора подразумевает участие опытного специалиста и специального оборудования.
Видео: Термостат- проверка и принцип работы.
Признаки неисправности прибора
Явными признаками неисправности термостата являются:
- долгий прогрев двигателя до рабочей температуры, а также быстрый его перегрев;
- стрелка температуры двигателя падает на скорости ниже обычного и подымается при остановке автомобиля;
- нижний патрубок теплый при нескольких минутах прогрева двигателя: это означает, что термостат все время открыт;
- термостат заклинил в закрытом положении, двигатель кипит, а нижний патрубок остается холодным даже при прогретом моторе
Термостаты служат для поддержания конкретного значения температуры в каком-либо оборудовании или помещении. Применяется в разных областях жизни и деятельности человека. Имеется различная классификация термостатов в зависимости от способов действия.
Термостат также служит для управления функционированием котлов, кондиционеров и других систем. Термостат подает сигналы на переключение отопительных устройств в зависимости от изменения температуры объекта. Если датчик температуры зафиксировал ее снижение до недопустимого уровня, то подается сигнал на подключение горелки для разогрева теплообменника. Чтобы вентилятор не гнал холодный воздух в помещение, его включают не сразу, а через некоторое время, после прогрева воздуха.
Типы термостатов
Устройства разделяют по следующим дифференцированным признакам:
- Интервал температур.
- Вид носителя тепла.
- Точность поддержания температуры.
- Сфера применения.
Определены несколько интервалов температур. Наиболее низкие температуры определяются устройствами под названием криостаты. Они поддерживают температуру менее -600 градусов, действуют с посторонними носителями холода. Для среднего диапазона существуют терморегуляторы с большим разбросом значений от -600 до 5000.
Носителем тепла служат жидкости или воздух, не так часто твердые вещества. Точность режима температуры зависит от назначения и конструкции термостата. Максимально точными приборами для жидкостей или воздуха являются терморегуляторы с отклонениями не более 10%.
Применение
Сфера использования термостатов достаточно широка. Ранее, такие устройства были востребованы только для научных химических или физических исследований.
В современный период они широко используются в инновационном оборудовании:
- В смесительных камерах . Они встраиваются в смеситель воды, поддерживают определенный диапазон температуры.
- В качестве вспомогательного оборудования к газовому котлу . Термостат для комнаты применяется для автокоррекции отопления газовыми котлами. Отопительный котел включается в работу при температуре ниже предельного значения температуры воздуха. Сигнал на запуск отопления подает термостат. Без его наличия котел будет ориентироваться на тепло воды. Это не дает правильного результата, возможно переохлаждение или перегрев комнат.
- Для регулирования температуры пола, имеющего встроенный подогрев . Это прибор с механическим или электронным устройством. Он подключает подогревающую систему при снижении температуры до определенного минимума. Электроника отключит оборудование нагрева при достижении необходимого тепла. Терморегуляторы бывают накладными, а также встраиваемыми.
- В системе охлаждения автомобиля применяются автомобильные типы термостатов . Они регулируют температуру двигателя в заданных пределах, оказывают помощь в поддержании рабочего режима. Этим продлевается срок работы мотора, снижается число поломок.
Новые термостаты с компьютерным управлением
Термостат, осуществляющий регулировку кондиционера, выдает сигнал на его включение, если датчик зарегистрировал увеличение температуры больше определенного значения. При нормализации температуры в помещении кондиционер отключается от поступившей команды термостата с помощью компьютера.
Новые устройства уже оснащены датчиками, изготовленными по высоким технологиям. Для примера, существуют термостаты, в которые установлены сим-карты для управления котлом отопления. По установленному приложению со смартфона можно осуществлять управление температурой в помещении, управляя работой котла, получать на смартфон при необходимости оповещения о температуре.
Принцип действия термостатов
Многие термостаты действуют от низковольтного питания на 24 вольта. Термостат монтируют в местах помещений, где нет влияния других факторов, мешающих нормальному температурному режиму в доме. К таким вредным факторам можно причислить солнечный свет, лампы освещения, батареи центрального отопления.
Автомат подключения
На коробе притока воздуха отопительной печи располагают устройства, которые называются автоматами включения. Они служат для подключения вентиляции подачи теплого воздуха по каналам в помещение дома. Эти автоматические приборы фиксируют температуру в корпусе печи, и при повышении ее до определенного значения сигнализируют о включении вентилятора.
Как всем известно, при оптимизации температурного режима в помещении термостат выключает работу печи, но включающий автомат сразу не выключает вентилятор теплого воздуха, так как в печи еще есть тепло, и температура не упала ниже предельного значения.
Это дает возможность использовать в полной мере тепло печи для нагрева воздуха в доме. Нельзя устанавливать на автомате включения повышенное значение температуры. Это приводит к частым срабатываниям вентиляторной установки. Короткие интервалы времени отрицательно сказываются на действии вентилятора. Это образует частые перепады температуры в помещении, приводящие к дискомфортному состоянию жильцов дома.
Что делать, если неисправен тепловентилятор
Может возникнуть ситуация, когда вентилятор сломался неожиданно, а нагревающее устройство (горелка) дальше греет печь. При достижении критического значения уровня температуры могут наступить нежелательные последствия для системы отопления, а также для сохранности вещей и предметов (пожару).
Для таких ситуаций устанавливают автоматическую защиту от чрезмерного нагрева печи. При перегреве в топочном отсеке печи, например, при 95 градусах, защитный автомат подает сигнал, отключающий нагревающее устройство, в данном случае горелку.
Задержка выключения
Во избежание перегрева воздуха в помещении многие термостаты снабжены устройствами, задерживающими момент отключения. Такие приборы встраивают в термостаты в виде маленького подогревателя. Он начинает действовать при включении печи термостатом.
Термостаты для теплого пола на батарейках, настенный.
Нагреватель служит для размыкания клеммы до времени подхода теплых воздушных масс до термостатного датчика. В итоге, система нагревания печи отключается, а вентилятор продолжает работать, нагнетая теплый воздух в помещение.
Прибор для задержки нуждается в регулировке, чтобы действие отопления было сбалансированным, могло осуществлять поддержку температуры в постоянных пределах без больших перепадов. При частых переключениях системы, регулятор необходимо настроить на показатели выше.
Если временные промежутки получаются слишком длинные, то регулятор настраивают на более низкие значения. При нахождении оптимального режима, дайте поработать системе отопления хотя бы один день для удержания постоянной температуры в помещении.
Современные виды термостатов
В настоящее время имеется множество различных видов термостатов.
Со спиралью из биметаллических элементов
Самые дешевые термостаты оснащены только биметаллическими спиралями, служащими для коммутации контактов. При нагревании воздуха до определенного значения, спираль расширяется, размыкаются контакты, и печь отключается. При остывании печи спираль сжимается и соединяет контакты между собой.
Такой тип термостата действует вместе с мазутными или газовыми котлами, расходует низковольтное напряжение. Внимания заслуживает тот факт, что горелка отключается раньше момента достижения нужной температуры.
1 — Установочный рычаг.
2 — Корпус.
3 — Установочная шкала.
4 — Температура в комнате.
5 — Коммутирующий рычаг.
6 — Плато установки.
Внутренние полости термостата
1 — Управляющий рычаг со спиралью.
2 — Переключатель.
3 — Контакты.
4 — Регулятор тока.
5 — Установочные отверстия.
6 — Спираль.
7 — Рычаг включения.
8 — Проволока для задержки.
Термостаты с ртутным выключателем
Есть приборы с выключателем на основе ртути, выполненные в стеклянной трубке со ртутью. Один край трубки находится с включающим контактом котла. При охлаждении спирали она сжимается, трубка наклоняется, и ртуть начинает перетекать на край трубки, замыкая контакт и подключая котел. При отходе ртути на другой край клеммы размыкаются, котел выключается. Такие применяются совместно с кондиционером и печью.
1 — Установочный рычаг.
2 — Термометр.
3 — Переключающий рычаг.
4 — Рычаг вентилятора.
5 — Автоматический режим.
1 — Ртуть перетекает, цепь замыкается, включается печь.
2 — Ртуть расположена в трубке.
3 — Спираль сжимается, трубка наклоняется, ртуть перекатывается в трубке.
4 — Биметаллическая спираль.
5 — Кабели на 24 В.
Замена термостата
Перед заменой термостата нужно ознакомиться с инструкцией на устройство. В ней находится информация по демонтажу термостата и установке нового. Общие правила замены мы рассмотрим. Перед обслуживанием отключают сеть питания. Для доступа к электропроводке устройства необходимо демонтировать лицевую часть и непосредственно термостат. 
Провода соединены по каждому контакту на плате. Контакты отмечены буквами. Порядок подключения должен быть дан в инструкции. Перед отключением проводов необходимо сделать на них метки. 
Затем снимается старая плата. Отверстие в стене с выходящими проводами должно быть герметично закрыто, во избежание попадания воздуха к термостату. Из-за этого могут возникнуть погрешности в работе.
Прикладываем новую плату на стену, протягиваем проводку. Для фиксации шурупами, предварительно сверлим отверстия. Новую плату нужно установить ровно. Соединяем провода с контактами платы.
После окончания работы с проводкой нужно установить приборную часть термостата. Далее, монтировать крышку на зажимы. Проверяем работу.