Термостат (от греч. therme - тепло, жар; statos - стоящий, неподвижный), прибор для поддержания заданной температуры. Существуют две основные группы :
- законченное устройство, например лабораторный термостат для культивирования микроорганизмов;
- датчик, который при достижении некоторой установленной температуры включает или отключает исполнительный механизм.
Также изделия подразделяются на два вида:
- механические. В них используются механические (физические) свойства материалов, например, изменение геометрии материала или его объема. Особенность таких изделий заключается в том, что они не имеют собственного электропотребления;
- электронные. В этих приборах используется термодатчик, показания с которого считываются электронной схемой .
Ртутные термостаты
Являются одними из самых первых типов устройства и сейчас не используются (ввиду токсичности ртути).
Существуют два принципа работы изделия:
- ртуть, поднявшись до назначенной высоты в термометрическом сосуде, замыкает электрические контакты или воздействует на некоторое устройство. Точность такого термостата достигала 0,01°С, поэтому он применялся в основном в промышленных условиях,
- ртутный датчик закрепленный на биметаллическом элементе, который при изменении температуры изменяет свою положение или конфигурацию и приводит в действие ртутный механизм. Точность зависит от точности биметаллического элемента и достигала 0,5°С. Прибор применялся как в промышленных, так и в домашних условиях.
На рисунке показано устройство ртутного термостата. Колба с ртутью присоединена к биметаллическому элементу, реагирующему на температуру и наклоняющему колбу в ту или другую сторону. Когда колба наклоняется в одну сторону, происходит замыкание контактов, в другую сторону – контакты размыкаются.
Биметаллические термостаты механического действия
Биметаллический элемент (диск, катушка, лента), в силу присущих ему свойств, при достижении температуры срабатывания резко изгибается, приводя в действие исполнительный механизм – электроконтакты или клапан. В исходное состояние прибор возвращается либо автоматически (обычно применяют в системах защиты систем от перегрева или переохлаждения), либо при воздействии на биметаллический элемент (при помощи ручки можно устанавливать желаемый уровень температуры). Применяется в недорогих системах контроля температуры – домашние нагреватели, тепловые завесы и т.п.). Точность очень сильно зависит от качества используемого биметалла, и обычно находится в диапазоне 0,5–4°С.
Восковые термостаты
Обычно применяются в системе охлаждения автомобильных двигателей. Регулируя поток охлаждающей жидкости и смешивая жидкость разных температур (циркулирующую по большому и малому контурам) прибор позволяет поддерживать оптимальный уровень температуры (в зависимости от марки автомобиля) в пределах 70-95°С. В герметичной камере, в которой находится восковая пластина, расположено специальное устройство, в случае увеличения рабочей температуры, открывающее клапан.
Капиллярные термостаты
Используют в системах отопления, газовых печах, бойлерах, системах защиты от перегрева. По способу исполнения различают настроенные на заданную температуру и регулируемые термостаты. Устройство состоит из колбы, наполненной газом или жидкостью, соединенной с управляющим элементом при помощи тонкой трубки — капилляра. Конец трубки помещен в корпус термостата и соединен с диафрагмой. При нагреве газ (жидкость) расширяется и давит на диафрагму, которая приводит в действие исполнительный механизм – электрические контакты или клапан, регулирующий поток теплоносителя.
Электронные термостаты
Существуют два технических решения подобных термостатов:
- используются механические термостаты, «показания» с которых снимаются с помощью электронного исполнительного устройства. Точность измерения таких изделий обычно не очень высока;
- используются электронные измерительные устройства – термопары, резисторные датчики, p-n переходы полупроводниковых приборов, инфракрасные датчики.
Поступающая информация с измерительных устройств подается на электронную схему, которая подает команду(ы) на исполнительное устройство. Такие электронные термостаты являются более точными приборами. Существует их большое разнообразие – с индикаторами температуры, программируемые, регулируемые и т.д. Область применения – системы кондиционирования, системы «теплый пол», домашние электронагреватели с цифровым отображением информации, электропечи и т.д.
Жидкостные термостаты
Представляют собой достаточно сложное устройство, предназначенное для регулирования от -120°С до 400°С (в зависимости от модели) и точного поддержания (до 0.01К) температуры в лабораторных условиях. Общий принцип действия термостата основан на поддержании заданной температуры путем нагревания и охлаждения жидкого теплоносителя, циркулирующего в рабочей ванне. Подогрев теплоносителя и поддержание заданной температуры осуществляется с помощью нагревателя и датчика температуры, расположенных в резервуаре, и электронного регулятора, охлаждение – путем теплообмена с окружающей средой, а при температурах близких к окружающей - дополнительно с помощью теплообменника.
Суховоздушные термостаты
Предназначены для регулирования и точного поддержания температуры в лабораторных (например, инкубаторы) и/или промышленных условиях. Общий принцип действия изделия основан на поддержании заданной температуры путем нагревания и охлаждения газа-теплоносителя (в частности воздуха), циркулирующего в рабочей камере.
