Термостаты

ТермостатТЕРМОСТАТЫ, аппараты и приборы, при помощи которых можно поддерживать постоянство температуры или автоматически изменять ее по заранее заданному закону. В зависимости от источника тепла различают два основных вида автоматических регуляторов температуры: регуляторы температуры для газового отопления и регуляторы электрические. К первой группе относятся регуляторы ртутные, воздушные, с кипящей жидкостью и металлические.

Ртутный регулятор (фиг. 1) состоит из трубки, разделенной на две полости А и В, сообщающиеся между собою узким каналом а. Газовое топливо предварительно поступает по трубке b в полость А регулятора и из нее через патрубок с по шлангу подается к газовым горелкам. Полость В заполнена ртутью. При повышении температуры ртуть расширяется и переливается по каналу а в полость А и, дойдя до определенного уровня, закроет нижний конец трубки b и прекратит доступ газа к горелкам. Для того чтобы и при закрытии конца трубки b горелки не погасли совсем, служит, небольшое отверстие d, через которое совсем небольшое количество газа будет все-таки поступать в полость А регулятора, а, следовательно, и к горелкам. В зависимости от того, какую температуру желательно поддерживать постоянной, изменяют глубину погружения трубки b в полость А. Для более тонкой регулировки служит винт е, при помощи которого можно изменять объем канала а и тем самым изменять высоту уровня ртути в полости А.

Ртутный регулятор

Регулятор температуры Бора (фиг. 2) аналогичен по принципу действия, но в этом регуляторе взамен ртути полость В заполнена воздухом. Трубка регулятора имеет два колена: широкое колено С наполнено ртутью, которая разделяет регулятор на две полости А и В.

Регулятор температуры Бора

При повышении температуры воздух, находящийся в полости В, расширяется и, оказывая давление на ртуть в колене С, изменяет ее уровень, вследствие чего нижний конец трубки b закрывается ртутью. Чем ниже опущена трубка b в полость А, тем при более низкой температуре произойдет прекращение доступа газа к горелкам. Краник е, при помощи которого часть воздуха при его нагревании м. б. выпущена, служит для более тонкой регулировки температуры.

Конструктивное выполнение регулятора с кипящей жидкостью

Конструктивное выполнение регулятора с кипящей жидкостью дано на фиг. 3. В этом регуляторе полость В заполнена до уровня nn ртутью, а поверх ртути находится жидкость, температура кипения которой соответствует той температуре, которую хотят поддерживать постоянной, т.е. выбор жидкости обусловливается температурой, при которой регулятор должен действовать. Для температуры 20—24°С берут хлористый этилен, для температуры 30—40°С - эфир, для температуры 40—60°С - смесь алкоголя с эфиром, 60—75°С - алкоголь, 75—90°С - смесь алкоголя и воды, 90—100°С - воду, 120—150°С - смесь воды с анилином или чистый анилин. Пары жидкости при определенной температуре будут оказывать на ртуть давление и ртуть по спиральной трубке перельется в полость А регулятора и в зависимости от положения вставленной трубки b закроет доступ газа при той или иной температуре.

Термостат - регулятор температуры

Для установки глубины опускания трубки b служит винт е (фиг. 4) и шкала, нанесенная непосредственно на самой трубке. Для изменения минимального количества газа, необходимого для того, чтобы поддержать горение при выключенном главном газопроводе, т. е. для регулирования количества газа, протекающего через отверстие d, трубку b снабжают двумя каналами: по одному (главному) подается газ к нижнему отверстию трубки, перекрываемому ртутью, а по второму каналу (вспомогательному), регулируемому краном f, подается газ к отверстию d.

На фиг. 5 дан общий вид термостата, выполненного в виде шкапа с водяной рубашкой, с газовыми горелками а, контрольным термометром b и регулятором с.

Термостат - регулятор температуры

Термостат с газовым отоплением и с металлическим регулятором изображен на фиг. 6. Подковообразный стержень А регулятора, выполненный из двух слоев разных металлов (например, цинк и железо), имеющих разные коэффициенты термического расширения, находится внутри помещения, в котором требуется поддерживать постоянную температуру.

Металл, имеющий больший коэффициент температурного расширения, расположен по внешней стороне подковы, так что при нагревании концы подковы а и b будут приближаться друг к другу.

Конструкция термостата

Конец а подковы (фиг. 7) жестко соединен со стенкой прибора, а конец b связан с регулировочным винтом с. При понижении температуры конец b подковы переместится направо и винт с переместит стержень d также направо, благодаря чему откроется связанный с ним клапан е, и газ из газопровода через патрубок f, пройдя в камеру В, через открытый клапан е, трубку h и патрубок g поступит к горелкам. Когда температура повысится, конец b подковы А переместится налево, освободит стержень d, который под действием пружины к переместится также налево и закроет клапан е, благодаря чему доступ газа к горелкам прекратится. Для того чтобы горелки не потухли и при закрытом клапане е, служит небольшое отверстие i, сделанное в трубке h. Металлический регулятор описанной системы может с удобством быть применен и при электрическом отоплении; в этом случае винт с при перемещении конца b подковы замыкает или размыкает контакты и тем самым включает в цепь или выключает дополнительное сопротивление электронагревательного прибора. Все вышеописанные регуляторы пригодны для регулировки относительно невысоких температур и находят применение главным образом для лабораторных работ.

Конструктивная схема термостата для автомобильного двигателя

Термостаты применяют также для поддержания постоянства температуры воды, охлаждающей, например, цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Конструктивная схема термостата для автомобильного двигателя дана на фиг. 8. Термостат состоит из гофрированной тонкой медной цилиндрической трубки, герметически закрытой и частично наполненной эфиром. С цилиндром а связан двойной уравновешенный клапан b. Вода из радиатора поступает через отверстие с в камеру d термостата, выходит из нее через клапан b и с помощью крыльчатого насоса e поступает в рубашки цилиндра. Из камеры термостата к рубашке карбюратора ведет проход f, который всегда находится в сообщении с насосом. Пока вода в рубашке двигателя холодная, клапан термостата закрыт, и поэтому нет циркуляции воды кроме как через рубашку карбюратора. Как только вода в рубашке двигателя нагреется и дойдет до термостата, цилиндр а расширится, клапан b откроется и охлаждающая двигатель вода будет циркулировать через насос, радиатор и рубашку двигателя. В последнее время термостаты стали устанавливать у выпускного отверстия рубашки двигателя, а не на линии впуска воды; конструкция его (фиг. 9) по существу та же.

Термостат

В виду того что при такой установке горячая вода из рубашки непосредственно поднимается к термостату, последний работает более чувствительно. Кроме воздействия на циркуляцию охлаждающей воды в некоторых конструкциях автомобилей термостат действует на жалюзи, которые при понижении температуры воды закрывают проходы для воздуха в радиаторе и тем самым уменьшают охлаждающее действие радиатора. При наличии термостата температура охлаждающей воды поддерживается постоянной - около 70°С.

Для тех случаев, когда требуется поддерживать высокую температуру в определенных интервалах, например, при процессах термической обработки металлов, пользуются пирометрами с термоэлементами и связанными с ними электрорегуляторами, воздействующими на источник тепла.

Пирометр с термоэлементом и связанные с ними электрорегуляторы, воздействующие на источник тепла

На фиг. 10 дана схема такого регулятора. Прибор имеет два контакта: максимальный а и минимальный b, связанные с приспособлением для регулировки поступления горючего. Эти контакты м. б. установлены для желательного температурного интервала. Замыкание контактов осуществляется скобой с, периодически опускающейся от часового привода на эластичный указатель d температуры, который перемещается под действием тока от пирометра, пропускаемого через обмотку е, помещенную в магнитном поле; если в момент опускания скобы указатель d будет стоять над контактом, то произойдет замыкание; в противном случае замыкания происходить не будет. Контакты связаны с небольшими моторчиками, приводящими в движение запорные вентили топливопроводов. При электрических печах контакты регулятора включают или выключают сопротивление току.

Регулирование температуры по заранее заданному закону

Кроме регулирования температуры между определенными границами большое значение имеет при многих процессах регулирование температуры по заранее заданному закону, т. е. достижение точного изменения температуры по времени. Для этого устанавливают график температуры (фиг. 11а). Обмотка в регуляторе находится под током суммарного напряжения, напряжения от тока термоэлемента пирометра и напряжения от второго источника с переменным сопротивлением (программный ток) из такого расчета, чтобы сумма напряжений тока оставалась постоянной и регулировалась бы в определенных пределах, как указано выше, замыканием контактов при помощи опускаемой скобы с. Если напряжение программного тока будет небольшим, соответственно большим д. б. напряжение тока от пирометра, и, следовательно, тем выше д. б. регулируемая температура, например, в печи. Зависимость напряжения программного тока от времени вычерчивают в виде диаграммы в полярных координатах (фиг. 11б), причем углы соответствуют времени, а радиусы - температурам. Эту диаграмму вырезают в виде шаблона и вращают его с помощью часового механизма.

Часовой механизм для вращения диаграммы

При вращении шаблона а (фиг. 12) с постоянной угловой скоростью w опирающийся на него рычаг b будет подниматься или опускаться и с помощью зубчатого сектора е будет вращать кольцеобразную трубку d', внутри которой помещено сопротивление в виде спирально завитой проволоки е. При повороте трубки d' находящаяся в ней ртуть будет перемещаться и изменять свободную длину спирали сопротивления и тем самым будет изменять напряжение проходящего через цепь регулятора тока и соответственно менять положение указателя d (фиг. 10) и замыкать максимальный или минимальный контакт.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 23 - 1934 г.