Termoprzekaźnik ze zdalnym czujnikiem temperatury to urządzenie służące do utrzymywania temperatury w określonych granicach. Jest niezastąpiony w systemach grzewczych, mikroklimatach i szklarniach. Podobne urządzenia różnią się charakterystyką, ceną i niezawodnością. Właściwego wyboru możesz dokonać po otrzymaniu ogólnych informacji.
Do czego służy przekaźnik termiczny
Urządzenia tego typu należą do klasy termostatów. Na przykład uważa się to za przekaźnik termiczny ze zdalnym czujnikiem temperatury. Oznacza to, że przekaźnik utrzymuje temperaturę w określonych granicach. Gdy temperatura przekroczy te granice, przekaźnik załącza urządzenie grzewcze: kocioł, ciepłą podłogę, grzejnik lub osobny grzejnik. Przełączanie odbywa się w taki sposób, że temperatura powraca do określonych granic.
W najprostszym przypadku termostat załącza grzejnik, gdy temperatura spadnie poniżej wymaganego poziomu i wyłącza go, gdy temperatura wzrośnie powyżej wymaganego poziomu. Wyrafinowane termostaty mogą włączać i wyłączać kilka sekcji grzejników lub płynnie regulować moc.
Termoprzekaźniki składają się z dwóch obowiązkowych części: czujnika temperatury i elementu wykonawczego — jest to część zamykająca styki w obwodzie mocy. Części te są łączone w jednym urządzeniu lub połączone kablem. W każdym z tych przypadków przekaźnik działa poprawnie tylko wtedy, gdy czujnik znajduje się w miejscu, w którym musi być zachowana określona temperatura.
Oprócz styków czujnika i wyjścia przekaźniki termiczne często zawierają również urządzenie do ustawiania żądanej temperatury. W starych urządzeniach takie urządzenie wyglądało jak pokrętło lub tarcza ze skalą nałożoną wzdłuż promienia. Nowe, nowoczesne urządzenia, w większości cyfrowe, posiadające kilka klawiszy i wyświetlacz. Jednak w niektórych modelach temperaturę ustawia się jak dotychczas, za pomocą pokrętła, co preferują konsumenci, głównie starsze osoby o utrwalonych przyzwyczajeniach. Wybór na rynku jest wystarczający.
Główne parametry termoprzekaźnika
Takich parametrów jest kilka. Oto najważniejsze z nich:
- Zakres temperatury pracy;
- dokładność ustawienia zadanej temperatury;
- histereza;
- moc obciążenia.
Ustawiony zakres temperatur jest koniecznie uwzględniony w zakresie temperatur roboczych z nadmiernym nakładaniem się, co zapewnia niezawodność działania urządzenia.
Histereza to zakres temperatur stanu ustalonego przekaźnika, gdy przekaźnik obsługuje obciążenie w stanie włączenia. Podana temperatura może zajmować dowolną wartość w tym przedziale, ale należy całkowicie do tego przedziału. Histereza nie jest złą cechą przekaźnika, często jest znormalizowana, a nawet osobno regulowana i pomaga uniknąć zbyt częstego przełączania w obwodzie grzejnika, co skraca żywotność żaluzji.
W urządzeniach gospodarstwa domowego położenie zadanej temperatury określa się jako „plus-minus”. Łatwiej więc wskazać użytkownikowi. Na przykład temperatura pokojowa jest wygodna dla osoby w granicach 18-20 stopni Celsjusza. Jeżeli histereza regulatora wynosi 1 stopień, wówczas ustawiona temperatura w tym przypadku wyniesie 19 stopni. Jeśli dokładność termoprzekaźnika wynosi 0,5 stopnia, wówczas temperatura będzie utrzymywana w granicach 17,5 … 20,5 stopnia. Dokładniej, przekaźnik termiczny będzie działał, a rzeczywista temperatura będzie określona przez moc grzejnika, prędkość rzeczywistej cyrkulacji ciepła w pomieszczeniu i właściwości akumulacyjne wszystkich zaangażowanych elementów, które współpracują z tym przekaźnikiem.
Moc obciążenia wyrażana jest poprzez prąd, który przekaźnik jest w stanie przełączyć. Wiadomo, że elektryczne urządzenia grzewcze zużywają najwięcej prądu spośród innych odbiorców energii. Zatem takie grzejniki potrzebują wystarczającego prądu, a przekaźnik musi dostarczać ten prąd swoimi stykami bez przegrzania lub uszkodzenia fizycznego. Jeżeli obciążenie prądowe jest zbyt duże dla styków przekaźnika, stosuje się przekaźnik pośredni: rozrusznik magnetyczny lub elektroniczny wyłącznik zasilania.
Rodzaje przekaźników termicznych i ich budowa
Stosowane są następujące typy przekaźników termicznych ze zdalnym czujnikiem temperatury, które różnią się między sobą zasadą działania:
- Przekaźnik z płytką bimetaliczną.
- Przekaźnik z oporem termicznym.
- Przekaźnik z termoparą.
- Przekaźnik z czujnikiem cyfrowym.
Płyta bimetaliczna C
Przekaźniki te były jednymi z pierwszych w użyciu i były najlepsze w swoich czasach. W przekaźniku z płytką bimetaliczną czujnik temperatury i styki obwodu zewnętrznego znajdują się obok siebie. Jako część główną zastosowano płytę bimetaliczną. Wykonany jest z dwóch metali o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej. Po podgrzaniu metal o dużym współczynniku rozszerza się bardziej niż inny. Prowadzi to do tego, że część wykonana z takiej płyty zaczyna się wyginać ze stałą zależnością od temperatury.
Płyta gnąca oddziałuje na część mechaniczną ze stykami, które zamykają się i otwierają pod wpływem temperatury. Aby dodać histerezę do części mechanicznej, dodano elastyczny wahacz, który zapewnia mechanizmowi decydujący wpływ na płynną zmianę biegów. Mechanizm ten regulowany jest również śrubą połączoną ze skalą oznaczoną w stopniach lub symbolach. Regulując napięcie elastycznego klawisza, możesz dostosować sposób wyzwalania czujnika.
Powyższy rysunek pokazuje przykład bimetalicznego przekaźnika (zaworu) do systemu podgrzewania wody. W tym przekaźniku zamiast pręta lub tłoka siła przenoszona jest na styki elektryczne. Podobne urządzenie stosowano w starych żelazkach elektrycznych, przekaźnikach termicznych rozruszników magnetycznych i nadal służy (w wersji nieuregulowanej) do zabezpieczania czajników elektrycznych przed włączeniem bez wody. Ale nie tylko. Używano go w przemyśle. W najlepszych próbkach uzyskano dobrą dokładność, ale kosztem komplikacji i wysokiej ceny.
W przekaźnikach bimetalicznych, aby jednocześnie kontrolować określone nastawy i histerezę, często stosowano dwa przekaźniki na raz, których styki przełączne łączono według niezbędnej logiki. Taki przekaźnik pokazano na powyższym rysunku. Pokazuje jedną z dwóch bimetalicznych płytek, która dla większej czułości została zwinięta w spiralę. Jedna skala została wykorzystana do określenia poziomu włączenia, druga do poziomu wyłączenia, a histerezę dobrano arbitralnie.
Zaletami termoprzekaźników bimetalicznych ze zdalnym czujnikiem temperatury jest ich taniość i niezawodność, a wadami wrażliwość na wstrząsy i uderzenia, a także niska dokładność i niemożność zastosowania zdalnego czujnika.
Przekaźnik z oporem termicznym
Rezystancyjny przekaźnik termiczny wykorzystuje zależność rezystancji elektrycznej przewodnika lub półprzewodnika od temperatury. Ten typ przekaźników stał się popularny w przemyśle w latach 70-tych, kiedy zaczęto stosować wzmacniacze operacyjne. Czujnik w takim przekaźniku można przenieść na odpowiednią odległość, a sam czujnik może mieć miniaturowe wymiary.
Jako czujnik w przemysłowych przekaźnikach termicznych zastosowano standardowe elementy miedziane lub platynowe umieszczone w hermetycznej obudowie ze stali nierdzewnej. Takie czujniki są wymienne. Czujnik termistorowy stosuje się w prostych i tanich modelach, zwłaszcza domowych, gdzie nie jest wymagana duża dokładność i stabilność sterowania.
Zwróć uwagę! Termistor (termistor półprzewodnikowy) dobrze reaguje na zmiany temperatury, jednak wadą termistora jest nieliniowość zależności rezystancji od temperatury. Z tego powodu każde urządzenie może współpracować tylko z jednym typem czujnika i nawet z jedną instancją. W przypadku wymiany na ten sam typ może być wymagana ponowna kalibracja.
Część elektroniczna termostatów opisywanego typu składa się z dzielnika napięcia, którego jedno ramię wykorzystuje termistor, a drugie – rezystor o małym współczynniku temperaturowym. Odebrany sygnał jest wzmacniany i steruje przekaźnikiem elektromagnetycznym. Ulepszone obwody wykorzystują przełącznik mostkowy na czujniku, wzmacniacz sygnału z mostka i komparator z regulowanym napięciem odniesienia. Ustawienie parametrów ustala się wartością napięcia odniesienia, a histerezę ustala się albo poprzez dobór wzmocnienia sygnału (w tanich urządzeniach), albo poprzez zastosowanie dwóch komparatorów.
Przekaźnik z termoparą
Ten typ urządzenia jest zbliżony do poprzedniego, który działa na oporze cieplnym. Różnica polega na tym, że zmiana rezystancji czujnika nie jest wykorzystywana do rejestracji temperatury, ale termiczny E.R.S. (siła elektromotoryczna). E.R.S. występuje w stopie dwóch nieizolowanych drutów z różnych metali. Takie czujniki mają dobre właściwości, ale wymagają kompensacji dla drugiego złącza. Ponieważ w praktyce zwykle tego nie ma, kompensacja ta jest tworzona sztucznie i uważa się, że „zimne złącze” ma temperaturę 20 stopni Celsjusza, czyli standardową normalną temperaturę (pokojową).
Notatka! „Zimne złącze” nazywane jest nie ze względu na jego temperaturę, ale dlatego, że w przeciwieństwie do „gorącego” nie bierze udziału w pomiarach.
Zwróć uwagę! W przypadku urządzeń wyprodukowanych w USA na rynek krajowy za normalną temperaturę uważa się 27 stopni Celsjusza.
Termopary są znormalizowane i wymienne, ale tylko dla oryginalnego typu, dla którego skonfigurowane jest urządzenie. Połączenie termopary może czasami wykorzystywać trzy zaciski, z których jeden jest podłączony do termistora kompensacyjnego. Stosowany jest w przypadku wymagań dotyczących dużej dokładności i małego zakresu roboczego.
Zwróć uwagę! Podłączając termopary należy zwrócić uwagę na prawidłową polaryzację. Należy to wziąć pod uwagę podczas naprawy po uszkodzeniu!
Przekaźnik z czujnikiem cyfrowym
Jest to najnowocześniejszy typ termoprzekaźnika dla zakresu temperatur od -50 do +100 stopni, czyli bliskiego sfery działalności człowieka i środowiska.
Jako czujnik wykorzystuje się półprzewodnikowy kryształ układu scalonego (mniejszy niż główka zapałki), zawierający czujnik półprzewodnikowy i mikroprocesor do przetwarzania danych sygnałowych. Do komunikacji z resztą przekaźnika służą trzy przewody: masa, zasilanie oraz jednoprzewodowy interfejs do transmisji danych.
Osobliwością takich czujników jest to, że można je łączyć równolegle „girlandą” do 64 czujników i pracować niezależnie w jednej sieci na jednej magistrali. Do pracy z nimi opracowano specjalny protokół: sterownik przesyła adres czujnika, po czym otrzymuje odpowiedź od odpowiedniego urządzenia. Dzięki temu można uzyskać zaawansowane urządzenia do kontroli temperatury o elastycznych konfiguracjach i minimalnym zużyciu przewodów i kabli.
Powyższy rysunek przedstawia jednokanałową płytkę przekaźnika termicznego z wyświetlaczem. Do sterowania trybem pracy służą trzy przyciski. Jeden przycisk wprowadza przekaźnik w tryb przypisywania wartości zadanych, a dwa pozostałe przyciski służą do „przewijania” wartości na wyświetlaczu. Następnie urządzenie przechodzi w tryb utrzymywania temperatury. Jest to przykład najprostszego cyfrowego przekaźnika termicznego do zastosowań budżetowych.
Cyfrowy przekaźnik termiczny niekoniecznie wykorzystuje cyfrowe czujniki temperatury. Taki przekaźnik można wykonać dla czujników analogowych z digitalizacją sygnału wejściowego w samym przekaźniku, ale czujnik będzie zdalny. Urządzenie może posiadać czujnik mierzący jego temperaturę wewnętrzną.
Przekaźnik na szynę DIN
Moduły montowane na szynie DIN wreszcie zastąpiły stary, panelowy sposób montażu sprzętu w szafach, co jest bardzo niewygodne w utrzymaniu i naprawie. Montaż na szynie zajmuje kilka sekund. Połączenia układane są w korytkach kablowych wewnątrz szafy i zaciskane za pomocą zacisków śrubowych w punktach połączeń, gdy są one w pełni dostępne do montażu i oglądania.
W ten sposób montowane są przemysłowe, komunalne i domowe urządzenia elektryczne. Przekaźniki termiczne, które produkowane są również w obudowie do montażu na szynie DIN, nie są wyjątkiem.
Po zamontowaniu w szafce lub skrzynce nie ma potrzeby psucia ścian i wyglądu pomieszczenia. Czujniki przekaźnikowe są wyprowadzane do kontrolowanego obszaru, a same przekaźniki znajdują się w szafie z innym sprzętem.
Przekaźniki termiczne większości typów są dostępne na szynę DIN. Sklepy internetowe oferują konsumentom szeroki wybór. Niektóre modele posiadają interfejs umożliwiający podłączenie przewodu np. do obsługi urządzenia bezprzewodowego, jeśli zachodzi potrzeba zdalnego sterowania przekaźnikiem z telefonu komórkowego lub smartfona.
Przekaźnik termiczny zrób to sam
Dla tych, którzy potrafią majsterkować: pracować z lutownicą, mieć wystarczające minimum wiedzy z zakresu elektrotechniki, istnieją opcje samodzielnej produkcji przekaźników termicznych. Z dostępnej różnorodności lepiej wybrać nie archaiczne schematy minionych dziesięcioleci, ale opcję bliską nowoczesności. Łatwiej znaleźć nowoczesne i niezawodne w działaniu podzespoły, a dokładniej stare. Obwody elektryczne również stały się prostsze dzięki wysokiemu stopniowi integracji nowych chipów. Oto opcja z półprzewodnikowym czujnikiem analogowym:
Czujnik U1 dostępny jest w obudowie TO-92 lub TO-220. W pierwszym przypadku nadaje się jedynie do pomiaru temperatury powietrza. Druga obudowa nadaje się do mocowania na metalowych płytkach, na przykład w celu pomiaru temperatury akumulatorów lub rur. Rezystor zmienny R5 musi być liniowy, ponieważ sam czujnik LM35 ma dobrą liniowość. Komparator U2 porównuje napięcie próbki z rezystora suwakowego R5 i z czujnika.
Sygnał wyjściowy komparatora jest wzmacniany prądem tranzystora T1, a następnie trafia na bazę tranzystora T2, klucz, w którym znajduje się przekaźnik K1. Aby zabezpieczyć tranzystor T2 przed przebiciem elektrycznym podczas samoindukcji cewki przekaźnika, należy zastosować diodę D1. Styki obciążenia powinny być zaprojektowane na prąd 2-5 A. Jeżeli moc obciążenia jest większa niż 400-1000 W, co odpowiada wybranemu przekaźnikowi, należy zastosować pośredni rozrusznik magnetyczny lub triak.
Czujnik można wysunąć poza płytkę urządzenia na odległość 5-10 metrów. Ale w tym przypadku przewód z pinu 2 musi znajdować się w metalowej osłonie. Skórkę podłącza się do zacisku 3 (masa), a zasilanie dostarczane jest osobnym przewodem. Rezystor R1 i kondensator C2 również należy usunąć wraz z czujnikiem i umieścić we własnej obudowie. Urządzenie zasilane jest ze źródła napięcia stałego 12 V.
Skalę należy oznaczyć zgodnie z danymi termometru próbki, który należy umieścić w pobliżu czujnika. Zmieniając temperaturę, należy odczekać 2-3 minuty, aż odczyty czujnika i termometru wyrównają się.
Wniosek
Termoprzekaźnik — termoregulator, przekaźnik temperatury, termostat, synonimy urządzenia. Rozwijając się od prostych elektromechanicznych, z bimetaliczną płytką lub mieszkiem, po nowoczesne urządzenia cyfrowe, przekaźniki termiczne przeszły znaczną poprawę pod względem dokładności i niezawodności oraz małych wymiarów. Jednocześnie ich cena pozostaje niska, przystępna dla konsumentów, a same urządzenia są niezbędne do klimatyzacji gospodarstw domowych, mikroklimatu, urządzeń kuchennych i szklarni.
Przed zakupem przekaźnika termicznego ze zdalnym czujnikiem temperatury wskazane jest zapoznanie się z powyższymi parametrami w celu wybrania odpowiedniego urządzenia, a także uwzględnienie cech zakupionego urządzenia zapewniających niezawodną i długoletnią pracę. Należy również pamiętać, że przekaźnik termiczny jest elementem urządzenia sterującego, którego użyteczność wpływa na inny sprzęt lub własność, i musi zawsze być sprawny i w dobrym stanie.