Термореле з виносним датчиком температури — це пристрій для підтримки температури в заданих межах. Без нього не можна обійтися в системах опалення, мікроклімату і теплицях. Подібні пристрої різняться характеристиками, ціною і надійністю. Зробити правильний вибір можна після отримання загальної інформації.
Що робить термореле
Пристрої даного типу відносяться до класу термостатів. Наприклад, таким вважається термореле з виносним датчиком температури. Це означає, що реле підтримує температуру в заданих межах. Коли температура виходить за ці межі, реле перемикає пристрій нагріву: котел, тепла підлога, обігрівач або окремий ТЕН. Перемикання робиться таким чином, щоб температура повернулася в задані межі.
У найпростішому випадку термостат включає нагрівач, коли температура знизилася і стала менше необхідної, і вимикає, коли температура піднялася вище необхідної. Складні терморегулятори можуть підключати та відключати кілька секцій нагрівачів або плавно регулювати потужність.
Термореле складаються з двох обов’язкових частин: датчика температури і виконавчого пристрою — це частина, яка замикає контакти в силовому ланцюзі. Ці частини поєднуються в одному пристрої або з’єднуються за допомогою кабелю. У кожному з цих випадків, реле працює правильно тільки тоді, коли датчик розташований там, де треба витримати задану температуру.
Крім датчика і контактів виходу термореле часто містять також пристрій для установки бажаної температури. У старих пристроях такий пристрій виглядало як поворотна ручка або диск зі шкалою, що наноситься по радіусу. Нові, сучасні пристрої, в більшості цифрові і містять кілька клавіш і дисплей. Але в деяких моделях температура задається як і раніше, поворотною ручкою, що вважають за краще споживачі, в основному люди похилого віку, з усталеними звичками. Вибір на ринку достатній.
Основні параметри термореле
Таких параметрів кілька. Ось найважливіші з них:
- діапазон робочих температур;
- точність встановлення заданої температури;
- гістерезис;
- потужність навантаження.
Діапазон встановленої температури обов’язково входить до діапазону робочої температури з надлишковим перекриттям, що забезпечує експлуатаційні надійність пристрою.
Гістерезисом називається проміжок температур стійкого стану реле, коли реле підтримує навантаження у включеному стані. Задана температура може займати будь-яке значення на цьому проміжку, але належить цьому проміжку повністю. Гістерезис не є поганою якістю реле, часто нормується, навіть окремо регулюється і допомагає уникнути занадто частого перемикання в ланцюзі нагрівачів, яке буде скорочувати термін служби тенів.
У домашніх пристроях положення заданою температури характеризується як “плюс-мінус”. Так простіше вказувати користувачу. Наприклад, кімнатна температура комфортна для людини в межах 18-20 градусів Цельсія. Якщо гистерезис регулятора складає 1 градус, то задана температура в цьому випадку складе 19 градусів. Якщо при цьому точність термореле становить 0,5 градусів, то температура буде підтримуватися в межах 17,5 … 20,5 градусів. Точніше кажучи, буде спрацьовувати термореле, а справжня температура буде визначатися потужністю нагрівача, швидкістю реальної циркуляції тепла по приміщенню та акумуляційним властивостям всіх задіяних елементів, які працюють спільно з цим реле.
Потужність навантаження виражається через струм, який реле здатне перемикати. Відомо, що електронагріві пристрої споживають найбільшу потужність серед інших споживачів енергії. Значить, таким нагрівачам необхідний достатній струм і реле має забезпечити цей струм своїми контактами без перегріву або фізичного пошкодження. Якщо струмовий навантаження занадто велика для контактів реле, то використовують проміжне реле: магнітний пускач або електронний силовий ключ.
Види термореле і його побудова
Застосовуються такі типи термореле з виносним датчиком температури, які відрізняються один від одного принципами роботи:
- Реле з біметалічною пластиною.
- Реле з термоопором.
- Реле з термопарою.
- Реле з цифровим датчиком.
C біметалічною пластиною
Ці реле стали застосовуватися одними з перших і для свого часу були кращими. В реле з біметалічною пластиною датчик температури і контакти зовнішньої ланцюга розташовані поруч. Як основна деталь використовується біметалічна пластина. Її виготовляють з двох металів з різними коефіцієнтами теплового розширення. При нагріванні, метал з великим коефіцієнтом розширюється сильніше іншого. Це призводить до того, що деталь, виготовлена з такої пластини, починає згинатися з постійною залежністю від температури.
Пластина згинаючись діє на механічну частину з контактами, які замикаються і розмикаються під дією температур. Для додавання гістерезису в механічну частину додано пружне коромисло, що додає механізму критичний ефект для чіткого перемикання. На цей механізм також проводиться регулюючу дію з боку гвинта, пов’язаного зі шкалою, розміченій в градусах або умовних знаках. Регулюючи напругу пружного коромисла можна корегувати спосіб спрацьовування датчика.
На малюнку вище показаний приклад біметалічного реле (клапана) для водяної системи опалення. У цьому реле замість штока або плунжера зусилля передається на електричні контакти. Подібний пристрій використовувалося в старих електропраски, теплових реле магнітних пускачів, і до сих пір використовується (в нерегульованому виконанні) для захисту електрочайників задля включення без води. Но не тільки. Йому було застосування в промисловості. У кращих зразків досягалася хороша точність, але за рахунок ускладнення і високу ціну.
У біметалевих реле, щоб управляти заданими установами і гістерезисом одночасно, часто застосовувалося відразу два реле, перекидні контакти яких з’єднувалися відповідно до необхідної логіки. Таке реле показано на малюнку вище. На ньому видно одна з двох біметалевих пластин, яку для більшої чутливості згорнули в спіраль. Одна шкала використовувалася для задання рівня включення, а інша – для рівня виключення і гістерезис вибирався довільно.
Перевагами біметалевих термореле з виносним датчиком температури є їх дешевизна і надійність, а недоліками — чутливість до поштовхів і ударів, а також невисока точність і неможливість використовувати виносний датчик.
Реле з термоопором
Термореле з опором використовує залежність електричного опору провідника або напівпровідника від температури. Цей тип реле поширився в 1970-х роках в промисловості, коли стали використовуватися операційні підсилювачі. Датчик в такому реле можна виносити на достатню відстань, а сам датчик може мати мініатюрні розміри.
Як датчик в промислових термореле використовувалися стандартні мідні або платинові елементи, що розміщуються в герметичний корпус з нержавіючої сталі. Такі датчики взаємозамінні. У простих і дешевих моделях, зокрема побутових, де не потрібна висока точність і стабільність контролю, застосовується термісторний датчик.
Зверніть увагу! Термістор (напівпровідникова терморезистор) має хороший відгук на зміну температури, але недоліком термистора є нелінійність залежності опору від температури. Через це, кожен прилад може працювати тільки з одним типом датчика і навіть одним екземпляром. При заміні на однотипний може знадобитися повторне калібрування.
Електронна частина термостатів описуваного типу складається з дільника напруги, одним плечем якого використовується термістор, а іншим – резистор з малим температурним коефіцієнтом. Одержуваний сигнал посилюється і керує електромагнітним реле. Покращені схеми використовують мостове включення датчика, підсилювач сигналу з моста і компаратор з регульованою опорною напругою. Завдання параметрів встановлюється величиною опорної напруги, а гістерезис — або підбором посилення сигналу (в дешевих пристроях), або застосуванням двох компараторів.
Реле з термопарою
Цей тип пристроїв близький до попереднього, що працює на термоопорі. Різниця полягає в тому, що для реєстрації температури використовується не зміна опору датчика, а термо Е.Р.С. (електрорушійна сила). Е.Р.С. виникає в сплаві двох неізольованих дротів з різних металів. Такі датчики мають хороші характеристики, але вимагають компенсації для другого спаю. Так як на практиці його зазвичай немає, то ця компенсація створюється штучно, причому “холодний спай” вважається у яких температуру в 20 градусів Цельсія, стандартну нормальну (кімнатну) температуру.
Примітка! “Холодний спай” названий так не за свою температуру, а за те, що він, на противагу “гарячого”, не бере участі в вимірах.
Зверніть увагу! Для приладів виготовлених в США для внутрішнього ринку, нормальною температурою вважається 27 градусів Цельсія.
Термопари стандартизовані і взаємозамінні, але тільки на оригінальний тип, на який налаштовано прилад. Підключення термопар іноді може використовувати три клеми, до однієї з яких підключається компенсуючий термистор. Це використовується при підвищених вимогах до точності і малому робочому діапазоні.
Зверніть увагу! При підключенні термопар потрібно дотримуватися правильну полярність. Це важливо враховувати при ремонті після обривів!
Реле з цифровим датчиком
Це найсучасніший тип термореле для діапазону температур від -50 до +100 градусів, тобто, близького до сфери діяльності людини і навколишнього середовища.
Як датчик використовується напівпровідниковий кристал інтегральної схеми (менше сірникової головки), що містить напівпровідниковий датчик і мікропроцесор для обробки даних сигналу. Для зв’язку з іншою частиною реле використовується три дроти: земля, живлення і однопровідний інтерфейс для передачі данних.
Особливість таких датчиків — вони можуть з’єднуватися паралельно “гірляндою”, до 64 датчика і працювати незалежно в одній мережі на одній шині. Для роботи з ними розроблений спеціальний протокол: контролер передає адресу датчика, слідом за чим отримує від відповідного пристрою відповідь. Завдяки цьому можна отримувати просунуті пристрої контролю температури з гнучкими конфігураціями і мінімальною витратою проводів і кабелів.
На малюнку вище показана плата одноканального термореле з дисплеєм. Три кнопки призначені для управління режимом роботи. Однією кнопкою реле переводиться в режим завдання уставки, а дві інші кнопки використовуються для “прокручування” значень на дисплеї. Потім пристрій переходить в режим підтримки температури. Це приклад найпростішого цифрового термореле для бюджетних застосувань.
Цифрове термореле не обов’язково використовує цифрові датчики температури. Таке реле може бути виготовлено для аналогових датчиків з оцифруванням вхідного сигналу в самому реле, але датчик буде виносним. У пристрої може бути розташований датчик, що вимірює його внутрішню температуру.
Реле на DIN-рейку
Модулі, що збираються на DIN-рейку, тепер остаточно витіснили старий щитовий монтаж обладнання в шафах, дуже незручний для обслуговування і ремонту. Монтаж на рейку займає секунди. З’єднання прокладаються в кабельних лотках в межах шафи і затискаються гвинтовими клемами в точках підключення при їх повній доступності для монтажу і перегляду.
Таким способом збирається електротехнічне устаткування промислового, комунального і побутового призначення. Чи не є винятком і термореле, які теж випускають в корпусі під кріплення на DIN-рейку.
При установці в шафу або бокс зникає необхідність псувати стіни і зовнішній вигляд приміщень. Датчики реле виводяться в контрольовану зону, а самі реле стоять з іншим обладнанням в шафі.
У виконанні для DIN-рейки випускаються термореле більшості типів. Інтернет-магазини пропонують споживачам великий вибір. Деякі моделі містять інтерфейс для підключення по кабелю, наприклад, для роботи бездротового пристрою, якщо є необхідність керувати реле віддалено з мобільника або смартфона.
Термореле своїми руками
Для тих, хто вміє майструвати: працювати з паяльником, має достатній мінімум знань в області електротехніки, є варіанти самостійного виготовлення термореле. З наявного різноманітності краще вибирати не архаїчні схеми минулих десятиліть, а варіант, близький до сучасності. Легше знайти сучасні комплектуючі, надійні в роботі і точніше старих. Електричні схеми також стали простіше, завдяки високому ступеню інтеграції нових чіпів. Ось варіант з напівпровідниковим аналоговим датчиком:
Датчик U1 випускається в корпусі TO-92 або TO-220. У першому випадку він годиться тільки для вимірювання температури повітря. Другий корпус підходить для кріплення до металевих пластин, наприклад, для вимірювання температури батарей або труб. Змінний резистор R5 повинен бути з лінійною характеристикою, так як датчик LM35 сам має хорошу лінійність. Компаратор U2 порівнює зразкове напруга з повзунка резистора R5 і від датчика.
Вихідний сигнал компаратора посилюється по току транзистором T1 і далі надходить на базу транзистора T2, ключа, який включає реле K1. Діод D1 обов’язково повинен бути використаний, для захисту транзистора T2 від електричного пробою при самоіндукції котушки реле. Контакти навантаження повинні бути розраховані на струм 2-5 А. Якщо потужність навантаження більше 400-1000 Вт, що відповідає обраному реле, то слід застосовувати проміжний магнітний пускач або симистор.
Датчик можна виносити за межі плати пристрою на відстань 5-10 метрів. Але в цьому випадку провід від виводу 2 повинен бути в металевому екрані. Обшивка з’єднується з виводом 3 (земля), а живлення подається окремим проводом. Резистор R1 і конденсатор C2 також потрібно виносити разом з датчиком і поміщати в його власний корпус. Пристрій живиться від джерела напруги постійного струму 12 В.
Шкалу потрібно розмітити за даними зразкового термометра, який треба помістити близько до датчику. Змінюючи температуру, треба почекати 2-3 хвилини, щоб показання датчика і термометра зрівнялися між собою.
Висновок
Термореле — терморегулятор, реле температури, термостат, синоніми пристрою. Розвиваючись від простих електромеханічних, з біметалічною пластиною або сильфоном, до сучасних цифрових пристроїв термореле зазнали великі поліпшення показників в сторону точності і надійності та малих розмірів. При цьому їх ціна залишається невисокою, доступною для споживачів, а самі пристрої – необхідними для побутового кондиціонування, мікроклімату, кухонної техніки і тепличного господарства.
Перед придбанням термореле з виносним датчиком температури бажано ознайомитися з наведеними вище параметрами, щоб вибрати відповідне пристрій, а також враховувати особливості купленого приладу для надійної і довготривалої роботи. І ще треба пам’ятати, що термореле — елемент керуючого приладу, справність якого впливає на інше обладнання або майно, і воно повинно бути завжди працездатний і справно.