Термостат, Двигун прогресу

Термостат є пристроєм, який використовується для керування нагрівання або охолодження системи таким чином, щоб температура підтримувалася в межах певного діапазону.

Термостат може бути блоком управління, частиною системи, для нагрівання або охолодження системи, але може бути складовою частиною нагрівача або кондиціонера. Для визначення температури використовують датчики, які можуть бути як зовнішніми, так і вбудованими. Вихідний сигнал датчика надходить на термостат, який вмикає або вимикає систему при відхиленні температури від заданого значення.

Ранні записи про термостат датуються 1620 роком. Цього року в Англії Корнеліус Дреббель винайшов ртутний термостат для регулювання температури в курячому інкубаторі.

Сучасний термостат було розроблено 1830 року шотландським хіміком Ендрю Юром. На текстильних фабриках того часу потрібна була постійна температура, щоб цього Юр розробив біметалічний термостат, в якому один з металів розширювався у відповідь на підвищення температури і перекривав подачу енергії.

Перший електричний термостат був винайдений в 1883, а в 1886 Альбертом Буц був отриманий на нього патент.

Одним із перших промислових застосувань термостату були птахівницькі інкубатори. Британський інженер Чарльз Хірсон розробив перший сучасний інкубатор для яєць, який почав використовуватися на птахофабриках з 1879 року. Термостат регулював температуру максимально імітуючи природне середовище виношування яйця.

Ранні технології передбачали використання ртутних термометрів із введеними електродами. Досягши певної (фіксованої) температури контакти перекривалися.

Технології, що використовуються в даний часвключають такі види механічних елементів:

Біметалічні механічні або електричні датчики
Воскові кульки
Електронні термістори та напівпровідникові прилади
Електричні термопари

Контроль термостата може здійснюватися за допомогою:

Механічне керування – пристрої керування якими здійснюється виключно за допомогою механічних засобів
Електричні сигнали
Пневматичні сигнали

Одне із застосувань біметалічних термостатів – системи опалення. Термостат реагує на температуру гарячої води або пари, зменшуючи або збільшуючи потік. В даний час широко використовуються термостатичні клапани для радіаторів.

Механічні біметалічні термостати використовуються також для регулювання вентиляційної заслінки в деяких турбінах, знижуючи втрати тепла в холодний період. Біметалеві термостати застосовуються в системі обігріву салону деяких автомобілів.

Біметалічні термостати перемикання використовуються для систем опалення. Вони реагують зміну температури повітря з допомогою диференціального розширення двох металів включаючи чи вимикаючи систему. На даний час біметалічні сенсори замінили електронні датчики. Основним використанням біметалевого термостата сьогодні є електричні конвекційні нагрівачі, де управління включити/вимкнути здійснюється на основі локальної температури повітря.

Восковий термостатичний елемент був винайдений у 1936 році. Можливо, найбільш поширеним прикладом застосування таких механічних термостатів є двигун внутрішнього згоряння. Термостат системи охолодження використовується для підтримки оптимальної робочої температури двигуна, регулюючипотік охолоджувальної рідини. Цей тип термостата перетворює теплову енергію на механічну за допомогою теплового розширення воску. У термостаті є герметична камера, що містить воскову сполуку, яка плавиться при певній температурі, при цьому збільшуючись в об'ємі. При розширенні виштовхується стрижень, що відкриває клапан. Робоча температура визначається складом воску.

Після того, як буде досягнуто робочої температури, вміст камери термостата поступово збільшується або зменшується, відкриваючи або закриваючи клапан у відповідь на зміну температури. Таким чином, відбувається динамічний розподіл потоку рециркуляції охолоджувальної рідини і потік охолоджуючої рідини до радіатора для підтримки температури двигуна в оптимальному діапазоні.

Перші застосування воскових термостатів у сантехнічних та опалювальних системах були у Швеції (1970) та у Швейцарії (1971). Термостатичний восковий змішувальний клапан застосовується при змішуванні гарячої та холодної води. Загальний принцип полягає в роботі електричного нагрівача, який доводить температуру води до 60 ° C, достатньої щоб вбити бактерії, у той час як на виході через клапан вода розбавляється до комфортної, щоб не отримати опіку 49 ° C.

Принцип теплового розширення воску крім систем охолодження двигуна також застосовується у термостатичних клапанах систем опалення, сантехніки та сільського господарства.

Пневматичний термостат контролює нагрівання або охолодження системи за допомогою низки контролюючих труб, заповнених повітрям. Він був винайдений Уорреном Джонсоном у 1895 році. Ця система реагує на зміну тиску (залежно від температури) у контрольній трубці. При зміні температури відбувається збільшення чи зменшення тиску, що призводитьдо спрацьовування клапана, заслінки або перемикача.

Нові цифрові термостати немає рухомих частин. Для вимірювання температури вони покладаються на термістори або інші напівпровідникові пристрої, наприклад, термометр опору (резисторний датчик температури). Джерелом живлення цифрового термостата може бути як окрема батарея, так і електроенергія системи.

Один із видів цифрових термостатів – програмований термостат, який призначений для регулювання температури відповідно до серії запрограмованих налаштувань, що набирають чинності у різний час доби. Ці пристрої оснащені РК-екраном, на якому відображаються поточна температура та установки. У таких термостатах встановлюється режим роботи протягом дня або навіть тижня для забезпечення максимального комфорту та енергозбереження. Деякі моделі мають сенсорні екрани і працювати в системі автоматизації будівлі.