Терморегулятор с датчиком температуры воздуха. Терморегуляторы с датчиком температуры воздуха: принцип работы, виды и применение

Что такое терморегулятор с датчиком температуры воздуха. Как работает термостат для отопления. Какие бывают виды терморегуляторов. Где применяются регуляторы температуры воздуха.

Что такое терморегулятор с датчиком температуры воздуха

Терморегулятор с датчиком температуры воздуха — это устройство для автоматического поддержания заданной температуры в помещении. Он состоит из двух основных частей:

• Датчик температуры — измеряет текущую температуру воздуха
• Блок управления — анализирует показания датчика и управляет работой системы отопления

Принцип работы терморегулятора следующий:

1. Пользователь задает желаемую температуру
2. Датчик постоянно измеряет фактическую температуру воздуха
3. Блок управления сравнивает заданную и измеренную температуру
4. При отклонении от заданной температуры регулятор включает или выключает отопление

Таким образом, терморегулятор автоматически поддерживает комфортную температуру в помещении, не допуская перегрева или переохлаждения.

Виды терморегуляторов с датчиком температуры воздуха

Существует несколько основных видов терморегуляторов для систем отопления:

Механические терморегуляторы

Простейший вид терморегуляторов. Принцип действия основан на расширении биметаллической пластины при нагревании. Основные особенности:

• Простая конструкция
• Низкая стоимость
• Не требуют электропитания
• Невысокая точность регулирования

Электронные терморегуляторы

Более современный и точный вид терморегуляторов. Используют электронные датчики и микропроцессор для управления. Преимущества:

• Высокая точность поддержания температуры
• Расширенный функционал
• Возможность программирования
• Удобное управление

Программируемые терморегуляторы

Наиболее продвинутый вид терморегуляторов. Позволяют задавать различные температурные режимы по дням недели и времени суток. Особенности:

• Гибкая настройка температурных режимов
• Максимальная экономия энергии
• Управление со смартфона
• Интеграция в системы «умный дом»

Преимущества использования терморегуляторов

Применение терморегуляторов с датчиком температуры воздуха дает ряд важных преимуществ:

Экономия энергии

За счет точного поддержания заданной температуры и возможности программирования различных режимов терморегуляторы позволяют существенно снизить затраты на отопление. По оценкам экспертов, экономия может достигать 20-30%.

Повышение комфорта

Терморегулятор автоматически поддерживает оптимальную температуру в помещении. Не нужно постоянно вручную регулировать отопление — комфортные условия поддерживаются в автоматическом режиме.

Увеличение срока службы отопительного оборудования

Благодаря плавному регулированию мощности отопления снижается количество циклов включения-выключения котла или других нагревательных приборов. Это уменьшает износ оборудования и продлевает срок его эксплуатации.

Где применяются терморегуляторы с датчиком температуры воздуха

Терморегуляторы нашли широкое применение в различных системах отопления:

Радиаторное отопление

Терморегуляторы устанавливаются на радиаторы отопления и регулируют поток теплоносителя. Это позволяет поддерживать заданную температуру в каждом отдельном помещении.

Системы «теплый пол»

Терморегуляторы управляют работой нагревательных элементов теплого пола, обеспечивая комфортную температуру поверхности.

Электрические обогреватели

Встроенные или внешние терморегуляторы контролируют работу электрических конвекторов, инфракрасных обогревателей и других электрических отопительных приборов.

Автономные системы отопления

Терморегуляторы используются для управления газовыми, электрическими и твердотопливными котлами в частных домах с автономным отоплением.

Как выбрать терморегулятор с датчиком температуры воздуха

При выборе терморегулятора следует учитывать несколько важных параметров:

Тип управления

Механическое, электронное или программируемое управление — выбор зависит от требуемого функционала и удобства использования.

Диапазон регулирования температуры

Стандартный диапазон 5-30°C подходит для большинства жилых помещений. Для специальных применений может потребоваться расширенный диапазон.

Точность поддержания температуры

Чем выше точность, тем комфортнее условия и эффективнее расход энергии. Оптимальная точность ±0,5°C.

Тип монтажа

Накладной, встраиваемый или настенный монтаж — выбирается в зависимости от особенностей помещения и системы отопления.

Дополнительные функции

Программирование по дням недели, управление со смартфона, защита от детей и другие функции повышают удобство использования.

Установка и настройка терморегулятора

Правильная установка и настройка терморегулятора важна для его эффективной работы:

Выбор места установки

Терморегулятор следует размещать:

• На высоте 1,2-1,5 м от пола
• Вдали от источников тепла и сквозняков
• На внутренней стене, не граничащей с улицей

Подключение к системе отопления

Терморегулятор подключается к управляющему элементу системы отопления — клапану радиатора, циркуляционному насосу или котлу. Схема подключения зависит от типа системы.

Настройка параметров

После установки необходимо настроить основные параметры работы терморегулятора:

• Установить текущее время и день недели
• Задать желаемую температуру для разных режимов
• Настроить недельное расписание (для программируемых моделей)
• Откалибровать датчик температуры при необходимости

Заключение

Терморегуляторы с датчиком температуры воздуха — это эффективное решение для автоматизации систем отопления. Они обеспечивают комфортную температуру в помещении, экономят энергию и продлевают срок службы отопительного оборудования. При правильном выборе и настройке терморегулятор станет надежным помощником в создании оптимального микроклимата в доме или офисе.

основные функции, принцип работы, виды и сфера применения

Применение термостатов в отопительных системах стало повсеместным благодаря тем преимуществам, которые они дают. Терморегуляторы с датчиком температуры воздуха не просто создают и поддерживают тот микроклимат, который указывают в настойках люди, но и сокращают суммы по оплате отопления или электричества в счетах. От того, насколько комфортно человек хочет себя ощущать зимой дома, зависит выбор им того или иного вида регулятора температуры для отопительной системы. Это касается как домов с централизованным типом обогрева, так и автономного отопления с котлом или системой «теплый пол».

Характеристики и особенности термостатов с датчиками температуры воздуха

Сегодня терморегулятор с датчиком температуры считается неотъемлемой частью любой отопительной системы. Их используют как для нагрева помещений, так и в системах их охлаждения в оборудовании климатического контроля.

В «обязанности» термостата входит:

• Поддержание температуры воздуха в рамках заданного диапазона.
• Экономия энергоресурсов, что происходит, когда терморегулятор с датчиком отключает систему отопления или охлаждения в связи со сменой показателей температуры.
• Создание комфортного микроклимата в помещении на протяжении всего отопительного сезона.

Особенностью любого термостата, не зависимо от того, дорогая или дешевая модель используется, является контроль над поддержанием температуры воздуха в заданном диапазоне, чего невозможно добиться без подобного устройства. Как показывает опыт, трудно ожидать «чудес» от отопительной системы без терморегулятора, если за окном температура воздуха сильно упала, или наоборот, поднялась. В первом случае человек почувствует, что в помещении стало прохладней и включит дополнительные источники тепла, во втором – будет вынужден открывать балкон, чтобы его охладить.

Функция терморегулятора как раз в том и состоит, чтобы отключать или включать обогрев при малейших температурных колебаниях воздуха, не зависимо от того, вызваны они похолоданием за окном или потеплением. Выполняются все операции по климат контролю благодаря особенности устройства и принципа действия термостатов.

Принцип работы

Датчик-регулятор температуры впервые был применен в 1943 году датскими разработчиками, после чего он стал неотъемлемой частью отопительных систем по всей Европе. Отечественный потребитель начал массово устанавливать терморегуляторы только после того, как стоимость коммунальных услуг стала неизменно повышаться из года в год.

Любой термостат, независимо от его функционала, состоит из рабочей части и датчика температуры воздуха:

• Основой прибора является сильфон (термоголовка), представляющий собой цилиндр с гибкими гофрированными стенками, способными растягиваться и уменьшаться.
• Внутри термоголовка заполнена жидкостью, парафином или газом, которые улавливают повышение или понижение температуры в окружающей среде.
• Шток, прикрепленный к сильфону, воздействует на клапан в зависимости от заложенной в датчик программы.

Принцип работы устройства заключается в следующем:

• В датчик заносятся показатели температуры, которые он постоянно соотносит с реальным уровнем нагрева воздуха.
• В том случае, если они поменялись в сторону увеличения, рабочая среда в сильфоне реагирует на это, расширяясь и растягивая тем самым его стенки.
• Увеличенная в размерах термоголовка продвигает шток вперед, вследствие чего он давит на клапан и перекрывает приток горячего теплоносителя в отопительную систему.
• Обогреватель постепенно остывает и то же самое происходит с воздухом в помещении, на что опять же реагирует рабочая среда в сильфоне. Она сокращается, стенки термоголовки сжимаются, и шток отпускает клапан, давая проход теплоносителю в обогреватель.

Задача датчика считывать параметры воздуха в помещении и сравнивать их с заданной программой. В зависимости от того, сколько настроек и функций в приборе и как он управляется, выделяют три типа термостатов.

Далеко не все регуляторы воздуха сконструированы таким образом. Самыми недорогими являются аналоги, в которых реагирующей на температуру воздуха является не жидкость или газ, а гибкая пластина из биметалла. Выбирая термостат для системы отопления, нужно изучить конструкцию и технические параметры прибора.

Виды терморегуляторов температуры воздуха

Сегодня рынок тепловых технологий предлагает такое разнообразие моделей термостатов, что можно растеряться в поиске того самого оптимального для конкретной отопительной системы. Примитивно их можно разделить на 3 типа:

1. Механические и электромеханические устройства самые дешевые на рынке не из-за плохого качества работы, а из-за минимального количества настроек, которые, к тому же, нужно вводить вручную. Это ограничивает температурный диапазон в них, что сказывается на точности настроек. Иногда они отличаются на пару градусов от реальной температуры воздуха в помещении, но в остальном – это надежные и долговечные приборы, которые добросовестно выполняют свои обязанности «блюстителя» комфорта в доме. Недостатком является ручное управление, что неудобно, когда разница температуры за окном может меняться несколько раз за день, а настройки этого не предусматривают.

Не зависимо от способа настроек, все виды подобных устройств имеют в своем «арсенале» терморегуляторы с выносным датчиком температуры воздуха. Это вызвано особенностью строения или декорирования элементов отопительной системы.

2. Цифровые электронные устройства стоят дороже механических аналогов, так как имеют более широкий функционал и дистанционное управление настройками. Как правило, они оснащены дисплеем или монитором, на котором можно выставлять не только температуру, но и ее изменения в зависимости от времени суток. Так в них можно настраивать параметры на будние и выходные дни, когда для первых температура воздуха поддерживается на минимуме, когда людей нет дома, и включается к моменту их возвращение, а для вторых – находится в оптимальном режиме на протяжении всего дня. То же касается ночного режима.
3. Программаторы – это сложные по своему строению приборы, которыми можно управлять, находясь далеко от дома. Как правило, кроме расширенной программы слежения за микроклиматом в помещении, они оснащены встроенным Wi-Fi или сим-картой, что позволяет контролировать или менять настройки у них через смартфон, планшет или компьютер, находясь даже заграницей, главное, чтобы был там выход в интернет.

Самыми примитивными, но не по способу настроек, а по монтажу являются терморегуляторы в розетку. Они состоят из вилки, расположенной на задней панели устройства, и датчика с розеткой для электрообогревателя – на передней. Но даже они могут быть механического, электронного или программного способа настроек с ручным или дистанционным управлением.

Особенности регулятора с выносным датчиком

Встречаются системы отопления, которые либо не совсем подходят для установки термостата, либо «спрятаны» в нише, за шторами или декоративными коробами и экранами. В таком случае лучшим решением проблемы станет терморегулятор с выносным датчиком температуры. Они так же незаменимы при монтаже термостата при котле отопления.

Особенность данного устройства в том, что его рабочая часть и контроллер устанавливаются на расстоянии друг от друга. Так, например, если требуется слежение за температурой воздуха и одновременный контроль над работой котла, то сам термостат подсоединяется к отопительному оборудованию, а датчик слежения за температурой монтируется в комнате и регулируется дистанционно с пульта управления.

Все настройки, которые вводятся в датчик, автоматически принимают температурные изменения из окружающей среды и подают сигнал на рабочую часть прибора, которая в свою очередь либо отключает обогреватель или котел, если температура воздуха увеличилась, либо включают при его остывании.

Сфера применения подобных устройств очень широка: от закрытых экраном старых батарей до автономного отопления, когда требуется, например, терморегулятор с датчиком температуры пола или контроль над котлом.

По способу настроек подобные приборы так же делятся на механические, электронные и программируемые, но как показывает опыт, в данном вопросе лучше выбирать более дорогие модели с дистанционным управлением и большим функционалом.

Термостаты в водонагревательных системах

Как оказалось, водонагреватели так же могут быть экономными и эффективными. Специально для них был разработан терморегулятор с датчиком температуры воды. На рынке он представлен в трех видах:

• Стержневой, или как его еще называют, биметаллический содержит в основе своей работы способность металлов к расширению. В данном случае речь идет о двух видах металлов.
• Капиллярный тип основан на той же способности к расширению, но уже газа, которым наполнена колба внутри прибора. Когда объем газа увеличивается, растет давление внутри устройства, которое, в свою очередь, передается через пневмореле электрическим контактам, и они отключаются от электросети.
• Электронный тип терморегулятора является самым дорогим для контроля температуры воды в бойлере, но и более точным, и надежным.

Не зависимо от типа устройства, принцип работы у них одинаковый:

• На дисплее устанавливается необходимая температура воды.
• Терморегулятор измеряет ее в бойлере.
• Если она ниже уровня, он включает водонагреватель, а если выше – отключает от электросети.

Конечно, можно изготовить регулятор температуры с термодатчиком своими руками, но как подсказывает жизненный опыт, подобное устройство может быть опасным для использования. Сегодня на рынке представлен просто огромный ассортимент термостатов для любых отопительных систем и приборов от зарубежных и отечественных производителей. Лучше купить недорогой готовый прибор с гарантией качества, чем рисковать своим имуществом и жизнью.

Терморегуляторы с датчиками температуры воздуха, воды и пола способны предоставить людям комфортные условия для проживания и быта. Если подойти ответственно к выбору устройства, то можно купить добросовестного «помощника», который на протяжении нескольких десятилетий будет создавать и оберегать тепло в квартире.

Терморегуляторы с датчиком температуры воздуха. Статьи компании «ЭКО ТЕПЛИЦА»

 

Терморегулятор з датчиком температури повітря часто застосовується для обігріву приміщення. Однак, що вони являють собою? Термостат – це контролер для контролю нагрівальних схем в опалювальних апаратах. Зазвичай, налаштування режиму здійснюється вручну, а все інше відбувається в автоматизованому режимі. Іншими словами, прилад самостійно вирішує, вимкнути схему або ж ні.

У термостатів декілька призначень:

• Він дозволяє істотно економити на оплаті. Все із-за того, що апарат контролює температуру самостійно. Якщо показники починають рости вище норми, то він відключає подачу газу або електроенергії в нагрівальному пристрої. Якщо температура знижується, то він навпаки активується.
• Прилад абсолютно безпечний. У функції є звукова сигналізація для сповіщення мешканців будинку в разі перегріву котла.
• Підвищені критерії комфорту. Терморегулятор самостійно контролює все, вам немає потреби перевіряти схему.

Різноманітність

Терморегулятор з датчиком температури повітря бувають різні. Сучасні моделі розділені на такі групи: за типом матеріалу, по функціональним можливостям, за принципом функціонування.

Часто компанії пропонують терморегулятор з датчиком температури повітря з міцної пластмаси, однак є моделі з біметалічної оболонкою.

За принципом функціонування терморегулятор з датчиком температури повітря ще діляться на дві категорії: механічні і електронні. У першому випадку в апаратах головний компонент – біметалічне полотно, що, або розширюється, або стискається. В електронних апаратах застосовуються підібрані термометри. Принцип роботи наступний:

• Дані збираються з датчиків.
• Всередині апарату показники перевіряються.
• Після подається оповіщення на клапан котла для відкриття або закриття подачі палива.

Звичайно, зараз застосовуються електронні прилади в побуті. В таких апаратів немає рухомих компонентів і вузлів, там є напівпровідникові деталі, що дозволяють давати точні дані.

Не варто забувати: електронні терморегулятори з датчиком температури повітря можуть прекрасно функціонувати від мережі або від звичайної батарейки.

Що особливого в електронних апаратах?

Подібні термостати оснащуються також допоміжними опціями. У них можуть бути годинник, календар, ви можете зробити налаштування на пару днів вперед і навіть подивитися прогноз погоди. Звичайно ж, подібні моделі коштують набагато більше, ніж інші, однак їх простіше встановлюватися і у них точних температурних діапазон для відстеження.

 

Інші моделі

Зараз терморегулятори з датчиками вважаються самими точними і це не дивно. Однак питання можуть виникнути з приводу температурного датчика. Все із-за того, що існують датчики всередині кімнати, а також ті, що виносяться на вулицю. Які вибрати? Краще останній варіант. Датчик зможе вчасно зреагувати на погодні коливання. У зимовий час температура сильно падає, а в будинку вона може бути і на нормальному рівні, однак датчику буде потрібно кілька годин, щоб він зреагував на коливання. За цей часовий проміжок будинок може легко охолонути, тому оперативність відіграє велику роль у цій справі. Звичайно ж, даний датчик потрібно оснастити додатковими захисними опціями: захист від води, вітру, сонця. Все це збільшує вартість апарату, проте це компенсується комфортом всередині будинку і економією енергоносія.

Тому варто серйозно подумати про подібних терморегуляторах, варто їх купувати чи ні.

 

Что такое регуляторы температуры? Типы контроллеров процесса

Как следует из названия, контроллер температуры представляет собой прибор, используемый для контроля температуры, в основном без участия оператора. Контроллер в системе контроля температуры принимает датчик температуры, такой как термопара или RTD, в качестве входных данных и сравнивает фактическую температуру с желаемой контрольной температурой или заданным значением. Затем он предоставит вывод элементу управления.

Хорошим примером может служить приложение, в котором контроллер получает входные данные от датчика температуры и имеет выход, подключенный к элементу управления, такому как нагреватель или вентилятор. Контроллер обычно является лишь частью системы контроля температуры, и при выборе подходящего контроллера следует анализировать и учитывать всю систему.

Узнайте больше о цифровых контроллерах

Какие существуют типы регуляторов процесса или температуры и как они работают?
Существует три основных типа регуляторов процесса: двухпозиционный, пропорциональный и ПИД-регулятор. В зависимости от управляемой системы оператор сможет использовать тот или иной тип для управления процессом.

Двухпозиционный регулятор температуры
Двухпозиционный регулятор температуры представляет собой простейшее устройство управления. Выход устройства либо включен, либо выключен, без промежуточного состояния. Двухпозиционный контроллер переключает выход только тогда, когда температура пересекает заданное значение. Для управления обогревом выход включается, когда температура ниже уставки, и выключается выше уставки.

Поскольку температура пересекает заданное значение, чтобы изменить состояние выхода, температура процесса будет постоянно циклически изменяться, переходя от значения ниже заданного значения к значению выше и обратно. В тех случаях, когда это циклирование происходит быстро, и для предотвращения повреждения контакторов и клапанов, к операциям контроллера добавляется дифференциал включения-выключения или «гистерезис».

Этот дифференциал требует, чтобы температура превышала уставку на определенную величину, прежде чем выход выключится или снова включится. Дифференциал включения-выключения предотвращает «дребезжание» выхода или быстрые непрерывные переключения, если циклическое переключение выше и ниже уставки происходит очень быстро. Двухпозиционное управление обычно используется там, где нет необходимости в точном контроле, в системах, которые не могут справиться с частым включением и выключением энергии, когда масса системы настолько велика, что температура меняется очень медленно, или для температурной сигнализации. Одним из специальных типов управления включением-выключением, используемым для аварийной сигнализации, является контроллер предельных значений. В этом контроллере используется реле с фиксацией, которое необходимо сбросить вручную, и оно используется для отключения процесса при достижении определенной температуры.

Пропорциональное управление
Пропорциональное управление предназначено для устранения циклов, связанных с двухпозиционным регулированием. Пропорциональный регулятор уменьшает среднюю мощность, подаваемую на нагреватель, когда температура приближается к заданному значению.

Это приводит к замедлению нагревателя, чтобы он не превышал уставку, а приближался к уставке и поддерживал стабильную температуру. Это пропорциональное действие может быть выполнено путем включения и выключения выхода на короткие промежутки времени. Это «пропорциональное распределение времени» изменяет отношение времени «включено» к времени «выключено» для контроля температуры. Пропорциональное действие происходит в «зоне пропорциональности» вокруг заданной температуры.

Вне этого диапазона регулятор температуры работает как двухпозиционный блок с выходом либо полностью включенным (ниже диапазона), либо полностью выключенным (выше диапазона). Однако внутри диапазона выход включается и выключается пропорционально разнице измерения от уставки. В заданном значении (средняя точка пропорционального диапазона) коэффициент включения/выключения выхода составляет 1:1; то есть время включения и время выключения равны. Если температура отличается от уставки, время включения и выключения изменяется пропорционально разнице температур. Если температура ниже заданного значения, выход будет активен дольше; если температура слишком высока, выход будет выключен дольше.

ПИД-регулятор
Третий тип регулятора обеспечивает пропорционально-интегральное и дифференциальное регулирование или ПИД-регулятор. Этот контроллер сочетает в себе пропорциональное управление с двумя дополнительными регулировками, что помогает блоку автоматически компенсировать изменения в системе.

Эти корректировки, интегральные и производные, выражаются в единицах времени; на них также ссылаются их обратные значения RESET и RATE соответственно. Пропорциональные, интегральные и производные члены должны быть индивидуально скорректированы или «настроены» на конкретную систему методом проб и ошибок. Он обеспечивает наиболее точное и стабильное управление из трех типов регуляторов и лучше всего используется в системах с относительно небольшой массой, которые быстро реагируют на изменения энергии, подводимой к процессу.

В этой другой статье более подробно описано, как настроить ПИД-регулятор.

Рекомендуется в системах, где нагрузка часто меняется, и ожидается, что контроллер будет автоматически компенсировать частые изменения уставки, количества доступной энергии или управляемой массы. OMEGA предлагает ряд контроллеров, которые автоматически настраиваются. Они известны как контроллеры автонастройки.

Стандартные размеры
Поскольку регуляторы температуры обычно устанавливаются внутри приборной панели, панель необходимо разрезать для размещения регулятора температуры. Чтобы обеспечить взаимозаменяемость между контроллерами температуры, большинство контроллеров температуры разработаны в соответствии со стандартными размерами DIN. Наиболее распространенные размеры DIN показаны ниже.

Выберите регулятор температуры для вашего применения

Двухпозиционные контроллеры Двухпозиционные контроллеры процессов
представляют собой простейший тип контроллеров с двухпозиционным управлением, предназначенный для обеспечения функциональности ПИД-регуляторов общего назначения, но по цене, подходящей для двухпозиционных приложений.

Автонастройка ПИД-регуляторов
ПИД-регуляторы обеспечивают очень точное управление, но алгоритм ПИД требует настройки. Контроллеры автонастройки обеспечивают эту функцию.

Многоконтурные контроллеры
Каждый контур управления обычно состоит из одного входа и как минимум одного выхода. OMEGA предлагает множество многоконтурных контроллеров, которые могут управлять более чем одним контуром управления. CS8DPT от OMEGA поддерживает до 6 контуров управления.

Контроллеры ограничения безопасности
Контроллер ограничения безопасности представляет собой двухпозиционный контроллер с фиксирующим выходом. Когда состояние выхода изменяется, требуется ручной сброс, чтобы вернуть его обратно. Контроллеры пределов безопасности обычно используются в качестве резервных контроллеров для остановки процесса при достижении нежелательных пределов.

Реле температуры
Регулируемое реле температуры подходит для применений, требующих экономичного решения для контроля температуры. Температурные переключатели обычно менее сложны и проще в настройке, чем более сложные электронные элементы управления.

Часто задаваемые вопросы

Как выбрать контроллер процесса или температуры?
Контроллер является частью всей системы управления, и при выборе подходящего контроллера необходимо проанализировать всю систему. При выборе контроллера следует учитывать следующие моменты:

1. Тип входного датчика (термопара, RTD) и диапазон температур
2. Требуемый тип выхода (электромеханическое реле, твердотельное реле, аналоговый выход)
3. Необходимый алгоритм управления (вкл/выкл, пропорциональный, ПИД)
4. Количество и тип выходов (нагрев, охлаждение, тревога, ограничение)

Обзор регуляторов температуры | Промышленная автоматизация OMRON

Ведущий контент

Эти контроллеры получают сигналы датчиков и управляют нагревателями или другими устройствами для поддержания заданной температуры. Их также можно использовать для контроля влажности, давления и расхода. OMRON также предлагает датчики температуры и влажности.

Основное содержание



Что такое регулятор температуры?

Контроллер температуры — это устройство, которое используется для управления нагревателем или другим оборудованием путем сравнения сигнала датчика с заданным значением и выполнения вычислений в соответствии с отклонением между этими значениями. Устройства, которые могут обрабатывать сигналы датчиков, отличные от температуры, такие как влажность, давление и скорость потока, называются контроллерами. Электронные контроллеры специально называются цифровыми контроллерами.

• Верх страницы

Контроль температуры

Контроллеры температуры контролируют температуру таким образом, чтобы значение процесса было таким же, как уставка, но реакция будет отличаться из-за характеристик контролируемого объекта и метода управления контроллером температуры. Как правило, от регулятора температуры требуется реакция, показанная на рис. (2), при которой уставка достигается как можно быстрее без перерегулирования. Существуют также случаи, такие как показанный на рисунке (1), где реакция быстро увеличивает температуру, даже если требуется ее превышение, и случай, показанный на рисунке (3), где требуется реакция на медленное увеличение температуры.

(1) Реакция, при которой значение процесса стабилизируется на заданном значении, при этом постоянно выходит за пределы допустимого диапазона

(2) Правильная реакция

(3) Реакция, при которой значение процесса медленно достигает заданного значения

• Верх страницы

Пример конфигурации контроля температуры

В следующем примере описывается базовая конфигурация для контроля температуры.

• Верх страницы

Принцип работы регулятора температуры

На следующем рисунке показан пример системы управления с обратной связью, используемой для регулирования температуры.
Основные части системы управления с обратной связью встроены в контроллер температуры. Можно построить систему управления с обратной связью и контролировать температуру, комбинируя контроллер температуры с контроллером и датчиком температуры, которые подходят для контролируемого объекта.

Конфигурация системы управления с обратной связью

• Верх страницы

Характеристики объекта управления

Перед выбором регулятора температуры или датчика температуры необходимо понять тепловые характеристики контролируемого объекта для правильного контроля температуры.

• Верх страницы

Методы управления

[Действие управления ВКЛ/ВЫКЛ]

Как показано на графике ниже, если значение процесса ниже уставки, выход будет включен, и на нагреватель будет подаваться питание. Если технологическое значение выше уставки, выход будет отключен, и питание нагревателя будет отключено. Этот метод управления, при котором выход включается и выключается в зависимости от уставки для поддержания постоянной температуры, называется действием управления ВКЛ/ВЫКЛ. При этом действии температура регулируется двумя значениями (т. е. 0 % и 100 % заданного значения). Поэтому операцию еще называют двухпозиционным регулирующим действием.

[Действие P (Пропорциональное управление)]

Р-действие (или действие пропорционального управления) используется для вывода управляющей переменной (выходной управляющей переменной), которая пропорциональна отклонению, чтобы уменьшить отклонение между значением процесса и заданным значением. Зона пропорциональности устанавливается в центре уставки, а выход определяется по следующим правилам.

Регулируемая переменная, пропорциональная отклонению, выводится, когда значение процесса находится в пределах пропорционального диапазона.

100% управляющая переменная выводится, когда значение процесса ниже зоны пропорциональности.

Регулируемая переменная 0% выводится, когда значение процесса выше пропорционального диапазона.

Возможно более плавное управление, чем управление ВКЛ/ВЫКЛ, поскольку выход постепенно изменяется вблизи заданного значения в соответствии с отклонением. Однако, если температура регулируется только пропорциональным действием, она стабилизируется на температуре, которая отличается от уставки (смещения).

Примечание. Если регулятор температуры с диапазоном температур от 0°C до 400°C имеет зону пропорциональности 5%, ширина зоны пропорциональности будет преобразована в температурный диапазон 20°C. В этом случае полный выход остается включенным до тех пор, пока значение процесса не достигнет 90°C, и выход периодически выключается, когда значение процесса превышает 90°C, при условии, что уставка равна 100°C. Когда значение процесса равно 100°C, не будет разницы во времени между периодом ВКЛ и периодом ВЫКЛ (т. е. выход включается и выключается 50% времени).

[I действие (интегральное управляющее действие)]

Действие I (или интегральное действие) увеличивает или уменьшает регулируемую переменную в зависимости от размера и продолжительности отклонения.
Температура стабилизируется на уровне температуры, отличной от уставки (смещения) только за счет пропорционального действия, но отклонение с течением времени будет уменьшаться, а значение процесса будет таким же, как уставка, за счет сочетания пропорционального и целостные действия.

[Действие D (Действие производного управления)]

D-действие (или производное действие) обеспечивает управляемую переменную в ответ на резкие изменения значения процесса из-за таких факторов, как внешнее возмущение, так что управление быстро возвращается к исходному состоянию. Пропорциональное и интегральное действия корректируют результаты контроля, поэтому реакция на резкие изменения задерживается. Действие производной компенсирует этот недостаток и обеспечивает большую управляемую переменную для быстрых внешних возмущений.

[ПИД-регулятор]

ПИД-регулирование представляет собой комбинацию пропорционального, интегрального и дифференциального регулирования. Здесь температура регулируется плавно за счет пропорционального регулирования без скачков, автоматическая регулировка смещения осуществляется за счет интегрального управления, а быстрая реакция на внешнее возмущение становится возможной за счет дифференциального управления.

[Два ПИД-регулятора]

Обычное ПИД-регулирование использует один блок управления для управления реакцией контроллера температуры на заданное значение и на внешние помехи. Следовательно, реакция на уставку будет колебаться из-за перерегулирования, если большое значение придается реагированию на внешние возмущения с параметрами P и I, установленными на малые значения, и параметром D, установленным на большое значение в блоке управления. С другой стороны, контроллер температуры не сможет быстро реагировать на внешние возмущения, если большое значение придается реагированию на уставку (т. е. параметры P и I установлены на большие значения). Это делает невозможным удовлетворение обоих типов ответа в данном случае.
Два ПИД-регулятора обеспечивают хорошую реакцию как на уставку, так и на внешнее возмущение.

ПИД-регулятор

(1)

Реакция на уставку будет медленной, если реакция на внешнее возмущение улучшена.

(2)

Реакция на внешнее возмущение будет медленной, если реакция на уставку улучшена.

Два ПИД-регулятора

(3)

Управляет как уставкой, так и реакцией на внешнее возмущение.

• Верх страницы

Что такое датчик температуры?

Датчик температуры измеряет температуру в месте, где требуется контроль температуры. Он преобразует температуру в физическую величину напряжения или сопротивления и выводит ее.

• Верх страницы

Категории измерения температуры

Существует две категории измерения температуры, как описано ниже.

• Верх страницы

Термопара

Принцип

Термопара представляет собой датчик температуры, в котором используется явление (например, эффект Зеебека), создающее термоэлектродвижущую силу в соответствии с разницей температур между соединяемым концом и открытым концом различных типов металлов, соединенных вместе на одном конце . Сочетание металлов с высокой и стабильной термоэлектродвижущей силой называется термопарой.
Термопары широко используются в промышленности.

Закон промежуточных температур и закон промежуточных металлов

Величина разности потенциалов определяется двумя разными материалами металлических проводов и разницей температур между спаем термопары (т. е. горячим спаем) и эталонным спаем (т. е. холодным спаем). Любая разница в температуре между ними не имеет значения (закон промежуточных температур). Также не будет эффекта, если между ними будут разные типы металлов, если нет разницы в температуре (Закон промежуточных металлов).

Типы термопар

Среди термопар типы K, E, J и T используют неблагородные металлы, а типы B, R и S используют благородные металлы.
Тип термопары выбирается в зависимости от температуры измерения, окружающей среды и точности. Однако обычно используются типы K, J и R.

Характеристики разности потенциалов термопары

Компенсационный провод

Если провод датчика температуры термопары не достигает контроллера температуры, а кабель между датчиком и контроллером температуры удлиняется медным проводом, возникает большая ошибка температуры.
Подводящие провода датчика температуры термопары должны быть дополнены компенсационными проводниками.
Компенсирующий проводник представляет собой кабель, который создает почти такую ​​же термоэлектродвижущую силу, что и термопара. Существуют кабели общего назначения (от -20 до 90°C) и термостойкие кабели (от 0 до 150°C), в зависимости от рабочей температуры окружающей среды. Характеристики этих кабелей определяются JIS. Компенсационные проводники доступны для каждого типа термопары. Необходимо использовать компенсирующий проводник, подходящий для термопары.

• Верх страницы

Платиновый термометр сопротивления

Термометр сопротивления

В этом устройстве используется постоянная зависимость сопротивления металла от температуры.
Условия, необходимые для материала металлической проволоки:

(1) Высокий температурный коэффициент электрического сопротивления и хорошая линейность

(2) Стабильность

(3) Возможность использования в широком диапазоне температур

Материал, который лучше всего соответствует этим условия — платина.
Только платиновый термометр сопротивления предписан JIS.

Платиновый термометр сопротивления

В этом устройстве используется характеристика платины (Pt), которая вызывает увеличение ее электрического сопротивления пропорционально температуре.
В соответствии с редакцией стандартов JIS 1989 г. платиновые термометры сопротивления, которые соответствовали предыдущим стандартам, назывались JPt, а те, которые соответствовали стандартам 1989 г. и более поздним, назывались Pt, но JPt был отменен в редакции 1997 г. Однако все еще существуют системы, использующие JPt, поэтому контроллеры температуры также поддерживают JPt. Характеристики Pt и JPt разные, поэтому необходимо правильно настроить тип входа терморегулятора.

Типы компенсирующих проводов

Сопротивление платинового термометра сопротивления Pt 100 составляет 100 Ом при 0°C, а стандартное отношение сопротивлений (значение R100/R0) 1,3851 низкое, поэтому на него сильно влияет сопротивление компенсирующего подводящего провода.