Princip činnosti termostatu: zařízení

Termostat automaticky udržuje požadovanou teplotu kapaliny v chladicím systému a umožňuje rychlé zahřátí studeného motoru po nastartování.

Konstrukčně mohou být termostaty kapalné (vlnovcové) nebo s pevnou náplní, dále jednoventilové, dvouventilové a dvoustupňové.
Termostaty jsou navíc elektronicky řízeny pomocí sledovacího teplotního čidla a palubního počítače, přičemž konstrukce mechanické části takových termostatů může být různá.

Nejčastěji se termostat instaluje do dráhy pohybu chladicí kapaliny – buď před horní trubku chladicího pláště motoru, nebo před kapalinové čerpadlo (čerpadlo).

Jednoventilové termostaty zcela omezují průtok kapaliny, zatímco dvouventilové termostaty mohou proud kapaliny rozdělovat mezi velký kruh (cirkulace radiátorem) a malý kruh (cirkulace pouze uvnitř chladicího pláště).

Návrh a provoz vlnovcového termostatu

Kapalinový (vlnovcový) termostat (obr. 1, a) se skládá z pouzdra 7 s okny, vlnitý válec 2, naplněné snadno se odpařující kapalinou, což je obvykle směs 2/3 destilovaná voda a 1/3 ethylalkohol, stejně jako ventil 5.
K horní části válce je připájena tyč 3 s ventilem je spodní část válce pevně spojena s držákem 8 pouzdro termostatu. Vřeteno se může pohybovat ve vedení tělesa a otevírat a zavírat ventil.

Pokud je kapalina v měchu studená, ethylalkohol se nevypařuje a ve válci není přetlak. Ventil, který umožňuje proudění chladicí kapaliny do chladiče, je uzavřen.
Jak se chladící kapalina zahřeje, zahřeje se i nádoba se směsí vody a alkoholu a alkohol se začne intenzivně odpařovat, čímž se zvýší tlak v nádobě. Měch se začne roztahovat na délku, působí na vřeteno a otevírá ventil, načež kapalina začíná cirkulovat ve velkém kruhu přes radiátor.
Ventil se začne otevírat při teplotě chladicí kapaliny 70…80 ˚Сa zcela se otevře při určité teplotě 85…95 ˚С.

Konstrukce a provoz termostatu s pevnou výplní

Vlnec (válec) kapalinového termostatu je jeho nejslabším prvkem – na tenké vlnité skořepině se často objevují mikrotrhliny, které vedou k jejímu odtlakování a poruchám. Z tohoto důvodu moderní automobily často používají polovodičové termostaty, jejichž hlavním pracovním prvkem jsou válcové kapsle plněné pevným plnivem, kterým bývá krystalický (granulovaný) ropný vosk (ceresin) smíchaný s mědí, grafitem, hliníkovými pilinami nebo práškem. . Tato látka může při zahřátí výrazně expandovat, když se změní z pevné látky na kapalnou. Kapsle s látkou citlivou na teplo je uzavřena pryžovou vyrovnávací membránou spojenou s tyčí, která ovládá ventil termostatu.

Když se vosk roztaví nebo se začne tavit podobná látka citlivá na teplo, z kapsle se vymáčkne tyč, která otevře ventil termostatu a nechá proudit chladicí kapalinu do chladiče. Když se motor ochladí, například po jeho zastavení, vosk se vrátí do tuhého stavu, ubývá na objemu. V tomto případě se tyč, která ovládá ventil termostatu, vrátí do své původní polohy a uzavře velký kruh chladicího systému.

Činnost termostatu s pevnou výplní je znázorněna na Obr. 1, b. K tělu 7 pružina termostatu 13 ventil je neustále stlačen 5, otočně připojená k tyči 3. Tyč spočívá na gumové membráně 11, který je upnut balónkem 9 a vodicí pouzdro. Dokud se motor nezahřeje, je plnička (ceresin) v pevném stavu a ventil termostatu je uzavřen. Když teplota chladicí kapaliny dosáhne 70˚Ceresin taje a zvětšuje se jeho objem. Současně tlačí na membránu, ta se ohýbá nahoru a tlačí na nárazník 13 na tyči, která otáčí ventilem 5, v důsledku čehož chladicí kapalina vstupuje do chladiče.

S klesající teplotou chladicí kapaliny se objem ceresinu zmenšuje a ventil termostatu se zavírá působením vratné pružiny.

Častou nevýhodou termostatů s náplněmi citlivými na teplo je přerušení cirkulace kapaliny přes chladič při nízkých okolních teplotách (například v zimě), kdy motor ještě není zahřátý.
Pokud je chladicí systém naplněn vodou, může to vést k zamrznutí spodní nádrže nebo trubek jádra chladiče, což způsobí jeho selhání. Zamrznutí vody může také nastat ve spodní pryžové trubce – stává se tvrdou na dotek. V tomto případě se motor může rychle přehřát, protože cirkulace vody v malém kruhu nezajišťuje správné chlazení součástí.
Proto je v zimních systémech chlazení motoru s termostaty vhodné používat nízkotuhnoucí kapaliny nebo izolovat chladič. Pokud přesto voda v systému zamrzne, musí být auto naléhavě umístěno do teplé garáže nebo musí být zamrzlé oblasti chladicího systému nality vařící vodou.

Elektronický termostat

Nejmodernějším typem tohoto zařízení je elektronicky řízený termostat. Pomocí elektronického řídicího systému je zajištěn nejoptimálnější proces chlazení motoru a konstrukce může pracovat v automatickém i manuálním režimu.
Elektronicky řízené termostaty jsou instalovány na moderních osobních vozech vybavených palubním počítačem pracujícím pod řízením programu, který hlídá mimo jiné i termostat.

U některých motorů mohou být instalovány dva termostaty. Tato konstrukce se často používá u motorů vybavených duálním chladicím systémem, kdy jeden z termostatů hlídá ohřev teplotně citlivého prvku, druhý hlídá teplotu chladicí kapaliny.

Termostat je velmi důležitou součástí chladicího systému a jeho porucha může vést k poruše motoru v důsledku přehřátí. Pokud z nějakého důvodu selže termostat při zavřeném ventilu, chladicí kapalina nevstoupí do chladiče a cirkuluje v malém kruhu a zahřívá se stále více.
Porucha termostatu při otevřeném ventilu je méně nebezpečná – může vést pouze k nedostatečnému zahřátí motoru během provozu.
Nejčastější příčinou poruchy termostatu je koroze jeho částí, vedoucí k jejich zaseknutí.
Elektronický termostat se nejčastěji porouchá v důsledku nesprávného chodu motoru a příliš častých startů a zastavení.

Termostat (z řeckého therme – teplo, teplo; statos – stojící, nehybný), zařízení pro udržování dané teploty. Existují dvě hlavní skupiny:

• kompletní zařízení, jako je laboratorní termostat pro kultivaci mikroorganismů;
• čidlo, které při dosažení určité nastavené teploty zapne nebo vypne akční člen.

Produkty jsou také rozděleny do dvou typů:

• mechanické. Využívají mechanické (fyzikální) vlastnosti materiálů, například mění geometrii materiálu nebo jeho objem. Zvláštností těchto produktů je, že nemají vlastní spotřebu energie;
• elektronický. Tato zařízení používají teplotní čidlo, z něhož jsou odečtené údaje čteny elektronickým obvodem.

Rtuťové termostaty

Jsou jedním z úplně prvních typů zařízení a v současnosti se nepoužívají (kvůli toxicitě rtuti).

Existují dva principy fungování produktu:

1. rtuť, která vystoupila do určené výšky v termometrické nádobě, uzavírá elektrické kontakty nebo ovlivňuje některé zařízení. Přesnost takového termostatu dosahovala 0,01°C, proto se používal především v průmyslových podmínkách,
2. rtuťový senzor namontovaný na bimetalovém prvku, který při změně teploty změní svou polohu nebo konfiguraci a aktivuje rtuťový mechanismus. Přesnost závisí na přesnosti bimetalového prvku a dosáhla 0,5°C. Zařízení bylo používáno v průmyslových i domácích podmínkách.

Na obrázku je znázorněno zařízení rtuťového termostatu. Baňka se rtutí je připevněna k bimetalovému prvku, který reaguje na teplotu a naklání baňku jedním nebo druhým směrem. Při naklonění žárovky na jednu stranu se kontakty sepnou a při naklonění žárovky druhým směrem se kontakty otevřou.

Bimetalické mechanické termostaty

Bimetalový prvek (disk, cívka, páska) se díky svým přirozeným vlastnostem prudce ohne při dosažení reakční teploty a aktivuje akční člen – elektrické kontakty nebo ventil. Zařízení se vrátí do původního stavu buď automaticky (obvykle se používá v systémech chránících systémy před přehřátím nebo přechlazením), nebo při vystavení bimetalovému prvku (pomocí knoflíku lze nastavit požadovanou úroveň teploty). Používá se v levných systémech regulace teploty – domácí topidla, tepelné clony atd.). Přesnost velmi závisí na kvalitě použitého bimetalu a obvykle se pohybuje v rozmezí 0,5–4 °C.

Voskové termostaty

Obvykle se používá v chladicím systému automobilových motorů. Regulací průtoku chladicí kapaliny a směšovací kapaliny o různých teplotách (cirkulujících velkými a malými okruhy) umožňuje zařízení udržovat optimální teplotní úroveň (v závislosti na značce vozu) v rozmezí 70-95°C. V utěsněné komoře, ve které je vosková deska umístěna, je speciální zařízení, které otevře ventil, pokud se provozní teplota zvýší.

Kapilární termostaty

Používá se v topných systémech, plynových pecích, kotlích, systémech ochrany proti přehřátí. Podle způsobu provedení se rozlišují termostaty nastavené na danou teplotu a nastavitelné. Zařízení se skládá z baňky naplněné plynem nebo kapalinou, spojené s ovládacím prvkem pomocí tenké trubičky – kapiláry. Konec trubky je umístěn v tělese termostatu a připojen k membráně. Při zahřátí se plyn (kapalina) rozpíná a vyvíjí tlak na membránu, čímž se aktivuje akční člen – elektrické kontakty nebo ventil, který reguluje průtok chladicí kapaliny.

Elektronické termostaty

Pro takové termostaty existují dvě technická řešení:

1. Používají se mechanické termostaty, z nichž se „odečty“ odečítají pomocí elektronického pohonu. Přesnost měření takových výrobků není obvykle příliš vysoká;
2. používají se elektronické měřicí přístroje – termočlánky, odporové snímače, pn přechody polovodičových součástek, infračervené snímače.

Příchozí informace z měřicích zařízení jsou přiváděny do elektronického obvodu, který posílá příkaz(y) do akčního členu. Takové elektronické termostaty jsou přesnější zařízení. Je jich celá řada – s indikátory teploty, programovatelné, nastavitelné atd. Oblast použití: klimatizační systémy, systémy podlahového vytápění, domácí elektrické ohřívače s digitálním zobrazením informací, elektrické pece atd.

Kapalinové termostaty

Jedná se o poměrně složité zařízení určené k regulaci od -120°C do 400°C (v závislosti na modelu) a přesné udržování (až 0.01K) teploty v laboratorních podmínkách. Obecný princip činnosti termostatu je založen na udržování nastavené teploty ohřevem a chlazením chladicí kapaliny cirkulující v pracovní lázni. Ohřev chladicí kapaliny a udržování nastavené teploty se provádí pomocí ohřívače a teplotního čidla umístěného v nádrži a elektronického regulátoru, chlazení – výměnou tepla s okolím a při teplotách blízkých okolí – navíc pomocí výměníku tepla.

Termostaty pro suchý vzduch

Navrženo pro regulaci a přesné udržování teploty v laboratorních (například inkubátorech) a/nebo průmyslových podmínkách. Obecný princip činnosti výrobku je založen na udržování dané teploty ohřevem a chlazením chladicího plynu (zejména vzduchu) cirkulujícího v pracovní komoře.