Гистерезис термостата что это
Скрытые параметры комнатных терморегуляторов.
Но для того чтобы не возникал дребезг (бесконечное дергание в виде кратковременных включений/выключений) должен быть гистерезис.
Но есть еще несколько скрытых параметров.
Технические параметры терморегуляторов рассматривал в статье «Какие бывают терморегуляторы».
Здесь остановлюсь на неочевидных параметрах логики работы комнатных терморегуляторов, таких как:
Гистерезис (диапазон) терморегулятора.
То-есть в логике работы терморегулятора задается две температуры: установленная температура, и температура, вычисленная из установленной арифметическими действиями с гистерезисом.
Терморегулятор поддерживает не установленную температуру, а диапазон температур, шириной в гистерезис.
Существуют и терморегуляторы с явным заданием точки включения и точки выключения. Это обычно дешёвые терморегуляторы в форм-факторе не для комнатной установки:
Гистерезис заявлен в руководстве по эксплуатации, и даже в разделе product info для терморегуляторов на AliExpress можно прочитать этот параметр.
Обычно он не бывает меньше 0.5, а часто вообще равен 1.
Шаг установки (точность регулирования) терморегулятора.
А вот это уже скрытый и нигде не декларируемых параметр.
Задание установленной температуры кнопками +/- осуществляется с определенным шагом.
И если в приведённом выше примере дешевого терморегулятора шаг установки температур составляет 0,1 градус, то для комнатных терморегуляторов шаг установки не менее 0,5 градусов.
В большинстве же терморегуляторов шаг установки вообще 1 градус.
Погрешность (точность измерения) терморегулятора.
При преобразовании измеренной температуры в цифровое значение происходит отбрасывание знаков после запятой с понижением точности.
Точность более 0,1 очевидно что не нужна.
Часто в комнатных терморегуляторах выбрана точность 0,5.
Но точность 1 кажется слишком грубой.
Тем не менее встречаются терморегуляторы, у которых не отображаются вообще знаки после запятой.
Ещё заметил что у некоторых терморегуляторов точность значения температуры, участвующего в вычислениях, и точность отображаемого значения различаются.
Самая плохая логика работы терморегулятора.
Реальный диапазон поддерживаемой температуры получается 2-3 градуса.
Что такое гистерезис температуры газового котла отопления
Современные системы отопления требуют настройки множества параметров, и гистерезис является одним из важнейших из них. Это сказывается не только на тепловом комфорте дома, но и на расходах на отопление. Проверьте, к чему относится этот параметр и как его правильно настроить!
Что такое гистерезис температуры?
При выборе дизайна дома большинство людей обращают внимание не только на его архитектуру, но и на возможные затраты на его содержание. Несомненно, наиболее важным фактором в этом отношении является отопление, потому что в нашем климате отопительный сезон часто длится более полугода.
С помощью гистерезиса можно регулировать работу нагревательного устройства в соответствии с потребностями, т.е. предотвратить его слишком частое включение, что приводит к более высокому потреблению энергии, или слишком редкое включение, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на эффективности установки.
Что означает гистерезис котла центрального отопления?
При достижении температуры 55 o C котел автоматически перейдет в поддерживающий режим. Устройство запустится только тогда, когда фактическая температура упадет до 52 o C, то есть на 3 o C, потому что именно так определялся гистерезис.
Что означает гистерезис ГВС?
Таким же образом можно объяснить, что такое гистерезис ГВС, т.е. котла, который нагревает техническую воду. В этом случае устройство также включится только тогда, когда датчик покажет, что температура упала с заданного значения на определенное значение. Если гистерезис установлен на 5 o C, а заданная температура составляет 55 o C, насос ГВС будет запущен, когда фактическая температура воды упадет до 50 o C.
Однако стоит отметить, что эффективность гистерезиса ГВС зависит от расположения датчика температуры в котле. Вода остывает снизу, поэтому лучше, если датчик будет собирать данные с этой части устройства. Тогда проще решить, как установить гистерезис ГВС, потому что при определенном перепаде температуры в нижней части котла более теплая вода из его верхней части еще некоторое время будет поступать в краны.
Оптимальный гистерезис котла
Вы уже знаете, что такое гистерезис котла, теперь пора объяснить, каким должно быть его оптимальное значение. Начнем с того, что многие печи имеют заводское значение для этого параметра, и его нельзя изменить.
По возможности соблюдайте общие правила:
Частый запуск устройства с низким гистерезисом способствует его более быстрой работе, а также потреблению довольно большого количества энергии для самого запуска. В свою очередь, поддержание высокого гистерезиса вызывает большие колебания температуры, но с другой стороны, такой способ отопления дома считается более экономичным.
Оптимальный гистерезис пеллетной печи
Оптимальный гистерезис печи для эко-горошка
Гистерезис газового котла
Оптимальный гистерезис масляной печи
Диапазон гистерезиса котлов, работающих на жидком топливе, обычно высок, поскольку он может составлять от 1 для C 20 даже для C. В целом, более высокое значение параметра влияет на эффективное использование энергии, но при его настройке необходимо учитывать энергетические показатели здания.
Гистерезис комнатного регулятора
Также имеется гистерезис для комнатного контроллера. Однако в этом случае он обычно устанавливается на заводе и не может быть изменен. Причем обычно он существенно отличается от гистерезиса котла, так как составляет максимум 0,4 или 0,5 o C.
Какой гистерезис используется для теплого пола?
Полы с подогревом обладают высокой тепловой инерцией, а это означает, что пол медленно нагревается и медленно остывает, и поэтому точно контролировать температуру в комнате намного сложнее.
Итак, каков оптимальный гистерезис для теплого пола? Как правило, как можно ниже, ниже 1 ° C, потому что только тогда можно обеспечить относительно стабильную температуру в помещениях.
Что такое гистерезис терморегулятора
Электрические приборы, которые преобразуют электрическую энергию в тепловую не могут работать без терморегулятора. Этот элемент позволяет автоматически регулировать период работы прибора с некоторым замедлением. Статья даст подробное описание, что такое гистерезис терморегулятора, даст определение этому эффекту, опишет принцип его действия.
Определение
Прежде чем разобраться как работает терморегулятор, необходимо знать, что это такое гистерезис. Гистерезисом является физическое свойства вещества, материала или системы реагировать на раздражитель, возбудитель, давление с некоторым отставанием по времени. Реакция может сопровождаться частичным или полным восстановлением исходного состояния. При этом способность сопротивления на внешнее воздействие, дальнейшее восстановление зависят от свойств материала. Гистерезис любого терморегулятора — что это такое? Гистерезис терморегулятора — это разница температур между включением и отключением прибора.
Терморегулятор
Термостат или терморегулятор, это устройства контроля температуры. Элемент оснащается специальной биметаллической пластиной, которая имеет свойство к расширению при нагревании. Расширение значительно снижает механическую упругость пластины, за счет чего она отщелкивается, размыкает контакт питания нагревательного прибора.
Гистерезис терморегулятора
Теперь можно соединить явление с его использованием в конкретном электрическом элементе. Гистерезис терморегулятора определяет разницу температуры включения и выключения нагревательного прибора. Работает регулятор следующим образом:
Таким образом прибор будет автоматически включаться или выключаться, реагируя на температуру контактной пластины, контролируя климат в помещении.
Гистерезис для различных приборов может составлять от 0.015 градусов до 5–10. Зависит от его назначения и требуемых параметров рабочей температуры. Данный параметр очень важен:
Гистерезис в нагревательном приборе позволяет не только поддерживает температуру, но и отвечает за общую безопасность. Периодическое выключение и наличие температурного предела нагрева может предотвратить возгорание, если нагревательное устройство повреждено или упало.
Принцип работы
Самым простым и распространенным примером терморегулятора является устройство контроля температуры утюга. Он состоит из биметаллической подвижной контактной пластины и неподвижного контакта. Регулятор подключен в цепь питания через одну жилу. Работает элемент следующим образом:
Иными словами, регулируется не температурный режим, а время реакции на повышение температуры за счет механического воздействия на контактную пластину.
Разновидности
Современные нагревательные приборы могут оснащаться регулируемым или фиксированным регулятором температуры. От данной характеристики зависит цикличность переключения элемента.
Приобретая нагревательный прибор важно знать о цикличности его работы. Это поможет настраивать и поддерживать необходимый режим.
Заключение
Гистерезис в терморегуляторе имеет полезное значение. Замедленная реакция на внешнее воздействие помогает в нужное время отреагировать на разницу температуры.
Видео по теме
Температурный гистерезис вгетерогенномкатализе
Что такое гистерезис?
Говоря простым и понятным языком – гистерезис это ответная, запоздалая реакция некой системы на определённый раздражитель (воздействие). При устранении причины, вызвавшей ответную реакцию системы, либо в результате противоположного действия, она полностью или частично возвращается к первоначальному состоянию. Причём для такого явления характерно то, что поведение системы между крайними состояниями не одинаково. То есть: характеристики перехода от первоначального состояния и обратно – сильно отличаются.
Явление гистерезиса наблюдается:
Гистерезис может иметь как полезное, так и пагубное влияние на происходящие процессы. Это отчётливо просматривается в электротехнике и электронике, о чём речь пойдёт ниже.
Другие свойства
Кроме магнитного гистерезиса, также различают гальвономагнитный и магнитострикционный эффекты. В этих процессах наблюдается изменение электрического сопротивления за счет механической деформации материала. Сегнетоэлектрики под действием деформационных сил способны вырабатывать электрический ток, что объясняется пьезоэлектрическим гистерезисом. Также существует понятие электрооптического и двойного диэлектрического гистерезиса. Последний процесс имеет обычно наибольший интерес, так как сопровождается двойным графиком в зонах, приближающихся к точкам насыщения.
Динамический гистерезис
Рассмотрим явление запаздывания ответной реакции во времени на примере механической деформации. Предположим у нас есть металлический стержень, обладающий упругой деформацией. Приложим к одному концу стержня силу, направленную в сторону другого конца, который покоится на опоре. Например, поставим стержень под пресс.
По мере возрастания давления, тело будет сжиматься. В зависимости от механических характеристик металла, реакция стержня на приложенную силу (напряжение) будет проявляться по-разному: вначале сила упругости постепенно будет возрастать, потом она резко устремится к пороговому значению. Достигнув порогового значения, сила упругого напряжения уже не сможет противодействовать возрастающему нагружению.
Если увеличивать силу давления, то в стержне произойдут необратимые изменения – он, либо изменит свою форму, либо разрушится. Но мы не будем доводить наш эксперимент до такого состояния. Начнём уменьшать силу давления. Реакция напряжения при этом будет меняться зеркально: вначале резко понизится, потом постепенно будет стремиться к нулю, по мере разгрузки.
Отставание процесса развития деформации во времени, под действием приложенного механического напряжения вследствие упругого гистерезиса описывается динамической петлей (см. рис. 2). Явление обусловлено особенностями перемещений дислокаций микрочастиц вещества.
Различают упругий гистерезис двух видов:
Причиной динамического гистерезиса являются также силы термоупругости и магнитоупругости.
Для чего нужен гистерезис терморегулятора
Сегодня, большинство устройств по контролю над температурным режимом имеют функции как установки нужной температуры, так и настройки гистерезиса. Что же такое гистерезис терморегулятора? Это величина температуры, при которой сигнал противоположно меняется. Благодаря настройке гистерезиса реле осуществляет включение или выключение подключенного к нему оборудования.
То есть гистерезис – это разница между температурами включения и выключения приборов, обеспечивающих нагревание или охлаждение среды.
Так, например, если гистерезис терморегулятора равен 2 °С, а само устройство выставлено на 25 °С, то при понижении температуры окружающей среды до 23 °С термореле запустит оборудование, контролирующее обогрев комнаты. Такое оборудование может быть представлено электрическим обогревателем или газовым котлом отопления. При этом, чем больше будет гистерезис, тем реже будет запускаться термореле. Это следует учитывать в том случае, если главной целью установки автоматического терморегулятора является экономия электроэнергии.
Петля гистерезиса
Кривая, характеризующая ход зависимости ответной реакции системы от приложенного воздействия называется петлёй гистерезиса (показана на рис. 1).
Рис. 1. Петля гистерезиса
Все петли, характеризующие циклический гистерезис, состоят из одной или нескольких замкнутых линий различной формы. Если после завершения цикла система не возвращается в первоначальное состояние, (например, при вязкоупругой деформации), то динамическая петля имеет вид кривой, показанной на рисунке 2.
Рис. 2. Динамическая петля
Анализ гистерезисных петель позволяет очень точно определить поведение системы в результате внешнего воздействия на неё.
Гистерезис в электротехнике
Важными характеристиками сердечников электромагнитов и других электрических машин являются параметры намагничивания ферромагнитных материалов, из которых они изготавливаются. Исследовать эти материалы помогают петли ферромагнетиков. В данном случае прослеживается нелинейная зависимость внутренней магнитной индукции от величины внешних магнитных полей.
На процесс намагничивания (перемагничивания) влияет предыдущее состояние ферромагнетика. Кроме того, кривая намагничивания зависит от типа ферромагнитного образца, из которого состоит сердечник.
Если по катушке с сердечником циркулирует переменный ток, то намагничивания образца приводит к отставанию намагничивания. В результате намагничивания сердечника происходит сдвиг фаз в цепи с индуктивной нагрузкой. Ширина петли гистерезиса при этом зависит от гистерезисных свойств ферромагнетиков, применяемых в сердечнике.
Это объясняется тем, что при изменении полярности тока, ферромагнетик какое-то время сохраняет приобретённую ориентацию полюсов. Для переориентации этих полюсов требуется время и дополнительная энергия, которая израсходуется на нагревание вещества, что приводит к гистерезисным потерям. По величине потерь материалы подразделяются на магнитомягкие и магнитотвёрдые (см. рис. 3).
Рис. 3. Классификация магнитных материалов
Магнитный гистерезис в ферромагнетиках отображает зависимость вектора намагничивания от напряженности электрического поля (см. Рис. 3). Но не только изменение поля по знаку вызывает гистерезис. Вращение поля или (что, то же самое) магнитного образца, также сдвигает временные характеристики намагничивания.
Рис. 4. Петли гистерезиса под действием изменения напряжённости поля
Обратите внимание, что на рисунке изображены двойные петли. Такие петли характерны для магнитного гистерезиса.
В однодоменных ферромагнетиках, которые состоят из очень маленьких частиц, образование доменов не поддерживается (не выгодно с точки зрения энергетических затрат). В таких образцах могут происходить только процессы магнитного вращения.
Рис. 5. Механизм возникновения петли магнитного гистерезиса
В электротехнике гистерезисные свойства используются довольно часто:
Явления диэлектрического гистерезиса
У диэлектриков отсутствуют свободные заряды. Электроны тесно связаны со своими атомами и не могут перемещаться. Другими словами, у диэлектриков спонтанная поляризация. Такие вещества называются сегнетоэлектриками.
Однако под действием электрического поля заряды в диэлектриках поляризуются, то есть изменяют ориентацию в противоположные стороны. С увеличением напряжённости поля абсолютная величина вектора поляризации возрастает по нелинейному принципу. В определённый момент поляризация достигает насыщённости, что вызывает эффект диэлектрического гистерезиса.
На изменение поляризации уходит часть энергии, в виде диэлектрических потерь.
Описание явления магнитного гистерезиса
Мы знаем, что магнитный поток, создаваемый электромагнитной катушкой, представляет собой величину магнитного поля или силовых линий, создаваемых в данной области, и что его чаще называют «плотностью потока», обозначенным символ B с единицей измерения Тесла, Т.
Мы также знаем из предыдущих уроков, что магнитная сила электромагнита зависит от числа витков катушки, тока, протекающего через катушку, или от типа используемого материала сердечника, и если мы увеличим либо ток, либо число оказывается, мы можем увеличить напряженность магнитного поля H.
Тогда плотность магнитного потока в материале будет увеличена в большей степени в результате его относительной проницаемости для материала по сравнению с плотностью магнитного потока в вакууме, µ o H, а для катушки с воздушной сердцевиной это соотношение определяется как:
Гистерезис в электронике
При срабатывании различных пороговых элементов, часто применяемых в электронных устройствах, требуется задержка во времени. Например, гистерезис используется в компаратороах или триггерах Шмидта с целью стабилизации работы устройств, которые могут срабатывать в результате помех или случайных всплесков напряжения. Задержка по времени исключает случайные отключения электронных узлов.
На таком принципе работает электронный термостат. При достижении заданного уровня температуры устройство срабатывает. Если бы не было эффекта задерживания, частота срабатываний оказалась бы неоправданно высокой. Изменение температуры на доли градуса приводило бы к отключению термостата.
На практике часто разница в несколько градусов не имеет особого значения. Используя устройства, обладающего тепловым гистерезисом, позволяет оптимизировать процесс поддержания рабочей температуры.
Особенности физического явления
Мы же остановимся именно на гистерезисе в электронной технике, связанным с магнитными процессами в различных веществах. Он показывает, как себя ведет тот или другой материал в электромагнитном поле, а это тем самым позволяет строить графики зависимости и снимать какие-то показания сред, в которых находятся эти самые материалы. Например, этот эффект используется в работе терморегулятора.
Рассматривая более подробно понятие гистерезиса и эффект с ним связанный, можно заметить такую особенность. Вещество, обладающее такой особенностью, способно переходить в насыщение. То есть, это то состояние, при котором оно больше не способно накапливать в себе энергию. А при рассмотрении процесса на примере ферромагнитных материалов энергия выражается намагниченностью, которая возникает благодаря имеющейся магнитной связи между молекулами вещества. А они создают магнитные моменты – диполи, которые в обычном состоянии направлены хаотически.
Намагниченность в данном случае – это принятие магнитными моментами определенного направления. Если же они направлены хаотически, то ферромагнетик считается размагниченным. Но когда диполи направлены в одну сторону, то материал намагничен. По степени намагниченности сердечника катушки можно судить о величине магнитного поля, создаваемого током, протекающим по ней.
Мастерам на все руки будет интересна статья о том, как самостоятельно подключить ходовые огни.
Термостат с регулируемым гистерезисом (CD4001)
Как правильно настроить гистерезис
Что такое гистерезис в температурах и давлениях?
Гистере́зис
(в переводе с греческого — отстающий) — свойство систем (физических, логических, биологических и т. д.), мгновенный отклик которых на приложенные к ним воздействия зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией.
Многие устройства по регулировке и контролю температуры систем отопления имеют настройку не только температуры, но и обязательную настройку гистерезиса, которая позволяет уменьшить количество переключения в единицу времени между двумя положениями: Вкл / Выкл. Гистерезис также позволяет повысить точность регулировки температуры уменьшением гистерезиса.
На сегодняшний день в основном существует только дуальный гистерезис, имеющий только два положения.
К примеру, мы рассмотрим два варианта:
1. Температурный гистерезис – для логики темростатов
2. Гистерезис давления – реле включения / отключения насосов
Как известно у них имеется только два варианта: Вкл / Выкл.
Данное понятие можно разделить на две составляющее:
1. Обозначить этим термином само явление, что существует гистерезис. Например, что данная система обладает гистерезисом.
2. Обозначить значение гистерезиса. Например, сказать, что гистерезис равен 2 градусам.
Гистерезисом называется или величина, при котором сигнал меняется на противоположный сигнал. Или сам эффект при котором, действие переключения на противоположный сигнал осуществляется с некоторой задержкой по величине влияния. (Например, при достижение нормы температуры и превышение этой нормы сигнал изменится не сразу, а по достижению той самой величины гистерезиса).
График температурного гистерезиса
Пример для термостата
Термостат настроен на 25 градусов с гистерезисом 2 градуса.
Предположим что температура помещения 20 градусов. Когда температура достигнет 27 градусов термостат переходит в положение отключения. После этого температура помещения будет падать. Когда температура достигнет 23 градусов, то термостат переходит в положение включения. Цикл замыкается.
Пример для реле давления
Реле настроено на два порога: Порог включения 1,2 Bar, порог отключения 3 Bar
Гистерезис при этом будет равен 0,9 Bar. (3-1,2)/2=0,9
Когда давление составляет 1 Bar, реле замыкает контакт. Когда давление достигает 3 Bar, реле размыкает контакт. Когда давление достигает 1,2 Bar, реле вновь замыкает контакт. Цикл повторяется.
Вот собственно так и нужно понимать логику гистерезиса.
Если бы давление включение и отключения имели одно значение, то гистерезиса бы не было. То есть если порог включения равен порогу отключения, то в такой системе отсутствует гистерезис.
А поскольку комнатные термостаты обладают разными порогами включения и отключения, то такая система обладает гистерезисом. Гистерезис в свою очередь позволяет реже производить переключение между двумя положениями: Вкл / Выкл. Но чем больше гистерезис, тем выше скачкообразное изменение температуры.
Существуют другие графики гистерезисов. Например, магнитный гистерезис
Хитрый алгоритм с опережением
Рассмотренный далее алгоритм позволяет выключать и включать реле заранее, анализируя скорость изменения температуры. Если система чувствует, что температура растёт и может подняться выше установки – она выключает реле, и наоборот. Такой способ называется управлением с обратной связью по скорости изменения величины. Сама скорость изменения вводится в алгоритм как производная – изменение величины, делённое на время, за которое произошло изменение. Далее это изменение умножается на некий коэффициент, который играет роль коэффициента усиления и уникален для каждой системы, подбирается вручную в диапазоне от 0.001 до 1000, зависит от инертности системы и выбранного периода работы регулятора. Сам алгоритм можно представить в виде функции:
Данный алгоритм реализован у меня в библиотеке GyverRelay, вот тут на неё есть вся документация, примеры и прочее. Рассмотрим простой пример:
Как можно видеть, библиотека очень простая: настраиваем установку и гистерезис – система будет стараться удержать установку внутри него, то есть он играет больше роль окна точности. Далее передаём в регулятор значение с датчика, а он нам выдаёт 1 или 0 – включать или выключать реле. И всё! График на той же системе выглядит вот так, регулятор работает просто потрясающе! Такая точность даже и не снилась классическим схемам с гистерезисом.
Как настроить: для быстрой системы, как у меня (обмотанный нихромом термистор), нужно выбирать время опроса датчика поменьше, то есть опрашивать датчик почаще. У меня хороший результат получился на 2 опросах в секунду. Для больших инерционных систем можно брать период в несколько секунд или даже минут. Алгоритм измеряет скорость изменения температуры за это время и умножает его на коэффициент. Если во время работы система перелетает через гистерезис, нужно увеличить коэффициент, чтобы реле выключалось и включалось раньше.
Скрытые параметры комнатных терморегуляторов.
Человек ощущает себя комфортно в довольно таки узком диапазоне температур. 22 градуса может казаться жарко, а 21 градус — прохладно. Но мало какие терморегуляторы могут обеспечить такую точность. Рассмотрим ключевые параметры имеющихся в продаже комнатных терморегуляторов.
Казалось бы, на терморегуляторе устанавливается значение температуры — о чем ещё можно говорить?
Но для того чтобы не возникал дребезг (бесконечное дергание в виде кратковременных включений/выключений) должен быть гистерезис.
Но есть еще несколько скрытых параметров.
Технические параметры терморегуляторов рассматривал в статье «Какие бывают терморегуляторы».
Здесь остановлюсь на неочевидных параметрах логики работы комнатных терморегуляторов, таких как:
Гистерезис (диапазон) терморегулятора.
Что такое гистерезис понятно — разница между точкой включения и точкой выключения.
То-есть в логике работы терморегулятора задается две температуры: установленная температура, и температура, вычисленная из установленной арифметическими действиями с гистерезисом.
Терморегулятор поддерживает не установленную температуру, а диапазон температур, шириной в гистерезис.
Существуют и терморегуляторы с явным заданием точки включения и точки выключения. Это обычно дешёвые терморегуляторы в форм-факторе не для комнатной установки:
Гистерезис заявлен в руководстве по эксплуатации, и даже в разделе product info для терморегуляторов на AliExpress можно прочитать этот параметр.
Обычно он не бывает меньше 0.5, а часто вообще равен 1.
Гистерезис в 1 градус — это много.
Ещё стоит обратить внимание на то — чем является установленная на терморегуляторе температура.
Это может быть как точка включения — нижняя граница диапазона, так и точка выключения — верхняя граница диапазона.
Как сделать термореле своими руками
Подходящее по способу действия термореле можно заказать в интернет-магазине, а можно собрать своими руками. Чаще всего, самодельные регуляторы температуры воздуха рассчитываются на питание от аккумулятора на 12 В. Можно запитать термореле и к электропроводке через силовой кабель.
Для того чтобы смастерить терморегулятор, необходимо заранее подготовить корпус прибора и другие инструменты для работы
Для того, чтобы собрать надежный терморегулятор с датчиком следует:
Для питания терморегулятора можно взять катушку от старого электромеханического электросчетчика. Для получения необходимого напряжения в 12 В, нужно будет намотать на катушку 540 витков. Для этого лучше всего использовать медный провод диаметром не менее 0,4 мм.
Погрешность (точность измерения) терморегулятора.
При преобразовании измеренной температуры в цифровое значение происходит отбрасывание знаков после запятой с понижением точности.
Точность более 0,1 очевидно что не нужна.
Часто в комнатных терморегуляторах выбрана точность 0,5.
Но точность 1 кажется слишком грубой.
Тем не менее встречаются терморегуляторы, у которых не отображаются вообще знаки после запятой.
Ещё заметил что у некоторых терморегуляторов точность значения температуры, участвующего в вычислениях, и точность отображаемого значения различаются.
Термоизоляция моторного отсека в т.ч. термоодеялом не ускоряет прогрев двигателя.
Мои друзья спорили о термоизоляции. Один говорил, что термоизоляция моторного отсека (МО) влияет на скорость прогрева двигателя. Другой говорил, что не влияет. Я решил провести эксперимент. Утеплил моторный отсек и поставил жалюзи. В мороз в –25 °С поехал на работу и фиксировал температуру двигателя и МО. Жалюзи были плотно закрыты. На следующий день при той же температуре открыл капот и жалюзи и снова поехал на работу. Также записывал температуру двигателя и моторного отсека. Потом нарисовал графики.
Единственное, в данном вопросе нужно сначала определиться с термином прогрев. Если мы считаем, что прогрев это нагревание до температуры +50 °С ОЖ, то теплоизоляция однозначно не влияет на скорость прогрева. Если всё-таки мы считаем, что прогрев идет до максимальной температуры ОЖ, то выводы следующие:
1. От –25 °С до +50 °С скорость прогрева одинакова и утепление на нее не влияет.
2. От +50 °С до +70 °С скорость прогрева чуть больше с утеплением.
3. От +70 °С до +100 °С скорость прогрева больше с утеплением.
Строго говоря, любая теплоизоляция моторного отсека (в т.ч. теплоодеяло) хорошо работает не в фазе нагрева ДВС, а в фазе остывания, когда она удлиняет остывание МО и двигателя в т.ч. И происходит это благодаря «перекрытию» канала рассеивания тепла конвекцией и излучением.
Что такое гистерезис?
Говоря простым и понятным языком – гистерезис это ответная, запоздалая реакция некой системы на определённый раздражитель (воздействие). При устранении причины, вызвавшей ответную реакцию системы, либо в результате противоположного действия, она полностью или частично возвращается к первоначальному состоянию. Причём для такого явления характерно то, что поведение системы между крайними состояниями не одинаково. То есть: характеристики перехода от первоначального состояния и обратно – сильно отличаются.
Явление гистерезиса наблюдается:
Гистерезис может иметь как полезное, так и пагубное влияние на происходящие процессы. Это отчётливо просматривается в электротехнике и электронике, о чём речь пойдёт ниже.
Динамический гистерезис
Рассмотрим явление запаздывания ответной реакции во времени на примере механической деформации. Предположим у нас есть металлический стержень, обладающий упругой деформацией. Приложим к одному концу стержня силу, направленную в сторону другого конца, который покоится на опоре. Например, поставим стержень под пресс.
По мере возрастания давления, тело будет сжиматься. В зависимости от механических характеристик металла, реакция стержня на приложенную силу (напряжение) будет проявляться по-разному: вначале сила упругости постепенно будет возрастать, потом она резко устремится к пороговому значению. Достигнув порогового значения, сила упругого напряжения уже не сможет противодействовать возрастающему нагружению.
Что такое термореле с регулировкой температуры
Термореле с регулировкой температуры – это электромеханический прибор, предназначенный для контроля температуры в неагрессивной среде. Регулировка температуры посредством устройства происходит благодаря способности реле размыкать и замыкать контакты электрической цепи, в соответствии с изменениями температурного режима.
Это позволяет использовать отопительные приборы только по их фактической необходимости.
Так, например, термореле с внешними теплочувствительными датчиками можно использовать для регулирования работы отопительной системы в зависимости от погодных условий. Регулятор будет включать отопительные приборы при понижении температуры на улице ниже заданной.
Кроме того, термореле можно использовать для:
Существует несколько видов термореле. В основном, устройства различаются по исполнению. При этом, их устройство остается практически неизменным. К основным конструктивным элементам термореле относят термочувствительный датчик и терморегулятор, подающий сигнал на включение или выключение приборов обогрева и кондиционирования. Информация о фактическом и заданном температурных режимах, обычно, выводится на цифровой дисплей устройства, а светодиодный индикатор сигнализирует о рабочем состоянии реле.
Петля гистерезиса
Кривая, характеризующая ход зависимости ответной реакции системы от приложенного воздействия называется петлёй гистерезиса (показана на рис. 1).
Рис. 1. Петля гистерезиса
Все петли, характеризующие циклический гистерезис, состоят из одной или нескольких замкнутых линий различной формы. Если после завершения цикла система не возвращается в первоначальное состояние, (например, при вязкоупругой деформации), то динамическая петля имеет вид кривой, показанной на рисунке 2.
Рис. 2. Динамическая петля
Анализ гистерезисных петель позволяет очень точно определить поведение системы в результате внешнего воздействия на неё.
Гистерезис в электротехнике
Важными характеристиками сердечников электромагнитов и других электрических машин являются параметры намагничивания ферромагнитных материалов, из которых они изготавливаются. Исследовать эти материалы помогают петли ферромагнетиков. В данном случае прослеживается нелинейная зависимость внутренней магнитной индукции от величины внешних магнитных полей.
На процесс намагничивания (перемагничивания) влияет предыдущее состояние ферромагнетика. Кроме того, кривая намагничивания зависит от типа ферромагнитного образца, из которого состоит сердечник.
Если по катушке с сердечником циркулирует переменный ток, то намагничивания образца приводит к отставанию намагничивания. В результате намагничивания сердечника происходит сдвиг фаз в цепи с индуктивной нагрузкой. Ширина петли гистерезиса при этом зависит от гистерезисных свойств ферромагнетиков, применяемых в сердечнике.
Это объясняется тем, что при изменении полярности тока, ферромагнетик какое-то время сохраняет приобретённую ориентацию полюсов. Для переориентации этих полюсов требуется время и дополнительная энергия, которая израсходуется на нагревание вещества, что приводит к гистерезисным потерям. По величине потерь материалы подразделяются на магнитомягкие и магнитотвёрдые (см. рис. 3).
Рис. 3. Классификация магнитных материалов
Магнитный гистерезис в ферромагнетиках отображает зависимость вектора намагничивания от напряженности электрического поля (см. Рис. 3). Но не только изменение поля по знаку вызывает гистерезис. Вращение поля или (что, то же самое) магнитного образца, также сдвигает временные характеристики намагничивания.
Рис. 4. Петли гистерезиса под действием изменения напряжённости поля
Обратите внимание, что на рисунке изображены двойные петли. Такие петли характерны для магнитного гистерезиса.
В однодоменных ферромагнетиках, которые состоят из очень маленьких частиц, образование доменов не поддерживается (не выгодно с точки зрения энергетических затрат). В таких образцах могут происходить только процессы магнитного вращения.
Рис. 5. Механизм возникновения петли магнитного гистерезиса
В электротехнике гистерезисные свойства используются довольно часто:
Физический процесс при гистерезисе
Чтобы подробно понять процесс гистерезиса, необходимо досконально изучить следующие понятия:
Что касается материалов, в которых лучше всего наблюдается эффект гистерезиса, то таковыми являются именно ферромагнетики. Это смесь химических элементов, которая способна намагничиваться за счет направленности магнитных диполей, поэтому обычно в составе имеются такие металлы, как:
Чтобы увидеть гистерезис, на катушку с сердечником из ферромагнетика необходимо подать переменное напряжение. При этом от величины его график намагничивания сильно зависеть не будет, потому как эффект зависит напрямую от свойства самого материала и величины магнитной связи между элементами вещества.
Основополагающим моментом при рассмотрении понятия гистерезиса в электронике является как раз магнитная индукция В, созданная вокруг катушки при подаче напряжения. Она определяется по стандартной формуле, как произведение магнитной диэлектрической проницаемости вещества к сумме напряженности и намагниченности поля.
Чтобы понять общий принцип эффекта гистерезиса, необходимо воспользоваться графиком. На нем видна петля намагничивания из состояния полной размагниченности. Участок можно обозначить цифрами 0-1. При достаточной величине напряжения и длительности воздействия магнитного поля на материал график доходит до крайней своей точки по указанной траектории. Процесс осуществляется не по прямой, а по кривой с определенным изгибом, который характеризует свойства материала. Чем больше в веществе магнитных связей между молекулами, тем быстрее он выходит в насыщение.
После снятия напряжения с катушки напряженность магнитного поля падает до нуля. Это участок на графике 1-2. При этом материал за счет направленности магнитных моментов остается намагниченным. Но величина намагниченности несколько ниже, чем при насыщении. Если такой эффект наблюдается в веществе, то оно относится к ферромагнетикам, способным накапливать в себе магнитное поле за счет сильных магнитных связей между молекулами вещества.
Со сменой полярности напряжения, подводимого к катушке, процесс размагничивания продолжается по той же кривой до состояния насыщения. Только в этом случае магнитные моменты диполей будут направлены в обратную сторону. С частотой сети процесс будет периодически повторяться, описывая график, получивший название – петля магнитного гистерезиса.
При многократном намагничивании ферромагнетика меньшей, чем при насыщении напряженностью, то можно получить семейство кривых, из которых можно построить общий график, характеризующий состояние вещества от полного размагниченного до полного намагниченного.
Гистерезис в электронике
При срабатывании различных пороговых элементов, часто применяемых в электронных устройствах, требуется задержка во времени. Например, гистерезис используется в компаратороах или триггерах Шмидта с целью стабилизации работы устройств, которые могут срабатывать в результате помех или случайных всплесков напряжения. Задержка по времени исключает случайные отключения электронных узлов.
На таком принципе работает электронный термостат. При достижении заданного уровня температуры устройство срабатывает. Если бы не было эффекта задерживания, частота срабатываний оказалась бы неоправданно высокой. Изменение температуры на доли градуса приводило бы к отключению термостата.
На практике часто разница в несколько градусов не имеет особого значения. Используя устройства, обладающего тепловым гистерезисом, позволяет оптимизировать процесс поддержания рабочей температуры.
Принципиальная схема
Температура регулируется переменным резистором R1. Гистерезис регулируется переменным резистором R3. Особенностью схемы является то, что в качестве компараторов в ней используются логические инверторы микросхемы К561ЛЕ5 (можно и К561ЛА7). А для управления состоянием выходного реле используется триггер Шмитта на двух элементах этой же микросхемы.
Цепи, задающие и измеряющие температуру в данной схеме объединены. Как уже сказано, компараторами служат логические элементы. И для этого используется их то свойство, что имеется определенный порог напряжения на входе, при котором происходит смена логического уровня на выходе.
То есть, как компараторы логические инверторы настроены на определенный порог срабатывания, который не регулируется. Поэтому регулирование и измерение приходится сводить в одну цепь.
Этой цепью здесь является делитель напряжения, состоящий из резисторов R1, R2, R3 и терморезистор RT1 (здесь используется терморезистор на номинальное сопротивление 4,7 кОм при температуре +25°С). Этот терморезистор является нижним плечом делителя напряжения, и благодаря ему напряжение на делителе зависит от температуры.
Но величина этого напряжения так же зависит и от сопротивления R1 и R2, которыми устанавливается температура, которую нужно поддерживать.
А резистор R3 задает разницу между напряжениями, поступающими на разные компараторы, сделанные на элементах D1.1 и D1.2. В результате напряжение на входах элемента D1.1 всегда больше напряжения на входах D1.2. И различие это зависит от сопротивления резистора R3.
Рис. 1. Схема термостата с регулируемым гистерезисом на микросхеме CD4001, К561ЛЕ5.
Если температура ниже нижнего предела, заданного вышеуказанным делителем, то напряжение на входах элемента D1.2 оказывается в зоне логической единицы. Так как элемент инверсный, то на его выходе возникает логический ноль. Он через резистор R4 и диод VD2 разряжает стабилизирующий конденсатор С2, и напряжение на входах элемента D1.3 падает.
Это приводит к переключению триггера Шмитта на элементах D1.3 и D1.4 и резисторе R5 в состояние, когда на выходе элемента D1.3 имеет высокий логический уровень.
Который поступает на затвор транзистора VT1. Тот открывается и посредством реле К1, включает нагревательный прибор (контакты реле, а так же сам нагревательный прибор и цепи его питания на схеме не показаны).
Начинается нагрев, и температура терморезистора RT1 повышается вместе с температурой среды, в которой нужно поддерживать заданную температуру. При повышении температуры сопротивление терморезистора RT1 снижается. Понижается при этом и напряжение на входах D1.2. И в какой-то момент оно оказывается уже в зоне логического нуля.
На выходе элемента D1.2 устанавливается логическая единица. Но на состояние триггера Шмитта на элементах D1.3 и D1.4 это не влияет, потому что диод VD2 закрывается и как бы этим отключает выход элемента D1.2 от входов элемента D1.3. Именно по этому на выходе D1.3 сохраняется логическая единица, и транзистор VТ1 остается открытым, а на нагреватель поступает питание через контакты реле К1.
Температура продолжает повышаться, а сопротивление терморезистора RT1 снижаться. Вместе с ним снижается и напряжение на выходе делителя. И в какой-то момент, напряжение на соединенных вместе входах элемента D1.1 оказывается в зоне логического нуля.
На выходе данного элемента устанавливается логическая единица. Которая через диод VD1 и резистор R7 поступает на конденсатор С2 заряжая его. Напряжение на С2 растет, и в определенный момент достигает порога единицы триггера Шмитта на элементах D1.3 и D1.4. Триггер Шмитта переключается.
На выходе элемента D1.3 устанавливается логический ноль. Транзистор VТ1 закрывается и реле К1 выключает нагреватель.
Настройка гистерезиса
Гистерезис для всех блоков Кситал составляет 1 o С.
Это значение оптимально практически для всех применений. В случае особой необходимости его можно изменить.
Нижеприведенные рекомендации не актуальны для старых блоков, которые не реагируют на SMS-команды запроса и изменения констант в энергонезависимой памяти блока.
Когда Вы задаете термостату температуру поддержания, например, +23 o С, то при заводских значениях гистерезиса, управляющее реле будет включаться на 22,5 o С и отключаться на 23,5 o С, поддерживая тем самым температуру 23 o С±0,5 o С. Это оптимальная настройка для поддержания температуры воздуха.
Если Вам нужно, чтобы температура поддерживалась в других пределах или управляющее реле более редко включало и выключало бы отопитель, Вы можете подстроить гистерезис выбранного термостата.
Все буквы в командах — английские.
«пароль» в командах это актуальный пароль в системе. Значение по умолчанию 00000.
в командах это адрес константы половины гистерезиса нужного термостата:
Значения констант по умолчанию равны «01», т.е. половина гистерезиса равна 0,5 o С, а полный гистерезис каждого термостата равен 1 o С.
Чтобы подстроить гистерезис выбранного термостата
Узнайте текущее значение половины гистерезиса SMS-командой с телефона 00SMS:
Получите ответ типа:
Задайте новое значение половины гистерезиса в диапазоне 0,5 o С. 40 o С, что соответствует диапазону значений констант 01. 50 с помощью SMS-команды с телефона 00SMS:
Получите подтверждение типа:
Пример:
Необходимо, чтобы реле №2 включалось при +30 o С, а выключалось при +50 o С. В системе используется пароль по умолчанию.
Т.к. средняя температура между +30 o С и +50 o С равна +40 o С, то отправляем команду задания среднего порога регулирования для реле №2:
Т.к. половина гистерезиса (отклонение в одну сторону от порога регулирования) составляет 10 o С (в полуградусах это «20», а в шестнадцатеричном виде «14»), то отправляем команду:
Термостат не ускоряет прогрев двигателя.
Я категорически против распространенного утверждения, что термостат ускоряет прогрев двигателя, ибо термостат не может быть источником энергии, он всего навсего отводит лишнюю тепловую энергию. График прогрева ДВС движется по определенной кривой (красная линия), причем темп роста температуры в первой половине графика выше, чем во второй. Это как раз говорит о том, что в первой части не работает отвод тепла через конвекцию и излучение, а во второй части он усиливается. Средняя же скорость (линия тренда) – это прямая, расположенная под определенным ß-углом, который показывает рост температуры во времени и зависит только от технологических особенностей двигателя (теплоемкости) и количества сгоревшего топлива. Отличия для разных двигателей незначительны, т.к. даже на ХХ ЭБУ у многих машин готовит одинаковую смесь. Для конкретного двигателя ß-угла есть константа. Термостат же включается в термодинамический процесс только при достижении температуры его открытия: как правило, это от +87 до +93 °С. При его открытии резко усиливается теплопотеря двигателя, которая прекращается в момент его закрытия, т.е. фактически термостат замедляет и ограничивает дальнейший перегрев двигателя, отводя от ДВС лишнюю тепловую энергию! Я имел, конечно ввиду, только часть энергии, которая рассеивается через ОЖ. Про другие (выхлоп, конвекция и изучение) – отдельная история!