Co je termostat a jak funguje?
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:
- 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,
- 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:
- Používají se mechanické termostaty, z nichž se „odečty“ odečítají pomocí elektronického pohonu. Přesnost měření takových výrobků není obvykle příliš vysoká;
- 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.