Что такое гистерезис в температурах и давлениях?
Гистерезис (греч. — отставание) — это свойство систем (физических, логических, биологических и т.д.), мгновенная реакция которых на оказываемые на них воздействия зависит, помимо прочего, от их текущего состояния, а поведение системы на данном временном интервале во многом определяется ее предысторией.
Многие устройства для регулирования и контроля температуры систем отопления имеют не только настройку температуры, но и обязательную настройку гистерезиса, которая уменьшает количество переключений между двумя положениями в единицу времени: Вкл/Выкл. Гистерезис также позволяет повысить точность термостатирования за счет его уменьшения.
На сегодняшний день в основном существует только двойной гистерезис, имеющий только два положения.
В качестве примера мы рассмотрим два варианта:
1. температурный гистерезис — для логики термостата
2. гистерезис давления — реле включения/выключения насоса
Известно, что они имеют только две опции: включено / выключено.
Это можно разделить на две части:
1. обозначающий этим термином само явление существования гистерезиса. Например, что определенная система имеет гистерезис.
2. Определение значения гистерезиса. Например, допустим, что гистерезис составляет 2 градуса.
Как следствие этого.
Гистерезис — это либо значение, при котором сигнал меняется на противоположный. Или сам эффект, действие переключения на противоположный сигнал задерживается на величину эффекта. (Например, достижение и превышение стандартной температуры приведет к изменению сигнала не сразу, а после достижения значения гистерезиса).
Диаграмма температурного гистерезиса
Пример для термостата
Термостат установлен на 25 градусов с гистерезисом в 2 градуса.
Предположим, что температура в помещении составляет 20 градусов. Когда температура достигает 27 градусов, термостат переключается в положение выключения. После этого температура в помещении понизится. Когда температура достигает 23 градусов, термостат переключается в положение включения. Цикл закрыт.
Пример для реле давления
Реле настроено на два порога: порог включения 1,2 бар, порог выключения 3 бар.
Гистерезис здесь составит 0,9 бар. (3-1,2)/2=0,9
Когда давление достигает 1 Бар, реле замыкает контакт. Когда давление достигает 3 Бар, реле размыкает контакт. Когда давление достигает 1,2 Бар, реле снова замыкает контакт. Цикл повторяется.
Именно так следует понимать логику гистерезиса.
Если бы давление включения и выключения имело одинаковое значение, то гистерезиса не было бы. То есть, если бы порог включения был равен порогу выключения, то гистерезиса в такой системе не было бы.
А поскольку комнатные термостаты имеют разные пороги включения и выключения, такая система обладает гистерезисом. Гистерезис, в свою очередь, позволяет реже переключаться между двумя положениями: Вкл/Выкл. Но чем больше гистерезис, тем больше скачок температуры.
Существуют и другие диаграммы гистерезиса. Например, магнитный гистерезис
Подскажите, пожалуйста, каков температурный гистерезис? Где применяется эта концепция, приведите пример.
Прежде чем перейти непосредственно к вопросу о том, что такое температурный гистерезис, отметим, что гистерезис в переводе с греческого означает задержка, отставание. Свойство некоторых систем, таких как физические, биологические, экономические, инженерные и другие, заключается в том, что реакция на внешние воздействия зависит не только от текущего состояния, но и определяется предысторией состояний системы. Гистерезис наиболее часто встречается в физике. Он рассматривается в таких формах, как:
- магнитный гистерезис;
- ферроэлектрический гистерезис;
- упругий гистерезис.
В технологии машиностроения явление гистерезиса рассматривается как свойство физических систем. Например, термостаты отопительных котлов, хронотермостаты, регулирующие температуру теплых полов, и т.д. Температурный гистерезис встроен в логику термостата. Вот пример. Предположим, что в системе существует гистерезис. Температурный гистерезис составляет 2 градуса. Тогда гистерезис можно определить как значение, при котором сигнал меняется на противоположный сигнал, или эффект самого переключателя, когда эффект переключателя происходит с некоторой задержкой. (Например, при достижении и превышении заданной температуры сигнал будет обратным не сразу, а после достижения значения гистерезиса). Предположим, что заданная температура термостата составляет 
C и температурный гистерезис 
С. Если температура в помещении составляет. 
C, термостат активируется. Когда температура в помещении достигает 
C, термостат выключен. Температура в помещении будет снижаться, когда она достигнет 
C, термостат включен.
Что означает автоматизация твердотопливного котла. Это, прежде всего, поддержание требуемого значения мощности, которое необходимо для достижения постоянной температуры теплоносителя в котле. Мощность твердотопливного котла изменяется путем увеличения или уменьшения подачи воздуха в камеру сгорания. Естественная тяга изменяется путем изменения положения заслонки в нижней дверце котла. Установив вручную заслонку в одинаковое положение, мы получим одинаковый поток воздуха в топку. Однако, когда топливо прогорает, котел может набрать температуру, близкую к критической. Это приводит к быстрому прогоранию одной порции топлива, некомфортной температуре в доме и опасности закипания.
Автоматизация на естественной тяге.
Почти все современные котлы могут быть оснащены регулятором тяги, который с помощью металлической цепи будет изменять положение заслонки, поддерживая заданную температуру теплоносителя. Для этого на котле должен быть специальный разъем с внутренней резьбой во внешней части оболочки. Для термостатического регулятора Regulus RT-3 этот размер составляет ¾.
Принцип работы термостатического регулятора Regulus RT-3.
Когда температура опускается ниже заданного значения, термостат включается, головка поворачивается и натягивает цепь на рычаге, поднимая заслонку. Когда температура поднимается до заданного значения, головка поворачивается в обратном направлении и заслонка опускается, ограничивая тем самым подачу воздуха в печь. Это позволяет котлу работать в диапазоне температур, установленных пользователем.
Регулятор Regulus RT-3 состоит из погружной гильзы (термостата), пластиковой головки, на которой расположены две шкалы: для вертикального и горизонтального положения регулятора, рычага и цепи.
Чтобы установить регулятор тяги, выполните следующие действия
- сначала вкрутите регулятор в гнездо бойлера, предварительно сделав зажим, чтобы не было утечки воды;
- установите необходимую температуру на шкале пластиковой головки;
- отрегулируйте рычаг с цепью;
- нагреть котел до требуемой «нижней температуры»;
- установите заслонку в незакрытом положении на 1-2 м и затяните цепь.
Автоматизация котла с помощью регулятора тяги позволяет добиться более плавной работы котла. Расход топлива может быть снижен до 15%. Следует также отметить энергонезависимость и низкую цену этого устройства.
Автоматизация «на турбине»
Почти все дорогие и экономичные котлы уже автоматизированы, т.е. оснащены вентилятором и командным контроллером. Бюджетные или базовые модели (без дополнительных опций) продаются без автоматизации. Можно эксплуатировать котел в «базовой» конфигурации или автоматизировать его за дополнительные деньги. Читайте ниже, если вам это необходимо.
Для полного сгорания требуется определенное количество кислорода. Если кислорода недостаточно, топливо сгорает не полностью, что приводит к чрезмерному износу и засорению колосниковой решетки и дымовых каналов. Топка котла рассчитана на количество топлива и воздуха, необходимых для сгорания. Если топлива больше, то в древесине больше влаги и для горения требуется больше воздуха. Кроме того, чем больше воздуха, тем меньше конденсата в котле и дымоходе. Увеличение камеры сгорания — не вариант, поэтому использование вентилятора в качестве источника принудительной тяги позволяет значительно увеличить количество воздуха, поступающего в камеру сгорания.
Оснащение котла вентилятором позволяет получить следующие преимущества
- Полное сгорание топлива;
- Возможность использования топлива с высоким содержанием влаги;
- Использование топлива низкого качества;
- Уменьшение образования конденсата;
- Гибкое управление выходом.
Преимущество заключается в том, что, используя вентилятор, мы повышаем эффективность работы котла. Но включение вентилятора не означает, что котел автоматизирован. Ток на вентилятор проходит через регулятор температуры (командный регулятор, блок управления).
Через него осуществляется управление работой вентилятора.
Рассмотрим основные функции, выполняемые терморегулятором:
- управление скоростью (мощностью) вентилятора;
- считывание и отображение текущей температуры охлаждающей жидкости;
- включение и выключение вентилятора при заданной пользователем температуре;
- Включение и выключение насоса при заданной пользователем температуре.
В зависимости от производителя могут быть добавлены функции регулятора температуры, например, управление работой насоса ГВС, механизма подачи топлива и т.д.
Принцип действия.
Термостат представляет собой электронную коробку с проводами. Он оснащен вилкой для подключения к сети переменного тока. Один из проводов имеет медную клемму — это так называемый термостатический датчик температуры. Клемма должна всегда находиться в контакте с теплоносителем. Используется для передачи текущего значения температуры. Другой провод подключается к насосу, а провод со штекером — к вентилятору. Электронный блок оснащен экраном и кнопками. Необходимые значения температуры выключения вентилятора и температуры включения насоса, скорости вращения вентилятора и других параметров устанавливаются с помощью кнопок. Все данные отображаются на экране.
Когда котел достигает заданной температуры, терморегулятор отключает вентилятор. Если температура котла опускается ниже заданной температуры котла на величину гистерезиса котла, регулятор температуры снова включает вентилятор.
Гистерезис температуры котла — это значение, определяющее разницу между заданной температурой котла и температурой котла, до которой регулятор температуры включит вентилятор после его остывания.
Когда температура котла достигает заданной температуры включения насоса, регулятор температуры включает насос центрального отопления. Если температура котла опускается ниже заданной температуры включения насоса на величину гистерезиса температуры включения насоса, регулятор температуры отключает насос центрального отопления.
Гистерезис температуры включения насоса — это значение, определяющее разницу между заданной температурой включения насоса ГВС и температурой котла, до которой контроллер температуры отключит насос ГВС после его остывания.
Значение гистерезиса обычно устанавливается производителем на заводе и составляет 3-5°C.
Таким образом, пока котел не подавлен, температура теплоносителя поддерживается в пределах заданного значения.
Используя вентилятор с терморегулятором, можно поддерживать постоянную температуру в доме и экономить до 35% топлива.
Единственным недостатком является зависимость от электроэнергии.
Внимание! При покупке автоматического вентилятора проконсультируйтесь с дилером и узнайте, предусмотрена ли установка для выбранной вами модели котла.
Обязательна ли установка группы безопасности на котел?
Группа состоит из манометра, который показывает давление в бойлере, клапана, который при достижении заданного давления открывается и выпускает воду, и клапана удаления воздуха. Он устанавливается на выходе из котла или на самом котле. Как правило, многие производители размещают разъем для группы безопасности в верхней части котла.
При нагревании воды происходит серьезное увеличение объема и давления. Даже когда подача кислорода к плите полностью прекращена, температура воды в нагревательном контуре может повышаться довольно долго. Это связано с более высокой теплоемкостью древесины по сравнению с газом. Таким образом, в случае сильного перегрева избыток воды в открытой системе просто выльется через выходной патрубок расширительного бака. Однако при использовании закрытой системы избыточное давление в трубах может привести к их разрыву.
Использование твердотопливных котлов в закрытых системах требует установки группы безопасности.