Всем знаком электрический утюг с терморегулятором. Это несложное устройство содержит все элементы автоматического регулятора.
Объектом регулирования является металлическое основание утюга, имеющее гладкую наружную поверхность (гладильная поверхность), а регулируемой величиной — температура гладильной поверхности.
В зависимости от рода ткани температура гладильной поверхности должна поддерживаться в определенных пределах. Так, для глажения синтетической ткани необходимо, чтобы температура подошвы утюга была равна 60 — 90°С, при глажении шелковой ткани — 100 — 130°С, а льняной — 160 — 200°С.
Исполнительным органом терморегулятора является электрический нагревательный элемент. При включении в электросеть он, нагреваясь, отдает некоторое количество теплоты основанию (подошве) утюга, при этом температура последнего повышается.
Если нагревательный элемент выключен, то температура основания утюга понижается, так как идет передача количества теплоты разглаживаемой ткани и окружающему воздуху. Этот процесс выступает как внешнее воздействие на объект регулирования.
Замыкание и размыкание цепи нагревательного элемента производятся контактной парой, включенной последовательно в эту цепь.
Контроль температуры подошвы утюга осуществляется с помощью специального датчика. Его действие основано на использовании биметаллической пластины, которая состоит из двух разнородных металлических слоев (например, железного и алюминиевого, железного и медного).
Известно, что различные металлы при нагревании расширяются неодинаково. Например, при одинаковом повышении температуры железной и алюминиевой пластин одной длины удлинение алюминиевой оказывается вдвое больше удлинения железной пластины.
При нагревании биметаллической пластины она изгибается в сторону слоя, который расширяется меньше. При этом изгиб пластины получается тем больше, чем больше изменение температуры.
Устройство утюга с автоматическим регулятором температуры: (1 — подошва утюга; 2 — биметаллическая пластина; 3 — контактная пара; 4 — верхняя контактная пластина; 5 — нижняя контактная пластина; 6 — диск — задатчик значения температуры; 7 — поворотный клин задатчика)
В терморегуляторе утюга конец биметаллической пластины 2 прикрепляется к подошве 1, второй управляет подвижным контактом контактной пары 3, которая выполняет функцию органа сравнения (нуль-органа) терморегулятора.
С повышением температуры основания утюга нагревается и биметаллическая пластина. При этом она изгибается и ее свободный конец начинает перемещаться. Такое перемещение и есть информация об изменении температуры, которая поступает в нуль-орган в форме определенного перемещения верхнего контакта.
При остывании утюга пластина изгибается в обратную сторону и верхний контакт опускается. При его соприкосновении с нижним контактом нагревательный элемент (исполнительный орган) включается и температура утюга начинает повышаться. После соответствующего повышения температуры верхний контакт снова поднимается, и цепь нагревательного элемента разомкнётся. Утюг снова начнет остывать.
Устройство и принцип работы терморегулятора электрического утюга
Температура подошвы утюга колеблется между верхним и нижним значениями, поэтому здесь можно говорить о поддержании определенной средней температуры, значение которой задается перемещением вверх или вниз нижнего контакта, что осуществляется поворотом диска в задатчика.
Нижний контакт укреплен на свободном конце плоской пружины. В нее упирается поворотный клин, прикрепленный к диску. При повороте диска в ту или другую сторону нижний контакт перемещается вверх или вниз.
Чем выше располагается нижний контакт, тем среднее значение температуры, поддерживаемое регулятором, будет больше. Таким образом, поворотом диска задатчика в нуль-орган вводится информация о том, какой должна быть температура основания утюга.
Терморегулятор для электрического утюга
В рассмотренном примере имеются все элементы системы автоматического регулирования, кроме усилителя, в котором в данном случае нет необходимости, так как сигнал органа сравнения (замыкание или размыкание контактной пары) достаточен для включения или выключения исполнительного органа (нагревательного элемента).
Такой регулятор применяется также в бытовом электрическом масляном радиаторе, где он служит для поддержания задаваемой средней температуры поверхности, и в некоторых других бытовых и производственных установках.