REGULATORY
REGULATORY
BEZPOÅšREDNIEGO DZIAA
ANIA
BEZPOÅšREDNIEGO DZIAA
ANIA
Wykład 9.4
Wykład 9.4
REGULATORY BEZPOÅšREDNIEGO DZIAA
ANIA
REGULATORY BEZPOÅšREDNIEGO DZIAA
ANIA
- Regulatory bezpośredniego działania charakteryzują się tym,
że energię niezbędną do działania pobierają za pomocą
czujnika z obiekturegulacji.
- Z tego powodu nazywane są również regulatorami bez
energii pomocniczej.
- W regulatorze bezpośredniego działania element
pomiarowy, regulator, napęd i element wykonawczy
najczęściej stanowią jedną całość.
- Zaletą tych urządzeń jest prostabudowa i niski koszt.
- Wadą ich jest mała dokładność regulacji spowodowana
odchyłką statyczną i histerezą oraz możliwość realizacji
wyłącznie regulacji stałowartościowej.
REGULATORY BEZPOÅšREDNIEGO DZIAA
ANIA
REGULATORY BEZPOÅšREDNIEGO DZIAA
ANIA
- Zazwyczaj regulatory te wykonywane sÄ… jako
proporcjonalne P bez możliwości zmiany
współczynnika wzmocnienia oraz realizacji
regulacji programowej.
- Wartość współczynnika wzmocnienia wynika z
konstrukcji regulatora oraz właściwości obiektu
regulacji.
- Wartość zadana w regulatorach tego typu
nastawianajest mechanicznie.
Zastosowanie regulatorów bezpośredniego
Zastosowanie regulatorów bezpośredniego
działania
działania
Regulatory bezpośredniego działania w systemach
ogrzewania i klimatyzacji stosowanesÄ…doregulacji:
 temperatury (termostaty przygrzejnikowe, ograniczniki
temperatury powrotu, regulatory temperatury ciepłej
wody),
 ciśnienia (regulatory i reduktory ciśnienia),
 różnicy ciśnień ( regulatory różnicy ciśnień),
 przepływu (regulatory i ograniczniki przepływu),
 poziomu (regulatory poziomu wody).
Wykonywane są również jako wielofunkcyjne regulatory
bezpośredniego działania, na przykład w ciepłownictwie
do jednoczesnej regulacji różnicy ciśnień i przepływu
wody sieciowej w węz
le.
REGULATORY TEMPERATURY
REGULATORY TEMPERATURY
" Termostat grzejnikowy wraz z zaworem
grzejnikowym tworzy pracujÄ…cy bez energii
pomocniczej regulator temperatury o bezpośrednim
działaniuciągłymtypu P.
" Urządzeniesterujące(termostat) składasię z:
" - czujnikatemperatury,
" - popychacza
" - oraz zadajnika.
" Zawór grzejnikowy zawierający element nastawczy
(grzybek) stanowi zespół wykonawczy.
Termostat grzejnikowy
Termostat grzejnikowy
Termostat grzejnikowy
Termostat grzejnikowy
Termostat grzejnikowy
Termostat grzejnikowy
" 1 - nastawnik temperatury,
" 2 - cieczowy czujnik temperatury,
" 3  zabezpieczenie przeciążeniowe,
4  skala nastawianych temperatur,
5  dławnica,
" 6  tuleja,
" 7  połączenie gwintowe.
Termostat grzejnikowy
Termostat grzejnikowy
" W czujnikach termostatów grzejnikowych
wykorzystywane są następujące zjawiska fizyczne
zachodzącepod wpływemtemperatury:
- rozszerzalność cieplnacieczy,
- rozszerzalność cieplnaciał stałych,
- zmiana prężności pary nad powierzchnią cieczy,
- zmiana objętości substancji w czasie krzepnięcia i
topnienia.
Ograniczniki temperatury wody w
Ograniczniki temperatury wody w
instalacjach
instalacjach
Na podobnej zasadzie działają ograniczniki
temperatury wody winstalacjach centralnego
ogrzewania i cyrkulacji ciepłej wody
użytkowej.
Wielkością regulowaną w tymprzypadku nie
jest jednak temperatura powietrza w
ogrzewanym pomieszczeniu lecz
temperatura wody powrotnej w miejscu
zamontowaniaogranicznika.
Regulator temperatury c.w.u.
Regulator temperatury c.w.u.
bezpośredniego działania
bezpośredniego działania
" Termostat z nastawnikiem wartości zadanej, kapilarą oraz czujnikiem
temperatury pracujÄ…cymnazasadzie adsorbcji.
Regulatory bezpośredniego działania
Regulatory bezpośredniego działania
różnicy ciśnień i przepływu
różnicy ciśnień i przepływu
" Urządzenie regulacyjne składa się z
regulatora, zaworu regulacyjnego i siłownika.
" Sterowanie zaworem regulacyjnym odbywa
siÄ™ przez wykorzystanie energii
przepływającego medium bez konieczności
doprowadzaniaenergii zewnętrznej.
" Wzrost różnicy ciśnień zamyka lub otwiera
zawór.
Regulatory bezpośredniego działania
Regulatory bezpośredniego działania
różnicy ciśnień
różnicy ciśnień





Regulator różnicy ciśnień upustowy
Regulatory bezpośredniego działania
Regulatory bezpośredniego działania
różnicy ciśnień
różnicy ciśnień
Regulatory bezpośredniego działania
Regulatory bezpośredniego działania
różnicy ciśnień
różnicy ciśnień
Regulatory bezpośredniego działania
Regulatory bezpośredniego działania
różnicy ciśnień
różnicy ciśnień
" Regulowana różnica ciśnień p wytwarza na
powierzchni membrany siłownika siłę
Fm = p ×A
" Siła ta porównywana jest na trzpieniu grzyba z siłą
napięcia sprężyny Fs odpowiadającą wartości
zadanej.
" Siła napięcia sprężyny może być regulowana na
nastawnikuwartości zadanej lub zadanana stałe.
" Jeżeli zmienia się wartość różnicy ciśnień "p, a
wraz z nią również siła Fm, grzyb zaworu
przesuwany jest do momentu, gdy Fm=Fs.
Regulatory bezpośredniego działania
Regulatory bezpośredniego działania
różnicy ciśnień
różnicy ciśnień
" Dla zadanej powierzchni membrany A stała
sprężyny nastawczej określa wielkość
współczynnika wzmocnienia Kp oraz zakres
proporcjonalności Xp.
" UrzÄ…dzenia sÄ… regulatorami proporcjonalnymi
sterowanymi zapomocÄ… medium.
" Siły działające na grzyb pochodzące od ciśnienia
przed zaworem lub od różnicy ciśnień zostają
wyeliminowane dzięki odciążeniuciśnieniowemu.
Regulatory bezpośredniego działania różnicy
Regulatory bezpośredniego działania różnicy
ciśnień z odciążeniem ciśnieniowym
ciśnień z odciążeniem ciśnieniowym
Regulator przepływu
Regulator przepływu
Regulator przepływu
Regulator przepływu
Regulator przepływu - zastosowanie
Regulator przepływu - zastosowanie
Regulator przepływu
Regulator przepływu
" Regulator wyposażony jest w dławik, za pomocą
któregomożna dokonać nastawy wartości zadanej.
" Urządzenie przeznaczone jest szczególnie do
stosowaniawinstalacjachciepłowniczych.
" Ciśnienie regulowanego medium może być
przenoszone do siłowników przy pomocy
przewodów impulsowych lub przez kanał
nawiercony wtrzpieniugrzyba.
Regulator przepływu
Regulator przepływu
Regulator przepływu
Regulator przepływu
Regulator różnicy ciśnień z ograniczeniem
Regulator różnicy ciśnień z ograniczeniem
przepływu
przepływu
Regulator różnicy ciśnień z ograniczeniem
Regulator różnicy ciśnień z ograniczeniem
przepływu
przepływu
Regulator różnicy ciśnień z
Regulator różnicy ciśnień z
ograniczeniem przepływu
ograniczeniem przepływu
" Podczas projektowania należy pamiętać o
tym, że różnica ciśnień winstalacji obliczana
jest ze spadku ciśnienia na dławiku i spadku
ciśnienia przy obliczeniowym przepływie
regulowanegomediumwinstalacji:
"p = "pinstalacji + "pmiernicze
Regulator różnicy ciśnień z
Regulator różnicy ciśnień z
ograniczeniem przepływu
ograniczeniem przepływu
Regulator różnicy ciśnień i przepływu
Regulator różnicy ciśnień i przepływu
Regulator różnicy ciśnień i przepływu
Regulator różnicy ciśnień i przepływu
Regulator różnicy ciśnień i przepływu
Regulator różnicy ciśnień i przepływu
Regulator różnicy ciśnień i przepływu
Regulator różnicy ciśnień i przepływu
" Regulatory tego typu są wyposażane wdwie
membrany.
" Za pomocą górnej membrany regulowany
jest przepływ, za pomocą dolnej różnica
ciśnień.
" Pierwszeństwo mazawsze sygnał silniejszy.
Regulator różnicy ciśnień i przepływu -
Regulator różnicy ciśnień i przepływu -
zastosowanie
zastosowanie
Regulatory ciśnienia pary bezpośredniego
Regulatory ciśnienia pary bezpośredniego
działania (reduktory ciśnienia)
działania (reduktory ciśnienia)
Regulator ciśnienia pary
[Samson].
Oznaczenia na rysunku:
1 - korpus zaworu,
2 - gniazdo,
3 - grzyb,
4 - trzpień grzyba,
5 - dyfuzor,
6 - nastawnik wartości
zadanej,
7 - sprężyna nastawcza,
8  siłownik,
9 - naczynie kondensacyjne.
Regulatory ciśnienia pary bezpośredniego
Regulatory ciśnienia pary bezpośredniego
działania (reduktory ciśnienia)
działania (reduktory ciśnienia)
" W wypadku ciśnienia pary w miejscu dokonywania
pomiaru umieszcza siÄ™ naczynie kondensacyjne.
Zapewnia ono gromadzenie siÄ™ kondensatu i chroni
membranowy system pomiarowy przed zbyt
wysokimi temperaturami.
" Z powodu wynikającego z redukcji ciśnienia
zwiększenia objętości pary, celowe jest
zwiększenie średnicy przewodu za zaworem przez
zamontowanie dyfuzora.
REGULATORY DWUSTAWNE
REGULATORY DWUSTAWNE
" Regulacja dwustawna jest regulacją nieciągłą, w
której wielkość sterująca przyjmuje tylko dwie
wartości minimalną lub maksymalną, w zależności
odtegoczy sygnał uchybu jest dodatni czy ujemny.
" Minimalna wartość wielkości sterującej jest zwykle
oznaczanajakoumowne 0 amaksymalna jako1.
" Wartość 0 oznacza wyłączenie sygnału
wyjściowego z regulatora a wartość 1 pełne
włączeniesygnału wyjściowego.
REGULATORY DWUSTAWNE- HISTEREZA
REGULATORY DWUSTAWNE- HISTEREZA
" Przełączenie sygnału sterującego następuje
po przejściu sygnału uchybu przez obszar
nazywany strefÄ… histerezy.
" Histereza pełni w tym przypadku pozytywną
rolę zapobiegania zbyt częstemu działaniu
mechanizmu załączającego regulatora (np.
styki elektryczne) oraz zmniejsza
częstotliwość załączania urządzeń
wykonawczych.
Przebieg wartości regulowanej w
Przebieg wartości regulowanej w
układzie z regulatorem dwustawnym
układzie z regulatorem dwustawnym
y(Ä)
histereza
0 Ä
Przebieg wartości regulowanej w
Przebieg wartości regulowanej w
układzie z regulatorem dwustawnym
układzie z regulatorem dwustawnym
" Sygnał wyjściowy układu regulacji oscyluje
pomiędzy dwoma granicami strefy histerezy.
" Jakość regulacji dwustawnej ocenia się na
podstawie amplitudy, częstotliwości oraz wartości
średniej oscylacji.
" Jak wynika z rys. amplituda drgań wielkości
regulowanej może być zmniejszona przez
ograniczenie szerokości obszaru histerezy.
Spowoduje to jednak zwiększenie częstotliwości
przełączeń regulatora oraz liczby zadziałań
elementów wykonawczych, co może niekorzystnie
wpłynąć na trwałość tych urządzeń.
Regulatory dwustawne
Regulatory dwustawne
" Regulatory dwustawne sÄ… proste w budowie i
działaniuoraz niedrogie.
" Najczęściej wykonywane są jako regulatory
elektryczne sterujące napędami silnikowymi lub
elektromagnetycznymi.
" W klimatyzacji i ciepłownictwie znalazły szerokie
zastosowanie jako urzÄ…dzenia zabezpieczajÄ…ce
przed niedopuszczalnym spadkiem lub wzrostem
temperatury (termostaty) oraz ciśnienia
(presostaty).
" Służą także jako regulatory wilgotności (higrostaty)
oraz regulatory poziomucieczy.
TERMOSTATY
TERMOSTATY
" Termostatemnazywamy urządzenie składające się
z czujnikatemperatury i regulatora.
" Wtermostatach najczęściej stosowane są czujniki
rozszerzalnościowe:
" bimetalowe,
" prętowe
" lubmembranowe.
TERMOSTATY
TERMOSTATY
" Różne termostaty elektryczne: a - bimetalowy,
b - prętowy, c  membranowy.
TERMOSTATY
TERMOSTATY
" Sprężyna bimetalowa to zwinięte razem dwa
metalowe paski oróżnej rozszerzalności cieplnej.
" Czujnik prętowy stanowią dwa powiązane ze sobą
pręty. Jeden z materiału o dużej rozszerzalności
cieplnej, drugi wykonany z inwaru,
charakteryzujący się znikomą rozszerzalnością
cieplnÄ….
" Czujniki membranowe (ew. z kapilarÄ…)
wykorzystują zjawisko rozszerzalności cieczy
(nafta) i gazów (butan, fluorowęglowodór np.freon)
oraz zjawiskoadsorbcji.
Termostaty-przykłady zastosowań w
Termostaty-przykłady zastosowań w
technice grzewczo-wentylacyjnej.
technice grzewczo-wentylacyjnej.
Termostatypomieszczeniowe służą do sterowania:
" wentylokonwektorami, gdzie mogą załączać
nagrzewnice elektryczne, otwierać lub zamykać
zawory regulacyjne doprowadzajÄ…ce czynnik
grzejny lub chłodniczy, zmieniać obroty silników
napędzającychwentylatory,
" sterować grzejnikami elektrycznymi,
" sterować pracą gazowych urządzeń grzewczych.
Termostat pomieszczeniowy
Termostat pomieszczeniowy
wentylokonwektora firmy Johnson Controls
wentylokonwektora firmy Johnson Controls
Termostaty zabezpieczajÄ…ce
Termostaty zabezpieczajÄ…ce
TermostatyzabezpieczajÄ…ce stosowanesÄ…do:
" zabezpieczania kotłów i wymienników ciepła przed
nadmiernymwzrostemtemperatury czynnika grzejnego:
" termostaty ze stykiem przełączającym i automatycznym
powrotemdozadanego położenia (STW),
" termostaty ze stykiem otwierającym i blokadą (powrót do
zadanego położenia po naciśnięciu przycisku wyzwalacza
tylko po spadku temperatury poniżej wartości granicznej -
reset) - (STB),
" zabezpieczania nagrzewnic elektrycznych przed
nadmiernymwzrostemtemperatury,
Termostaty zabezpieczajÄ…ce
Termostaty zabezpieczajÄ…ce
" Termostat ogranicznik temperatury bezpieczeństwa (STB)
firmy SAMSON, ze stykiem otwierajÄ…cym i blokadÄ…
Termostaty przeciwzamrożeniowe
Termostaty przeciwzamrożeniowe
" Stosowane są do zabezpieczania przed zamrożeniem
nagrzewnic wodnych central wentylacyjnych oraz
przewodówwypełnionych zamarzającą cieczą.
" Elementempomiarowymjest kapilara o długości 2 do 6 m,
która rozpinana jest na powierzchni zabezpieczanej
nagrzewnicy.
" Przełączenie zestyku termostatu następuje, gdy
temperatura dowolnego odcinka o długości 30 cm lub
dłuższej elementu pomiarowego spadnie poniżej wartości
zadanej.
" Termostaty posiadają nastawialny zakres oraz stałą strefę
histerezy.
" Termostat w zależności od wykonania, po ponownym
wzroście temperatury może sam wrócić do stanu
normalnego lub przywrócenie tego stanu musi być
poprzedzone ręcznym odblokowaniem dz
wigni kasujÄ…cej
(termostat z ręcznymresetem).
Termostat przeciwzamrożeniowy f-my
Termostat przeciwzamrożeniowy f-my
Johnson Controls
Johnson Controls
Termostaty przeciwzamrożeniowe
Termostaty przeciwzamrożeniowe
" Przy montażu termostatu należy zwrócić
uwagę na to aby cała powierzchnia
nagrzewnicy była pokryta elementem
pomiarowym.
" Przy bardzo dużych powierzchniach
nagrzewnic stosuje siÄ™ dwa lub trzy
termostaty zabezpieczeniowe.
Zabezpieczenie nagrzewnic
Zabezpieczenie nagrzewnic
wentylacyjnych przed zamrożeniem
wentylacyjnych przed zamrożeniem
Wcelu uzyskania prawidłowej i bezpiecznej pracy
nagrzewnic wentylacyjnych w zakresie temperatur
powietrza zewnÄ™trznego poniżej 0ºC, oprócz
konieczności zastosowania termostatu
przeciwzamrożeniowego, należy spełnić poniżej
wymienione dodatkowe warunki techniczne:
" właściwie wymiarować nagrzewnicę powietrza,
gdyż jej przewymiarowanie znacznie obniża
przepływ wody i bardzo zwiększa gradient
temperatury powierzchni nagrzewnicy (duże
schłodzenieczynnikagrzejnego),
Zabezpieczenie nagrzewnic
Zabezpieczenie nagrzewnic
wentylacyjnych przed zamrożeniem
wentylacyjnych przed zamrożeniem
" stosować zawory o charakterystykach
stałoprocentowych z prawidłowo dobraną
przepustowością,
" unikać pary jako czynnika grzejnego ze względu na
duże wychłodzenie kondensatu na odpływie z
nagrzewnicy,
" doprowadzać czynnik grzejny od dołu nagrzewnicy,
gdzie na ogół przepływa powietrze o najniższej
temperaturze,
" unikać uwarstwiania powietrza przez zapewnienie
odpowiedniego wymieszania powietrza świeżego z
powietrzemrecyrkulowanymwkomorzemieszania,
Zabezpieczenie nagrzewnic
Zabezpieczenie nagrzewnic
wentylacyjnych przed zamrożeniem
wentylacyjnych przed zamrożeniem
" odsuwać czerpnie powietrza od nagrzewnic, tak aby
utrudnić dostęp zimnego powietrza do nagrzewnicy przy
zamkniętej przepustnicy i wyłączonymwentylatorze,
" do napędu przepustnic świeżego powietrza stosować
siłowniki z funkcją bezpieczeństwa (ze sprężyną powrotną),
" w miarę możliwości nagrzewnice umieszczać w
pomieszczeniachogrzewanych,
" stosować pompy cyrkulacyjne wymuszające stały, duży
przepływ przez nagrzewnice i małe zróżnicowanie
temperaturypowierzchni nagrzewnicy,
Zabezpieczenie nagrzewnic
Zabezpieczenie nagrzewnic
wentylacyjnych przed zamrożeniem
wentylacyjnych przed zamrożeniem
" nagrzewnice dachowych central wentylacyjnych wyposażać
w dodatkowe grzałki elektryczne sterowne termostatem,
także przewody doprowadzające czynnik grzejny do central
dachowych powinny być wyposażone w elektryczne
elementy grzejne nie dopuszczające do zamarznięcia wody
w przypadku zatrzymania przepływu,
" zapewnić minimalny przepływ czynnika grzejnego przez
nagrzewnice umieszczone poza ogrzewanymi
pomieszczeniami, przez pozostawienie zaworów w stanie
niewielkiego otwarcia (do 10%) lub zastosowanie obejścia
zaworówregulacyjnych,
" zastosować w regulatorze funkcję gorącego startu tj.
uruchamiać wentylatory z opóz
nieniem w stosunku do
otwieraniazaworówregulacyjnych.
Higrostaty
Higrostaty
" Jako elementy wydłużające się
stosowane są w higrostatach włosy
ludzkie, nici nylonowe, błony zwierzęce,
drewno i papier.
" Czujniki cechuje nieliniowość i
histereza.
Zasada działania higrostatu włosowego
(z ustawianiem wartości zadanej przy
użyciu krzywki).
Presostaty - presostat różnicy ciśnień
Presostaty - presostat różnicy ciśnień
Presostat różnicy ciśnień znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie
muszą być sygnalizowane zmiany normalnych różnic ciśnienia (również
nadciśnienia i podciśnienia).
Monitorowanie i sterowanie ciśnieniem różnicowym, monitorowanie
przepływu, automatyczna kontrolastacji filtrówi awarii wentylatorów.
Presostat z wyświetlaczem wartości zadanej
Presostat różnicy ciśnień
Presostat różnicy ciśnień
Sposób montażu i nastawiania wartości zadanej
Presostat różnicy ciśnień - konstrukcje
Presostat różnicy ciśnień - konstrukcje
" Osobnekonstrukcjedlapowietrza i gazóworaz dla cieczy.
Element pomiarowy:
" Mieszki sprężyste lub membrana z gumy lub silikonu (w
zależności odparametrów).
" Odkształceniemembrany powoduje styk elektryczny.
" Półprzewodnikowe oporniki na membranie wykrywają
mechaniczne odkształcenie i generują wyjściowy sygnał
elektryczny.
" Ułożenie kilku oporników na powierzchni membrany
kompensujewpływtemperatury.
" Ciśnienie przełączające nastawne wzadanymzakresie (np.
100...600mbar) poprzez pokrętło regulujące napięcie
sprężyny.
Zastosowanie presostatów
Zastosowanie presostatów
" Zabezpieczenie kotłów
" Zabezpieczenie agregatów chłodniczych
" Zabezpieczenie wymienników płytowych
przed oszronieniem
" Kontrola sprężu wentylatorów
" Kontrola stanu filtrów
Dziękuję za uwagę !
Dziękuję za uwagę !