Регистрация Войти
Вопрос

Принцип работы термостата и виды его неисправности

Если превосходный Как я могу проверить свой термостат? пост Заида называется «Термостаты 101», то это может быть началом «Термостатов 201»…



Мой VW Jetta TDI (дизельный) работает на холодную (около одной или двух отметок на указателе температуры), хотя должен работать при температуре 190 °F. Из-за ЭБУ указатель не показывает реальную температуру, а отображает значения от 170 °F до 210 °F как 190 °F. Мощность отопителя также низкая, и двигателю требуется больше времени для прогрева.



В целом мне показалось, что проблема была в термостате (а не в датчике температуры), поскольку обогреватель не выдавал столько тепла, сколько я ожидал, а также потому, что при проблемах с датчиком температура на приборной панели обычно колеблется, а у меня она была стабильной, просто низкой.



Итак, я купил новый термостат в местном магазине NAPA, где работают дружелюбные (на самом деле) люди, и установил его вчера вечером. После пробной поездки проблема, казалось, была решена — датчик снова показывает 190°, и в машине достаточно тепло. Но я не мог оставить всё как есть и положил старый термостат в кастрюлю с водой и термометром и начал его нагревать. Согласно характеристикам термостата, он должен открываться при 195°, и именно так он и сделал. Я снял его с плиты, и, когда температура упала ниже 190°, термостат начал закрываться, а при 160° он закрылся полностью.



Теперь я в замешательстве. Увидев это, я подумал, что старый термостат, возможно, не так уж плох. Или он слишком долго закрывается? Поэтому я поехал прокатиться, мне всё равно нужно было подстричься, а новый термостат действительно работает лучше.



Итак, я хотел бы понять следующее:




  • Как должна выглядеть кривая гистерезиса хорошего термостата? Если он начинает открываться, скажем, при температуре 195 °C, должен ли он заканчивать закрываться в той же точке при снижении температуры?


  • Существуют ли другие режимы отказа, помимо «заклинивания в открытом положении» и «заклинивания в закрытом положении»?
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/40018/thermostat-behavior-and-failure-modes
1
+ Читать

12 Комментариев

  1. Существуют ли другие режимы отказа, помимо «заклинивания в открытом положении» и «заклинивания в закрытом положении»?



    Безусловно. Это стало проклятием для многих владельцев E39 M5.



    Если охлаждающая жидкость может проходить по альтернативному пути, помимо того, по которому она должна проходить, механический термостат будет регулировать температуру немного ниже ожидаемой.



    Так что же могло стать причиной?



    Термостат всегда устанавливается в какую-либо прокладку/уплотнитель. Если эта прокладка повреждена, не подходит по размеру или ослабла из-за старения/термической усталости (настоящего, честного-пречестного гистерезиса), часть потока охлаждающей жидкости может обходить термостат и обеспечивать более высокую скорость потока в системе охлаждения.

  1. Я уверен, что ответ на этот вопрос зависит от марки и модели автомобиля, но если вам действительно интересно, вы можете легко провести эксперимент, чтобы получить приблизительный ответ. На самом деле я сомневаюсь, что гистерезис играет такую же роль в автомобильном термостате, как в термостате системы отопления, вентиляции и кондиционирования (поскольку термостат не просто полностью открыт или полностью закрыт, а может находиться в любом промежуточном положении).



    Вероятно, вы могли бы заметить разницу, просто определив стационарный зазор для различных температурных уровней, как описано в следующем эксперименте.



    Эксперимент: поиск «кривой бесконечности»



    Просто купите новый термостат в NAPA и микрометр для точных измерений, а затем нагрейте воду в разных ёмкостях до нескольких разных температур (например, от 160 до 200 °C с шагом в 5 °C). Оставьте термостат в каждой ёмкости на время, достаточное для того, чтобы он достиг стабильного состояния, и измерьте зазор с помощью микрометра. Повторите эксперимент со старым термостатом, и тогда вы сможете построить две дискретные кривые в зависимости от температуры окружающей среды.



    Моя гипотеза заключается в том, что разница между двумя термостатами, скорее всего, будет заметна при сравнении этих двух кривых: у старого термостата зазор при 190 °C меньше, чем у нового. В этой парадигме режим отказа будет заключаться в «открытии неправильного зазора при заданной температуре».



    Если кривые совпадают, это означает, что гистерезис термостата действительно важен для регулирования температуры, и вам нужно будет провести эксперимент, чтобы измерить постоянные времени открытия и закрытия в зависимости от температуры. Тогда модель зазора в виде линейного дифференциального уравнения будет выглядеть следующим образом:



    dg/dt = (g_inf — g)/g_tau



    где g_inf — кривая, полученная в ходе первого эксперимента, а g_tau — кривая, полученная в ходе эксперимента с постоянной времени.
  1. Поправка к моему предыдущему комментарию: механизм, который открывает и закрывает его, основан на плавлении воска (что приводит к изменению давления), а не на давлении воздуха. В седьмом абзаце раздела «Автомобильные термостаты» в этой статье простым языком объясняется основная динамика, которой управляет приведённое выше дифференциальное уравнение en.wikipedia.org/wiki/Wax_thermostatic_element
  1. Это так круто, что я обязательно вернусь в NAPA за «запасным» термостатом. К счастью, они стоят совсем недорого, а корпус можно купить ещё дешевле (хотя мне и не нужен ещё один такой).
  1. На английском языке уравнение звучит так: изменение зазора в зависимости от температуры равно разнице между текущим зазором и установившимся значением зазора, умноженной на скорость его изменения
  1. Я не совсем уверен, что автомобильный термостат настолько сложен. Насколько я понимаю, механизм, который открывает и закрывает термостат, — это просто давление воздуха внутри цилиндра. Возможно, физика теплопередачи допускает некоторый гистерезис (то есть когда Topen ниже, чем Tclose), но я не уверен.
  1. Это уравнение моделирует размер разрыва, скорость его изменения или что-то ещё?
  1. да, это был бы пробел
  1. Я понимаю, что конкретный ответ будет зависеть от конкретного термостата, но разве не должно быть какой-то общей закономерности, которую можно было бы ожидать? Например, термостат, который начинает открываться при температуре Topen по мере повышения температуры, обычно должен охладиться до температуры Tclose, которая ниже Xopen, прежде чем он полностью закроется. Очевидно, что эти температуры и разница между ними будут разными, но сохранится ли общая закономерность или такое поведение является признаком неисправности?
  1. А g — это открытие, сделанное при определённой температуре? Это потрясающе, когда я изучал математический анализ в колледже, у нас не было никаких оснований для его применения — думаю, они просто предполагали, что я знаю, зачем он мне нужен…
  1. @DucatiKiller — эрудит? Не то чтобы я считал... Но вчера вечером я действительно заменил свой термостат.
  1. Думаю, за это тебе полагается шляпа.
Вы уже ответили на этот вопрос