Всем известен электрический утюг с терморегулятором. Это простое устройство содержит все элементы автоматического регулятора.
Объектом регулирования является металлическое основание утюга с гладкой внешней поверхностью (гладильная поверхность), а регулируемое значение — это температура гладильной поверхности.
В зависимости от типа ткани температура гладильной поверхности должна поддерживаться в определенных пределах. Так, для глажки синтетической ткани температура подошвы утюга должна составлять 60 - 90 ° C, при глажке шелковой ткани - 100 - 130 ° C, а льняной ткани - 160 - 200 ° C.
Исполнительным органом термостата является электрическое сопротивление. При подключении к сети он нагревается и отдает определенное количество тепла основанию (подошве) утюга, при этом температура утюга повышается.
Если нагревательный элемент выключен, температура основы утюга снижается, так как количество тепла от разглаживаемой ткани передается окружающему воздуху. Этот процесс действует как внешнее воздействие на объект регулирования.
Замыкание и размыкание цепи нагревательного элемента осуществляется парой контактов, последовательно включенных в эту цепь.
Температура подошвы утюга контролируется специальным датчиком. Его действие основано на использовании биметаллической пластины, состоящей из двух разнородных металлических слоев (например, железа и алюминия, железа и меди).
Известно, что разные металлы по-разному расширяются при нагревании. Например, при одинаковом повышении температуры железной и алюминиевой пластины одинаковой длины удлинение алюминиевой пластины вдвое превышает удлинение железной пластины.
При нагревании биметаллическая пластина изгибается в сторону слоя, который меньше расширяется. В этом случае 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 железном термостате конец биметаллической пластины 2 закреплен на подошве 1, второй управляет подвижным контактом пары контактов 3, выполняющей функцию органа сравнения (нулевого органа) термостата.
При повышении температуры основания чугуна биметаллическая пластина также нагревается. При этом он изгибается, и его свободный конец начинает двигаться. Это движение - информация об изменении температуры, которая поступает в нулевой орган в виде определенного движения 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.
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.
Чем выше нижний контакт, тем выше средняя температура, поддерживаемая регулятором. Таким образом, поворачивая циферблат в нулевом органе, вводится информация о том, какая температура основания утюга должна быть x или ниже.
В рассмотренном примере присутствуют все элементы системы автоматического управления, кроме усилителя, который в данном случае не нужен, так как сигнала компаратора (замыкание или размыкание контактной пары) достаточно для включения или выключить привод (нагревательный элемент).
Такой регулятор также используется в бытовых электрических маслоохладителях, где он служит для поддержания заданной средней температуры поверхности, а также в некоторых других бытовых и промышленных установках.