ترموستات چیست؟ انواع و کاربرد

ترموستات چیست؟ انواع آن

ترموستات دستگاه‌های نام آشنا برای نظارت و کنترل سیستم‌های گرمایشی مورد استفاده در ساختمان‌ها استفاده می‌شوند. عملکرد اساسی این محصولات حفظ دمای مطلوب یا هدف به نام دمای نقطه تنظیم در داخل ساختمانی است که در آن نصب می‌شوند. این کار ممکن است گرمای محیط، تهویه مطبوع یا کنترل آب گرم باشد. بعبارت دیگر، آنها برای بستن هرگونه شکاف بین دمای فعلی و دمای مطلوب در یک محیط کار می‌کنند. این دستگاه‌های قابل تنظیم را می‌توان طوری تنظیم کرد که به تغییر دما واکنش نشان دهند، هنگامی که دما به یک نقطه معین کاهش می‌یابد، گرمایش را روشن می‌کنند و پس از گرم شدن کافی اتاق، آن را خاموش می‌کنند.

از طرف دیگر، ترموستات‌ها می‌توانند به سادگی تنظیم شوند تا سیستم‌های گرمایشی را در زمان‌های تعیین شده روشن یا خاموش کنند.آنها را می‌توان در مکان‌های مختلفی نصب کرد، از مستقیم روی دیگ سیستم تا نصب روی دیوار. مقاله امروز سپیانی را دنبال کنید تا اطلاعات بیشتری درباره ترموستات ها کسب کنید.

حتما بخوانید:

سنسور صنعتی چیست؟ کاربرد آن

کاربرد اینترنت اشیا (IOT) چیست؟

ترموستات چگونه کار می‌کند؟

بیایید به نحوه عملکرد ترموستات‌ها نگاه کنیم. با اینکه بیشتر طرح‌های مدرن الکترونیکی هستند، برخی از مدل‌های قدیمی هنوز طراحی الکترومکانیکی دارند. ترموستات‌های الکترونیکی که به عنوان ترموستات دیجیتال نیز شناخته می‌شوند، از حسگرهایی برای تشخیص دمای محیط استفاده می‌کنند. سپس پردازنده داخلی با توجه به برنامه‌ریزی خود و تنظیمات اعمال شده توسط کاربر پاسخ می‌دهد. اکثر مدل‌های فعلی دارای دسترسی Wi-Fi هستند که به تنظیمات گرمایش اجازه می‌دهد از راه دور از طریق وب یا از یک دستگاه تلفن همراه برنامه‌ریزی شود.

در مقابل، مدل‌های الکترومکانیکی حاوی نوارها یا سیم‌پیچ‌های فلزی هستند که با انبساط به تغییرات دما پاسخ می‌دهند و به دستگاه سیگنال می‌دهند که گرمایش باید روشن یا خاموش شود. مدل‌های الکترومکانیکی دارای صفحه‌های آنالوگ هستند – کاربران این‌ها را می‌خوانند و تنظیمات خود را اعمال می‌کنند. مدل‌های سنتی حاوی ویال‌هایی از جیوه بودند که در پاسخ به‌تغییرات دما سرازیر می‌شدند، اما اکنون تا حد زیادی حذف شده‌اند. در هر دو مورد، دستگاه به یک سیستم دیگ بخار و رادیاتورها متصل می‌شود و اینها را فعال، غیرفعال یا تنظیم می‌کند تا دمای ثابت تعریف شده توسط کاربر در سراسر ساختمان حفظ شود.

ترموستات‌ها همچنین می‌توانند سیستم‌های تهویه مطبوع را کنترل کنند و در صورت لزوم آن‌ها را روشن یا خاموش کنند. توصیه می‌شود بیش از حد از ترموستات استفاده نکنید. تنظیم بیش از حد دستگاه شما اغلب انرژی را بطور غیر ضروری می‌سوزاند.

کاربردهای ترموستات چیست؟

ترموستات‌ها برای چه استفاده می‌شوند؟ آنها تقریباً در همه سیستم‌هایی هستند که دما را تنظیم می‌کنند و از گرمایش یا سرمایش برای حفظ دمای تعیین شده استفاده می‌کنند. موارد استفاده ترموستات‌ها عبارتند از:

• سیستم‌های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC)
• گرمایش مرکزی
• دیگ و آبگرمکن

آنها همچنین در سایر دستگاه‌های حساس به‌دما استفاده می‌شوند، بعنوان مثال:

• کوره‌ها
• پمپ‌های حرارتی
• یخچال و فریزر
• دستگاه‌های جوجه کشی پزشکی

دستگاه‌هایی که دما را تنظیم می‌کنند، گاهی اوقات بعنوان بارهای کنترل شده توسط ترموستاتیک نامیده می‌شوند.

حتما بخوانید: آشنایی با تاسیسات صنعتی

انواع ترموستات بر اساس کاربرد

ترموستات‌های کنترل حرارت:

کنترل دمای بخاری شاید رایج ترین کاربرد برای ترموستات‌ها باشد و مطمئناً همان چیزی است که اکثر مردم با آن آشنا هستند. برای تنظیم دمای هوای اتاق از ترموستات‌های کنترل حرارت استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها به یک سیستم کنترل دمای گرمایش مانند دیگ بخار یا کوره متصل می‌شوند و هنگامی که تماس برای گرما وجود دارد سیگنال الکتریکی را به آن سیستم ارسال می‌کنند.

سیگنال یک رله کنترل را فعال می‌کند تا فرآیند روشن کردن دیگ یا کوره و انتقال گرما از طریق هوای اجباری یا از طریق رادیاتورها آغاز شود. هنگامی که دما به‌دمای مورد نظر افزایش یافت، سیگنال ترموستات خاموش می‌شود و دیگ یا کوره خاموش می‌شود.

ترموستات‌های تنظیم دما:

از دیگر محصولات رایج می‌توان به ترموستات برای تنظیم دما اشاره کرد. ترموستات‌های بخاری برقی دما را حس می‌کنند و نیروی چرخه را به عناصر گرمایش الکتریکی در صورت نیاز برای گرم کردن یک اتاق می‌رسانند. فن‌های خنک کننده مجهز به ترموستات‌های کنترل فن هستند که بسته به دمای هوای اتاق می‌توان از آنها برای روشن و خاموش کردن فن در صورت نیاز استفاده کرد.

ترموستات‌های پد گرمایشی به‌منظور جلوگیری از سوختگی‌های تصادفی، به‌روشی مشابه عمل می‌کنند تا دمایی را که ممکن است پد گرمایشی ممکن است افزایش یابد، محدود می‌کنند. از ترموستات استخر در بخاری‌های استخر استفاده می‌شود تا دمای آب استخر را هنگام گردش در بخاری استخر حس کند.

همانند ترموستات‌های سیستم کنترل دمای گرمایش که قبلاً توضیح داده شد، ترموستات استخر بخاری استخر را در صورت لزوم روشن و خاموش می‌کند تا دمای آب را به‌نقطه تنظیم مطلوب برساند. سیستم‌های آب گرم خانگی از ترموستات‌های آب گرم که آکواستات نیز نامیده می‌شوند، استفاده می‌کنند تا بفهمند که چه‌زمانی آبگرمکن باید روشن شود تا آب گرم برای استفاده ایجاد کند.

ترموستات خودرو:

در صنعت خودرو، ترموستات‌ها نقش مهمی دارند و در چندین مکان ظاهر می‌شوند. ترموستات‌های خودرو دمای کابین را کنترل می‌کنند و برای افزایش گرما یا فعال کردن سیستم تهویه مطبوع برای حفظ سطح راحتی اتاق‌های سرنشین استفاده می‌شوند.

ترموستات‌های سیستم خنک‌کننده خودرو و هواپیما بدنبال تنظیم دمای سیال خنک‌کننده در خودرو یا هواپیما هستند، با بسته‌ماندن در شرایط شروع سرد موتور، سپس باز می‌شوند تا با افزایش دمای موتور، سیال به رادیاتور یا مبدل حرارتی گردش کند. کنترل ترموستات اضافی بر روی سیستم خنک کننده برای تشخیص دمای مایع خنک کننده یا موتورها استفاده می‌شود و فن‌های الکتریکی را فعال می‌کند تا هوای اضافی را از طریق رادیاتور بکشد تا سیال در صورت نیاز خنک شود.

ترموستات‌های نظارتی:

نظارت ترموستاتیک برای اجزای حیاتی یک سیستم نیز اعمال می‌شود. ترموستات‌های روغن برای نظارت بر دمای مایع روان کننده در ماشین‌ها و موتورها طراحی شده اند تا از حفاظت موتور اطمینان حاصل کنند. شفت‌های چرخشی که توسط یاتاقان‌ها پشتیبانی می‌شوند ممکن است از ترموستات‌های بلبرینگ برای نظارت بر دمای بلبرینگ استفاده کنند که ممکن است به پیش بینی شروع شرایطی که نیاز به تعمیر و نگهداری دارند کمک کند.

ترموستات موتور دیزل برای حفظ دمای مناسب موتور در وسایل نقلیه بزرگ مانند تریلرها عمل می‌کند، جایی که نیازهای خنک کننده به‌بار عملیاتی بستگی دارد. برخی از طرح‌ها از دو ترموستات استفاده می‌کنند که به عنوان دریچه‌های کنترل دما برای تنظیم مقدار مایع خنک کننده‌ای که به رادیاتور خودرو جریان می‌یابد، عمل می‌کنند.

از ترموستات‌ها در شرایط دیگر مانند آزمایشگاه‌ها برای حفظ دمای فرآیند استفاده می‌شود. ترموستات‌های مکان خطرناک در کاربردهایی استفاده می‌شوند که ممکن است خطر وجود جو انفجاری وجود داشته باشد. حتی ترموستات‌های خودکاری وجود دارد که برای کنترل دما در این دستگاه‌ها برای سرد نگه داشتن نوشیدنی‌ها یا جلوگیری از ذوب شدن تنقلات مانند آب نبات‌ها استفاده می‌شود.

انواع ترموستات بر اساس طراحی:

طرح‌های مختلفی برای ترموستات‌ها وجود دارد که از مواد مختلف و خواص آن‌ها برای حس کردن تغییرات دما و ارسال سیگنال‌های کنترلی به سیستم‌های دیگر استفاده می‌کنند.

ترموستات جیوه‌ای:

یکی از قدیمی ترین انواع ترموستات‌ها، ترموستات جیوه‌ای است. این طراحی از یک سیم پیچ حرارتی و یک کلید جیوه ای استفاده می‌کند که توسط یک صفحه یا اهرم دستی روی ترموستات کنترل می‌شود. هنگامی که تنظیم دما با چرخاندن صفحه کلید افزایش می‌یابد، این عمل باعث می‌شود سوئیچ جیوه بسته شود و سیگنالی برای روشن شدن سیستم گرمایش ارسال شود. با شروع گرم شدن هوا، تغییر دما باعث باز شدن سیم پیچ حرارتی می‌شود که کلید جیوه را باز می‌کند و سیستم گرمایش را خاموش می‌کند.

ترموستات‌های دو فلزی:

یکی دیگر از طراحی‌های آزمایش شده و واقعی ترموستات ترموستات دو فلزی است. یک نوار دو فلزی شامل دو فلز مانند برنج و آهن است که ضرایب انبساط حرارتی آنها متفاوت است. هنگامی که ترموستات برای گرما تنظیم می‌شود، مدار بسته می‌شود. با افزایش دمای اتاق، نوار دو فلزی خم می‌شود و مدار الکتریکی را باز می‌کند و باعث خاموش شدن سیستم گرمایش می‌شود.

ترموستات‌های الکترونیکی:

با اینکه ترموستات‌های جیوه‌ای و دو فلزی ترموستات‌های الکتریکی هستند و بصورت دستی کار می‌کنند، اکثر ترموستات‌های مدرن ترموستات‌های الکترونیکی هستند که شامل ترموستات‌های دیجیتال قابل برنامه ریزی می‌شود. مزیت این دستگاه‌ها این است که قابلیت ایجاد پروفیل‌هایی برای گرمایش و سرمایش متناسب با نیاز ساکنان ساختمان را فراهم می‌کند.

این ترموستات‌ها تنظیمات جداگانه‌ای را برای زمان‌های مختلف روز و روزهای هفته ارائه می‌کنند، بطوری که می‌تواند در عصر هنگام خواب خنک‌تر و در صبح یا در طول روز که افراد بیدار هستند گرم باشد. جدیدترین فناوری‌ها برای ترموستات‌ها گاهی اوقات به عنوان ترموستات‌های هوشمند نامیده می‌شوند و از اتصال بی‌سیم استفاده می‌کنند و کاربران را قادر می‌سازد تا از تلفن‌های همراه و تبلت‌ها برای تغییر شرایط دما در صورت نیاز استفاده کنند.

ترموستات پنوماتیک:

ترموستات‌های پنوماتیک فشار خروجی هوا را در پاسخ به دمای هوای اتاق تعدیل می‌کنند. دو نوع ترموستات پنوماتیکی وجود دارد: اثر مستقیم (DA) و اثر معکوس (RA). دستگاه‌های مستقیم با افزایش دمای اتاق، خروجی فشار بالاتری تولید می‌کنند. دستگاه‌های عمل معکوس با افزایش دمای اتاق فشار خروجی کمتری تولید می‌کنند.

ترموستات‌های غوطه‌وری:

ترموستات‌های غوطه ‌وری معمولاً از یک بخاری/کولر غوطه‌وری و پمپ برای کنترل دمای یک حمام سیال در کاربردهای آزمایشگاهی، پزشکی یا علمی استفاده می‌کنند.

ترموستات از راه دور:

ترموستات‌های لامپ از راه دور و ترموستات‌های سنجش از راه دور دارای سنسور حرارتی هستند که در فاصله ای دور از کنترل ترموستات قرار دارد که در برخی موارد قرائت‌ها را به صورت بی سیم ارسال می‌کند.

حتما بخوانید:

ترمیستور چیست؟ کاربرد آن

انواع سنسور های دما (ترمیستور، ترموکوپل و RTD)

روش‌های کنترل دما برای عملیات تولیدی:

کنترل دما در تولید بخش اساسی از شکل گیری مناسب محصول است. اگر دما از محدوده ایده‌آل مورد نیاز برای مرحله خاصی در یک فرآیند تولید پایین‌تر یا بیشتر شود، نتایج می‌تواند مضر باشد یعنی پوشش‌های نادرست چسبیده، یک ماده پایه ضعیف شده، یا به طور کلی یک جزء آسیب‌دیده؛ بنابراین بسیار مهم می‌شود که سازنده این کار را نکند.

کنترل‌کننده‌های دما در عملیات تولید دقیقاً این عملکرد را انجام می‌دهند: آنها با سنجش دما در مراحل مختلف فرآیند و مقایسه داده‌ها با مشخصات دمای برنامه‌ریزی‌شده، اطمینان حاصل می‌کنند که دستگاه به درستی کار می‌کند. در نتیجه، سازندگان می‌توانند به سرعت و براحتی نقص‌های مربوط به‌دما را کشف کنند و در صورت لزوم با آنها برخورد کنند.

سه نوع کلی از کنترل‌کننده‌های دما وجود دارد که برای نظارت بر دما در طول فرآیندهای تولید استفاده می‌شوند:

1. کنترل‌های روشن-خاموش
2. متناسب
3. PID

کنترل دمای روشن/خاموش:

کنترل دمای روشن/خاموش کم‌هزینه‌ترین نوع کنترل است و همچنین از نظر نحوه عملکرد ساده‌ترین آن است. در اصل کنترل روشن یا خاموش است – اگر دما از یک نقطه خاص پایین بیاید، کنترل به ماشین سیگنال می‌دهد که دما را بالا ببرد. به‌همین ترتیب، اگر دما از یک نقطه خاص بالاتر رود، کنترل فعال می‌شود تا به‌دستگاه بگوید دما را کاهش دهد.

یک نمونه رایج از سیستم‌های روشن/خاموش ترموستات خانگی است. هنگامی که دما از یک نقطه خاص پایین می‌آید، کنترل کننده بخاری را فعال می‌کند تا دما را به مقدار برنامه‌ریزی شده‌برگرداند. با تهویه مطبوع، به‌روش دیگری عمل می‌کند: اگر دما از یک نقطه خاص بالاتر رود، کنترل کننده تهویه مطبوع را فعال می‌کند و دما را به‌حالت نرمال برنامه‌ریزی شده‌برمی‌گرداند.

کنترل متناسب:

برخلاف کنترل‌های روشن/خاموش، که فقط زمانی پاسخ می‌دهند که به یک حد تعیین‌شده رسیده باشد. کنترل‌های متناسب برای پاسخگویی به تغییر دما قبل از خارج شدن از محدوده مورد نظر طراحی شده‌اند. اساساً، کنترل‌های متناسب با رسیدن دما به حد بالا یا پایین یا نقطه تنظیم، منبع تغذیه را افزایش یا کاهش می‌دهند، که بخاری را کند یا سرعت می‌بخشد و به تثبیت دما کمک می‌کند.

محدوده دمایی که در آن کنترل‌های متناسب، منبع تغذیه را کاهش می‌دهند یا افزایش می‌دهند تا گرمایش کند یا سریع باشد. به عنوان «باند متناسب» شناخته می‌شود. اگر دما به‌نقطه تنظیم پایین یا بالاتر برسد، کنترل بعنوان یک کنترل روشن/خاموش کامل عمل می‌کند – دما یا برای افزایش دما بطور کامل روشن می‌شود یا برای کاهش دما کاملاً خاموش می‌شود.

کنترل PID (متناسب-انتگرال-مشتق):

این کنترل، کنترل تناسبی را با کنترل انتگرال و مشتق (PID) ترکیب می‌کند. یک سیستم PID که در یک باند متناسب به‌همان روشی که یک کنترل تناسبی انجام می‌دهد، دارای دو ویژگی اضافه است که تنظیم دمای کلی را بهبود می‌بخشد. ویژگی تناسبی به کنترل اجازه می‌دهد تا به شرایط فعلی واکنش نشان دهد و بر اساس آن تنظیم شود. مقدار انتگرال مجموع رویدادهای اخیر را در نظر می‌گیرد (بعبارت دیگر، ریتم‌های کنترل متناسب گذشته) و مقدار مشتق، واکنش مناسب را بر اساس سرعت تغییر ریتم‌های گذشته تعیین می‌کند.

حتما بخوانید:

سنسور RTD چیست؟ کاربرد آن

سنسور ترموکوپل چیست؟ کاربرد آن