ترموستات و هرآنچه راجب به آن باید بدانید.

ترموستات :

کنترل فرآیندهای فیزیکی مانند دما در یک درجه ویاسطح خاص بسیارحائز اهمیت است .تصور کنید در صنایعی  که عملکرد و تولید  آنها وابسته به کنترل دمادر یک نقطه خاص است  نتوان متغیر دما را کنترل کرد. ویا دمای یخچال فریزر و موتور اتومبیل شما مرتب تغییرکند چه اتفاقی می افتاد؟با کمی تامل در یافتن پاسخ این سوال متوجه اهمیت ترموستات  در صنعت و زندگی انسانها خواهید شد.

می توان گفت ترموستات وظیفه کنترل دستگاه های گرمایشی یا سرمایشی و یا در مواردی  تنظیم جریان سیال انتقال حرارت ، برای حفظ درجه حرارت محیط در نقطه مورد نظررا برعهده دارد. ترموستات اغلب می تواند واحد اصلی کنترل سیستم گرمایشی یا سرمایشی باشد. دراین مقاله به صورت مفصل درمورداهمیت کنترل دما صحبت و توضیح خواهیم داد که کنترل دما در یک سطح خاص چگونه و با چه ابزاری امکان پذیر است.علاوه بر آن پاسخ بسیاری از سوالات رایج در مورد این موضوع را خواهیم داد پس با ما همراه باشید.

ترموستات چیست؟

بگذارید پرداختن به این مساله را بایک مثال ساده شروع کنیم . همواره کنترل دما در سردخانه ها بسیار مهم و حائز اهمیت است.فرض کنید در یک سردخانه نگهداری گوشت و یا مواد لبنی دما افزایش پیدا کند چه اتفاقی می افتد؟کاملا روشن است که با گذشت زمان تمام گوشت و یا مواد لبنی داخل سردخانه فاسد وغیر قابل استفاده خواهند شد.

لازم به توضیح نیست که کنترل این متغیر در یک نقطه خاص به صورت مداوم توسط فرد ویا منابع انسانی خطاهای بسیار و خسارات جبران ناپذیری به دنبال خواهد داشت.خبر خوب این است که ابزاری وجود دارد که به کمک آن می توان دمای درون یک محوطه یا فضای خاص را با دقت و بدون خطا  کنترل کرد.

این ابزار ترموستات نام دارد.ترموستات زمانی که دمای سردخانه بیشتر از رنج تعریف شده ی آن می شود سیستم سرمایش سردخانه را روشن و دمای سردخانه را به نقطه مورد نظر می رساند.حالا که سردخانه دمای مناسبی دارد برای جلوگیری از اتلاف انرژی و مصرف بیهوده برق , ترموستات مجددا وارد عمل شده و سیستم سرمایشی سردخانه را خاموش می کند.این فرآیند مستمر ادامه دارد و مانع از افزایش دمای داخل سردخانه و فاسد شدن مواد غدایی داخل سردخانه می شود.

در وافع می توان گفت :

ترموستات وسیله ای مکانیکی یا الکترونیکی است که دمای سیستم فیزیکی را حس کرده و عملکردهایی را انجام می دهد تا دمای سیستم مورد نظر در نزدیکی نقطه مورد نظر حفظ شود.(ویکی پدیا)

تاریخچه ترموستات :

اولین نمونه های ترموستات توسط مبتکر هلندی کورنلیس دربل(cornelis j drebbele) در حدود سال ۱۶۲۰ در انگلستان ساخته شد.این دانشمند هلندی به وسیله ای نیاز داشت تا دمای دستگاه جوجه کشی اش را کنترل کند.وی توانست یک ترموستات جیوه ای را برای تنظیم دمای دستگاه جوجه کشی مرغی که ساخته بود اختراع کند.

درسال ۱۸۳۰کارخانه های نساجی , برای عملکرد بهینه به دمای ثابت و کنترل شده نیاز داشتند.دراین سالها شیمی دان اسکاتلندی Andrew Ure برای دستیابی به این هدف وارد عمل شد و توانست ترموستات بی متال (Bmetal) را اختراع کند.(درادامه در مورد این نوع ترموستات بیشتر توضیح خواهیم داد)

بیشتر بخوانید : تابلو برق (بررسی تخصصی)

بیشتر بخوانید : سنسور اکسیژن (بررسی تخصصی)

بیشتر بخوانید : از شانزلیزه فرنگی، تا لاله‌زار برقی !

ترموستات چگونه کار می‌کند؟

حال که با تاریخچه ترموستات آشنا شده و می دانید ترموستات چیست؟ به نحوه عملکرد آن پرداخته و توضیح خواهیم داد که ترموستات چگونه کار می کند؟بگذارید اینطور شروع کنیم.اغلب مواد با افزایش دما منبسط و با کاهش دما منقبض می شوند.انقباض و انبساط مواد می تواند ایده خوبی برای کنترل دمای محیط باشد.

ترموستاتهای مکانیکی و یا الکتریکی را در مسیر مدارهای الکتریکی قرار می دهند.انقباض و انبساط ترموستات با روشن یا خاموش کردن دستگاه های گرمایش یا سرمایش یا تنظیم جریان سیال، برای حفظ درجه حرارت در نقطه مورد نظر همراه است. ترموستات اغلب می تواند اصلی ترین وسیله برای کنترل سیستم گرمایشی یا سرمایشی باشد.

ترموستات در دمای مشخصی که  به عنوان دمای کارکرد بهینه تعریف شده است باز می‌شود. ترموستات دارای محفظه یا سیلندری است که درون آن ماده حساس به حرارت قرار دارد و میله‌ای به سوپاپ ترموستات متصل شده که در درون این موم قرار گرفته است.

با بالا رفتن دما و به دنبال آن افزایش دمای ترموستات , این موم تبدیل به مایع و در نتیجه منبسط می‌شود. با انبساط این موم میله داخل سیلندر حرکت کرده و از محفظه خود خارج می‌شود و در نتیجه سوپاپ ترموستات باز می‌شود. بنابراین باز شدن هر چه بیشتر سوپاپ ترموستات با افزایش دما رابطه مستقیم دارد.

زمانی که دمای محیط پایین است سیستم سرمایشی محیط از مدار خارج است.با افزایش گرما ترموستات بازشده , اتصال برقرار و بابرق رسانی به سیستم سرمایشی شاهد فعال شدن آن خواهیم بود.

پس از اینکه دمای محیط به دمای تعریف شده رسید عملکرد ترموستات تغییر خواهدکرد.کاهش دمای محیط موجب انقباض مایع درون ترموستات شده و در نتیجه آن اتصال قطع و ترموستات سیستم سرمایشی را خاموش می کند.به منظور ثابت نگه داشتن دمای محیط این چرخه تکرار خواهد شد.

کاربرد ترموستات ها چیست؟

کم و بیش درلابه لای مطالب به کاربرد کنترلرهای دما در زندگی  انسانها اشاره شد. اما به طور کل می توان کاربرد های زیر را برای کنترلر های دما مثال زد که در ادامه تعدادی از آنها بیان شده است:

• کنترل دمای دستگاههای جوجه کشی به کمک ترموستاتها
• کنترل و تنظیم دما در سیستم خنک کننده خودرو
• کنترل گرمایش ساختمان
• سیستم های تهویه مطبوع
• تجهیزات آشپزخانه
• دستگاههای پزشکی و علمی

بیشتر بخوانید : راهنمای کامل آشنایی با انواع سنسور Sensor

بیشتر بخوانید : آسانسور (بررسی تخصصی)

بیشتر بخوانید : چیلر و هر آنچه راجب آنها باید بدانید.

انواع ترموستات از نظر طراحی

• ترموستات مکانیکی
• ترموستاتهای الکترونیکی
• ترموستاتهای پنوماتیکی
• ترموستاتهای مستغرق
• ترموستاتهای کنترل از دور

ترموستات مکانیکی :

 ترموستات مکانیکی از رابط مکانیکی برای فرمان حسگر به میکرو سوئیچ استفاده می کند.نکته ای که باید در مورد ترموستات مکانیکی به خاطر بسپارید این است که در ترموستات های مکانیکی دما یک عدد نیست بلکه یک طیف از اعداد است.ترموستات مکانیکی را می توان به انواع زیر تقسیم بندی کرد.

• ترموستات مکانیکی بایمتال
• ترموستات مکانیکی مویین (diastat) 

ترموستات بایمتال:

سنسور دما در یک ترموستات مکانیکی بایمتال از دو قطعه فلز ساخته شده است که روی هم قرار می گیرند.درترموستاتهای مکانیکی بایمتال , با انبساط فلز کلید فنری عمل می کند.اما عملکرد کلید چگونه و چه نتیجه ای دارد؟

در این نوع کنترلر دما نواری به عنوان کلید یا پل در یک مدار الکتریکی قرار می گیرد.لازم به ذکر است که مدار الکتریکی مذکور به سیستم سرمایشی متصل است.با انبساط کلید و متصل شدن آن برق جریان پیدا می کند و سیستم سرمایشی به کار افتاده و دمای محیط را پایین می آورد.

باکاهش دمای محیط در نقطه مورد نظر نوار فلزی منقبض و برق سیستم قطع می شود.البته در پاگرافهای قبل توضیح داده شد که کنترلر های دما چگونه کار می کنند.اما در این پاراگراف بیشتر کالبدشکافی قطعات کنترلر دمای بایمتال مد نظر است.

ترموستات مکانیکی مویین (diastat) :

ترموستات مکانیکی مویین بر اساس اصل انبساط مایع عمل می کند.هنگامی که دمای حسگر بالا می رود مایع از طریق لوله مویین به داخل دیافراگم رفته و منبسط می شود.در نتیجه کلید فنری (Snap action) به کار می افتد که می تواند مدار را باز  یا ببندد.

ترموستاتهای الکترونیکی (دیجیتال):

ترموستات ها را می توان بنا بر عملکردشان دردسته های دیجیتال و مکانیکی تقسیم بندی کرد.درترموستات های الکترونیکی یا دیجیتال سنسور دمایی وجود دارد که وظیفه فرمان دادن به مدار را برعهده دارد.

در ترموستاتهای دیجیتال فرمان دریافتی از سنسور های دمایی توسط جریان الکتریکی به رله مینیاتوری سیستم منتقل و مدار قطع یا وصل می شود.در این نوع کنترلرها بخش مکانیکی و متحرک حذف شده و به جای آن از ابزارهای الکتریکی مانند رله استفاده شده است.البته لازم به ذکر است که در کنترلر های دیجتال نمایشگری تعبیه شده که در نمونه های جدیدتر علاوه بر دمای محیط تاریخ و روز را هم نشان می دهد.

ترموستاتهای الکتریکی یا دیجیتال قابلیت برنامه ریزی دارند و می توانید برای روشن و خاموش شدن فن کویلها برنامه هفتگی تنظیم کنید.درضمن از این نوع کنترلرها علاوه بر فرمان به الکتروموتورها , میتوان برای فرمان دادن به شیرهای کنترلی پیشرفته استفاده کرد.دقت اندازه گیری دما در کنترلرهای دیجیتال بسیار بالاتر از کنترلرهای مکانیکی بوده و می توان دما را به صورت نقطه ای و دقیق اندازه گیر کرد.

ترموستات‏ های پنوماتیکی :

این نوع ترموستاتها امکان تغییر فشار خروجی هوا را با تغییرات دما فراهم می کنند.ترموستاتهای پنوماتیکی به دو دسته تقسیم می شوند:

• عملکرد مستقیم (DA)

ترموستات های عملکرد مستقیم با افزایش دمای اتاق فشار هوای بالاتری را تولید می کنند.(فشار خروجی بیشتر)

• علکرد معکوس(RA)

 ترموستاتهای عملکرد معکوس با افزایش دما فشار هوای خروجی کاهش پیدا می کند.(فشار خروجی کمتر)

ترموستاتهای مستغرق

ترموستاتهای مستغرق برای تنظیم درجه حرارت مایعات ساخته شده اند.معمولا از این نوع کنترل های دما در تاسیسات حرارت مرکزی جهت فرمان دادن به مشعل های گازی و گازوئیلی اسنفاده می شود.

ساختار این نوع کنترلر های داما به گونه ای طراحی شده که قسمت حسگر آنها به صورت بالب و داخل یک غلاف قرار می گیرد.غلاف این نوع ترموستات را داخل مایع دیگ نصب می کنند.زمانی که درجه حرارت مایع به رنج تنظیم شده رسید رله از مدار خارج می شودنکته مهم این است که این نوع ترموستات باید در گرمترین نقطه دیگ که معمولا خروجی دیگ است نصب شود.از این نوع کنترلر ها با نام آکوستات مستغرق هم یاد می شود.

ترموستاتهای کنترل از دور

در این نوع کنترلر ها این امکان فراهم شده تا ترموستات از طریق اینترنت از راه دور کنترل شود.در این نوع کنترلر سنسورهای دمای نصب شده در مکانی دور از کنترل کنترلر هستند و میزان قرائت دما را از طریق وایرلس یا اینترنت به ترموستات ارسال می کنند.

انواع ترموستات‏ها از نظر کاربرد

نکات مهم در انتخاب ترموستات کدامند؟

برای انتتخاب یک ترموستات مناسب به نکاتی چند باید توجه داشت که در زیر تعدادی از آنها آورده شده است:

• رنج دمایی که ترموستات مورد استفاده قرار می گیرد.
• عملکرد مناسب (استفاده از ترموستات های دقیق دیجیتالی در مکانهای حساس)
• اندازه و ابعاد ترموستات
• محل نصب
• فصل سرد یا فصل گرم
• نوع سنسور استفاده شده در ترموستات
• محدوده کاری
• نحوه و کیفیت کنترل دما و …

بیشتر بخوانید : سنسور پیزو الکتریک و هرآنچه راجب آن باید بدانید (بررسی تخصصی)

بیشتر بخوانید : سنسور دنده عقب و هرآنچه راجب آن باید بدانید.

بیشتر بخوانید : میکرو سنسور چیست؟عملکرد آن چگونه است؟