با ترموستات یا کنترلر دما و کاربردهای مختلف آن آشنا شوید

دنیای برق و الکترونیک دنیای بسیار پیچیده ای است که ابزار آلات و تجهیزات مختلفی در آن وجود دارد و هر کدام کاربردهای خاصی دارند. یکی از تجهیزاتی که کاربردهای فراوانی در برق و الکترونیک دارد، ترموستات ها هستند. ترموستات که به آن کنترلر دما نیز گفته می شود در وسایل مختلفی کاربرد دارد همان طور که از نام آن مشخص است، وظیفه کنترل دما و درجه حرارت را بر عهده دارد. ترموستات ها بر اساس محل استفاده آن ها در دستگاه های مختلف در انواع گوناگونی طراحی و ساخته شده و راهی بازار می شوند. یکی از کاربردهای رایج این وسیله در سیستم های برودتی مانند سردخانه ها و یخچال ها است. در این مطلب قصد داریم شما را به طور کامل با ترموستات یا همان کنترلر دما، انواع و کاربردهای آن آشنا کنیم. پس تا پایان همراه ما باشید و با این وسیله مهم آشنا شوید.

ترموستات (Thermostat) یا کنترلر دما چیست؟

ترموستات (Thermostat) در مفهوم لغوی آن از ترکیب دو کلمه یونانی Thermo به معنی گرما و Statos به معنی توقف کردن و ماندن تشکیل شده است. ترکیب این دو کلمه به ما نشان می دهد که ترموستات ابزاری است که می تواند گرما و درجه حرارت یک دستگاه را در نقطه ای که برای آن تعریف شده است ثابت نگه دارد. به بیان دیگر ترموستات ها جزو کنترل کننده های الکترومکانیکی یا الکترونیکی خودکاری هستند که از آن ها برای تنظیم درجه حرارت وسایل استفاده می شود. بدون شک همه ما در خانه یا محل کارمان وسایل سرمایشی مانند: یخچال، فریزر، کولر و … و همین طور وسایل گرمایشی مانند: بخاری برقی، سمار برقی و … را داریم و با آن ها آشنا هستیم. در تمامی این وسایل ترموستات وجود دارد تا بتوان دما و درجه حرارت آن ها را روی میزان مشخصی تنظیم کرد.

روش کار ترموستات ها به این صورت است که ابتدا به صورت دستی دمای مورد نظر برای آن ها تنظیم می شود. سپس وسیله گرمایشی یا سرمایشی شروع به کار می کند. حال وسیله شروع به کار می کند و جریان الکتریکی آن متصل می شود. بعد از کار کردن دستگاه، زمانی که دما به حد مشخص رسید، ترموستات باید جریان الکتریکی را که باعث گرما یا سرما می شود قطع کرده و زمانی که دما تغییر کرد مجددا جریان را وصل کند و سیستم دوباره راه اندازی شود. نحوه عملکرد ترموستات ها و اینکه دوباره چه زمانی جریان را وصل کنند به نوع و ساختار آنها بستگی دارد. ترموستات ها در بخش های مختلفی از صنعت به کمک ما می آیند و در برخی از نمونه های آن ها نیز سنسورهای حرارتی کار گذاشته می شود که علاوه بر کنترل دما، می توانند سنجش دما را نیز انجام دهند.

انواع ترموستات بر اساس نوع کنترل کننده آن ها

ترموستات ها یا کنترلرهای دما دارای انواع گوناگونی هستند و با توجه به ویژگی های خاصی دسته بندی می شوند. یک تقسیم بندی رایج برای ترموستات ها، قرار دادن آن ها در 3 گروه بر اساس نوع کنترل کننده آن ها است. این مدل ها عبارتند از:

1. ترموستات یا کنترل کننده دمای روشن – خاموش (ON/OFF)

کنترل کننده ها یا ترموستات‌های On/Off یکی از ساده ترین انواع ترموستات هستند. در این کنترلرها خروجی تنها دارای دو حالت روشن و خاموش یا همان صفر و یک است و چیزی به عنوان حالت وسط ندارد. این ترموستات زمانی خروجی خود را تغییر می دهد که دمای دستگاه از محدوده مشخص شده عبور کند و بالاتر یا پایین تر برود. این ترموستات‌ها در موارد زیر استفاده می شود:

• زمانی که نیازی به کنترل دقیق دما نباشد؛
• در سیستم هایی که تحمل قطع و وصل شدن انرژی را به صورت مداوم و پیوسته ندارند؛
• در سیستم هایی که حجم آن ها به اندازه ای بالا است که تغییرات دمایی بسیار کند در آن ها رخ می دهد؛
• استفاده به عنوان یک هشدار دمایی در زمان هایی که خروجی کنترلر به یک زنگ یا آژیر خطر متصل باشد.

یک نمونه خاص از کنترلرهای روشن و خاموش که از آن به عنوان هشدار حرارتی استفاده می شود، لیمیت کنترلر (Limit Controller) نامیده می شود.این نوع کنترلر از یک رله قفل استفاده می کند که به صورت دستی ریست می شود.

• ترموستات یا کنترل کننده دمای نسبی یا تناسبی یا پروپورشنال (PROPORTIONAL CONTROL)

یکی از معایبی که کنترلرهای on/off داشتند دارا بودن فقط دو حالت روشن و خاموش است. به همین جهت کنترلرهای تناسبی برای اینکه سیکل های on/off را حذف کنند طراحی شده اند. نمونه قبلی زمانی واکنش نشان می داد که دما از بازه مورد نظر خارج می شد ولی کنترلرهای تناسبی به نوعی طراحی و ساخته شده اند که قبل از اینکه دما از بازه تعیین شده خارج شود واکنش نشان می دهند.به عبارت دیگر اساس کار آن ها نزدیک شدن دمای وسیله به محدوده بالا یا پایین است و به این ترتیب جریان برق را افزایش یا کاهش می دهند و در نتیجه سرعت کار وسیله نیز افرایش یا کاهش پیدا می کند. نتیجه این فرایند ثابت سازی دما و حفظ آن در محدوده مشخص است.

به طور کلی به بازه دمایی که در آن کنترلر تناسبی نیروی برق را به منظور افزایش یا کاهش سرعت گرمایش کم یا زیاد می کند، بازه تناسبی گفته می شود. همچنین زمانی که دما به بالاتر یا پایین تر از محدوده مورد نظر برسد این کنترلر مانند کنترلر روشن/ خاموش عمل می کند و جریان را قطع می کند تا زمانی که دما در بازه مناسب و مورد نظر قرار بگیرد.

• ترموستات یا کنترل کننده دمای PID (تناسبی، انتگرالی، مشتقی)

این نوع ترموستات از دو نمونه قبل پیشرفته تر است و می توان گفت که کنترلر تناسبی را با کنترلر انتگرالی و مشتقی ترکیب می کند. طرز کار این ترموستات مانند ترموستات تناسبی است و علاوه بر آن دو ویژگی دیگر نیز دارد که می تواند قابلیت تنظیم دما را تقویت کند. داشتن این ویژگی تناسبی به این ترموستات این امکان را می دهد که در برابر شرایط پیش آمده واکنش نشان دهد و دما را تنظیم کند. کنترلر انتگرالی تمامی وقایع قبل یا همان ریتم کنترلر تناسبی گذشته را در نظر می گیرد و در ادامه کنترلر مشتقی واکنش مناسبی را بر اساس این نرخ تغییرات ریتم گذشته ترتیب می دهد. به عبارت دیگر می توان گفت که این سه کنترلر به صورت ترکیبی و با همکاری یکدیگر با استفاده از داده کنونی، داده های گذشته و نرخ تغییرات داده ها،  الگوریتم مناسبی برای کنترل دما تنظیم می کنند.

کنترلر یا ترموستات PID یکی از دقیق ترین و پایدار ترین انواع کنترلر است و بیشتر برای سیستم هایی مورد استفاده قرار می گیرد که حجم کمی دارند و نسبت به تغییرات انرژی که در سیستم آن ها اعمال می شود، به سیستم با سرعت واکنش نشان می دهند. این نوع کنترلر بر خلاف ترموستات on/off مقدار خروجی دقیق مورد نیاز را برای نگه داشتن دما در محدوده مورد نظر تعیین می کند.

شما می توانید چهت دریافت مشاوره برای خرید انواع مختلف ترموستات و آشنایی با ترموستات مناسب برای سیستم مورد نظر خود با شماره 09101836620 تماس حاصل نمایید.

چگونه کنترلر یا ترموستات مناسبی برای سیستم خود انتخاب کنیم؟

ترموستات یا همان کنترلر دما یکی از بخش های اساسی برای هر سیستم محسوب می شود. برای انتخاب بهترین و مناسب ترین ترموستات برای سیستم، باید تمامی بخش های سیستم به طور دقیق و کامل مورد بررسی و آنالیز قرار گیرد تا بتوان قطعات و تجهیزات مناسبی را بر اساس نوع کار آن انتخاب کرد. در انتخاب و خرید یک ترموستات مناسب و خوب باید چند نکته را در نظر گرفت و تمامی این انتخاب ها به عواملی مانند: نوع کاربری، شرایط، بودجه و … بستگی دارد. به طور کلی برای درست کردن و ساختن یک سیستم کنترلی باید قطعات زیر را در نظر گرفت:

• مدل و نوع سنسورهای ورودی و محدوده دمایی
• مدل و نوع خروجی مورد نیاز
• نوع الگوریتم کنترلی مورد نیاز (روشن/ خاموش، پروپورشنال یا تناسبی، PID)
• تعداد و مدل های خروجی (گرما، آژیر، سرما، محدود کردن و …)
• سایز مورد نظر برای ترموستات و نوع نصب آن که تابلویی باشد یا ریلی
• ولتاژی که ترموستات قرار است با آن تغذیه شود

ترموستات‌ها در چه دستگاه هایی مورد استفاده قرار می گیرد؟

ترموستات‌ها از آن جایی که تنظیم کننده و کنترل کننده دما هستند در وسایلی کاربرد دارند که مربوط به سرمایش و گرمایش هستند. برخی از این وسایل عبارتند از:

• اجاق گاز ها و فرهای گازی و برقی
• یخچال ها
• بخاری های خانگی
• هیترهایی که برقی و گازی هستند
• سیستم های تهویه مطبوع
• گلخانه ها
• موتورخانه ها و رادیاتورها
• فن کوئل
• دیگ های بخار
• و …

در تمامی این وسایل گفته شده وجود ترموستات بسیار ضروری است چرا که افزایش یا کاهش دما بیشتر از حد مشخصی در آن ها می تواند باعث اختلال در عملکرد آن و به طور کلی از کار افتادن و خرابی سیستم شود.

نتیجه گیری

همان طور که گفته شد ترموستات یا کنترلر دما یکی از اجزای اصلی در سیستم های مختلف سرمایشی و گرمایشی محسوب می شود و کاربردهای گسترده ای در صنعت دارد. مشاهده کردید که ترموستات‌ها بر اساس نوع وسیله و کارکرد آن انواع مختلفی دارند مانند: ترموستات روشن/ خاموش، ترموستات تناسبی یا پروپورشنال و ترموستات PID یا تناسبی، انتگرالی و مشتقی. هر کدام از این ترموستات های معرفی شده کارایی های خاصی دارند و وسایل خاصی استفاده می شوند. در ادامه نیز شرایط لازم برای انتخاب یک ترموستات خوب را نیز برای شما بیان کردیم. شما می توانید با استفاده از اطلاعات گفته شده در این مقاله ترموستات یا کنترلر مناسبی را برای سیستم سرمایشی یا گرمایشی خود انتخاب کرده و مورد استفاده قرار دهید.