ترموستات چیست و چه کاربردهایی دارد؟

انواع مختلف کنترلر یا ترموستات

به صورت کلی سه نوع بنیادی کنترلر داریم، آن/آف (روشن/ خاموش یا قطع / وصل)، پروپرشنال (به معنی متناسب با) و مدل های PID (مخفف Proportional – Integral – Derivative) با توجه به سیستمی که قرار است کنترل شود اپراتور می تواند یک مدل یا دیگری را برای کنترل کردن پروسه استفاده کند.

کنترلر یا ترموستات ON/OFF

کنترلر On / Off ساده ترین نوع از دستگاه های کنترل حرارت هستند. خروجی این نوع دستگاه ها تنها شامل روشن / خاموش بوده و خروجی دیگری (مثلا حالت وسط) ندارند. این سیستم تنها زمانی خروجی خود را تغییر می دهد که حرارت (در واقع حرارتی که خود از سنسور حرارتی به عنوان ورودی دریافت می کند) از حد میزان تعیین شده بگذرد (بالا یا پایینتر از حد تعیین شده). از آنجایی که حرارت باید از حد میزان تعیین شده بالاتر یا پایینتر برود تا نوع خروجی کنترلر تغییر پیدا کند، پروسه حرارت تبدیل به یک چرخه پیوسته می شود که بالاتر و پایینتر از میزان تعیین شده در نوسان است.

در شرایطی که این چرخه با سرعت زیاد اتفاق می افتد برای جلوگیری از وارد شدن صدمه به کنتاکتورها و دیگر ابزارها یک دیفرانسیل (On/Off Differential) یا hysteresis به اپراتورهای کنترلر اضافه می شود. با استفاده از این شیوه میزان دما باید از میزان تعیین شده به حد تعیین شده ای بالاتر یا پایینتر برود تا خروجی آن تغییر کند. این موضوع باعث می شود در صورتی که بالا یا پایین رفتن حرارت از میزان تعیین شده به سرعت اتفاق می افتد، خروجی سیستم سوئیچ های سریع و مداوم انجام ندهد.

توضیح مختصر درباره کنترلرهای مدل ON/OFF

به صورت کلی کنترلرهای مدل On/Off در مواردی استفاده می شوند که به کنترل دقیق احتیاجی نباشد، در سیستم‌هایی که نمی‌توانند قطع و وصل شدن انرژی به صورت مداوم را تحمل کنند، یا حجم سیستم به حدی بالا باشد که تغییر دما به صورت بسیار کند اتفاق می افتد یا برای استفاده کردن برای هشدار دمایی (در مواردی که خروجی کنترلر به زنگ خطر وصل باشد). یک مدل مخصوص از کنترلر On/Off که برای هشدار حرارتی بکار می آید لیمیت کنترلر (Limit Controller) است. این کنترلر از یک رله قفل استفاده می کند که باید به صورت دستی ریست شود و برای مواردی استفاده می شود که در صورت تجاوز دما از حد مشخص شده کل سیستم خاموش شود.

ترموستات پروپرشنال (PROPORTIONAL CONTROL)

کنترلرهای پروپرشنال برای از بین بردن چرخه قطع / وصلی که در کنترلرهای On/Off به وجود می آید طراحی شده اند. یک کنترلر پروپرشنال در صورتی که حرارت ورودی آن به میزان تعیین شده نزدیک بشود مقدار میانگین انرژی (برق) را که سیستم حرارتی (مثلا المنت) را تغذیه میکند را کاهش می دهد. پایین آوردن نیروی دستگاه گرمازا باعث میشود که حرارت سیستم از حد تعیین شده تجاوز نکند بلکه به آن برسد و در همان دما آن را نگه دارد. این حرکت تناسبی را می توان با روشن و خاموش کردن در بازه زمانی مشخص نیز بدست آورد.

این “تناسب زمانی” میزان نسبی زمان روشن و زمان خاموش را برای تغییر دمای سیستم تغییر می دهد. تناسب دمایی در بازه ای در اطراف حرارت تعیین شده انجام می شود که به آن باند متناسب (Proportional Band) می گویند. خارج از این باند کنترلر مانند یک کنترلر On/Off ساده کار میکند با خروجی که یا روشن (پایین تر از باند) و یا خاموش (بالاتر از باند) است. اما وقتی حرارت سیستم درون باند تعیین شده قرار دارد خروجی به نسبت تفاوتی که دمای ورودی با دمای تعیین شده دارد شروع به روشن و خاموش شدن می کند.

ترموستات آنالوگ

ترموستات آنالوگ نوعی دیگر از کنترلر می باشد. این نوع کنترلر از ترموستات های دیگر مکانیزم ساده تری داشته و اصولا قابلیت های کمتری دارند. هرچند از لحاظ قیمتی بسته به نوع کنترل ممکن است حتی از ترموستات های پر قابلیت دیجیتالی گرانتر هم باشند. این نوع کنترلر ها در انواع جیوه ای یا گازی موجود می باشند. استفاده از این نوع ممکن است در هزینه انرژی مصرفی باعث صرفه جویی شود. این موضوع می تواند نکته مثبتی در زمان انتخاب و خرید ترموستات باشد. همچنین در وسایل برقی ساده مانند سماور برقی کارایی دارند.

ترموستات PID

نوع سوم کنترلر ها بجز کنترل تناسبی (Proportional) دارای کنترل انتگرالی (Integral) و اشتقاقی (Derivative) است که به اختصار به آن PID می گویند. این کنترلر کنترل تناسبی را در کنار دو تنظیمات دیگر قرار می دهد که باعث میشود که قطعه بتواند به صورت اتوماتیک خود را با تغییراتی که در سیستم اتفاق می افتد وقف دهد. این دو تنظیم، انتگرال و اشتقاقی، به صورت واحدهایی زمان محور بیان می شوند. آنها همچنین بر اساس نام های متقابل معرفی میشوند که به ترتیب RESET و RATE هستند. از اینجایی که قیمت کنترلرهای PID بالاست در زمان خرید ترموستات اگر قیمت ترموستات برای شما اهمیت بالایی دارد باید سعی کنید از مدل های غیر PID استفاده کنید.