ترموستات چیست و چگونه کار میکند؟ انواع ترموستات

هنگامی که احساس گرما می کنید می خواهید خنک شوید و وقتی احساس سرما می کنید باید گرم شوید. بدن ما بسیار شگفت انگیز است و دارای مکانیزم خود تنظیمی است که باعث میشود دما به طور مداوم تنظیم شود و در محدوده 37 درجه سانتیگراد بماند. اما بقیه چیزها اینطور عمل نمیکنند. اگر بخواهیم دمای خانه خود را تقریبا ثابت نگه داریم، باید مدام بخاری های خود را روشن و خاموش کنیم یا به جای آن به ابزار های هوشمند مثل ترموستات اعتماد کنیم تا کار را برای ما انجام دهند. آن ها چه هستند و چگونه کار می کنند؟ بیایید نگاهی به داخل آن ها بیندازیم!

تصویر بالا: یک ترموستات ساده و مکانیکی Honeywell که روی یک دیوار نصب شده است. این ترموستات با درجه سانتیگراد مشخص شده است. هنگامی که دما را تنظیم کردید، ترموستات قرار است در صورت لزوم سیستم گرمایشی را روشن و خاموش کند تا فضای اتاق کم و بیش گرم شود. در عمل، یک ترموستات مانند این نمونه در یک دمای واحد روشن و خاموش نمی شود بلکه بین طیف کوچکی از دما در دو طرف مقداری که شما تعیین می کنید تغییر می کند.

ترموستات چیست

برای کنترل سیستم گرمایشی ممکن است یک کنترل دما روی یک دیوار در خانه خود داشته باشید، اما با وجود اینکه احتمالاً با درجه مشخص شده است، دماسنج نیست. این دستگاه ترموستات نامیده می شود، واژه ای مدرن مبتنی بر دو واژه یونان باستان: ترمو (به معنای گرما) و استاتوس (که به معنای ایستادن است و به کلماتی مانند ایستایی، وضعیت موجود و ایستا مربوط می شود – به معنای ثابت ماندن). فقط از روی اسم آن می توان فهمید که ترموستات چیزی است که “گرما را در حالت تعادل نگه می دارد”: وقتی خانه ما خیلی سرد است، ترموستات سیستم گرمایی را روشن می کند تا همه چیز سریع گرم شود. هنگامی که دما به سطح تعیین شده ما رسید، ترموستات سیستم گرمایشی را خاموش می کند تا خانه بیشتر از آن گرم نشود.
بگذارید فقط تفاوت دماسنج و ترموستات را بیان کنیم: دماسنج چیزی است که دما را اندازه گیری می کند. ترموستات چیزی است که سعی در حفظ و تنظیم دما دارد (تقریباً یکسان نگه می دارد).

تصویر بالا: اینجا یک ترموستات صفحه الکترونیکی که دمای دیجیتال (22.9 درجه سانتی گراد) را نشان می دهد. این یکی کمی متفاوت از لحاظ مکانیکی با ترموستات عکس بالا کار می کند. این نمایشگر بخشی از یک برنامه ریز گرمایش مرکزی با یک دماسنج داخلی است که دائماً گرم بودن اتاق را اندازه گیری می کند، سپس سیستم گرمایشی را روشن و خاموش می کند تا در 1 درجه سانتیگراد از دمایی که تنظیم کرده اید نگه داشته شود.

ترموستات چگونه کار میکند

بنابراین ترموستات چگونه کار می کند؟ بیشتر چیز ها وقتی گرم می شوند بزرگتر می شوند و وقتی سرد می شوند کوچکتر می شوند (آب یک استثنا قابل توجه است: با گرم شدن و یخ زدن نیز منبسط می شود). ترموستات های مکانیکی از این ایده (که به آن انبساط حرارتی می گویند) برای روشن و خاموش کردن مدار الکتریکی استفاده می کنند. و در دو نوع متداول نوار های دو فلزی و محفظه پر از گاز وجود دارد.

نوار های دو فلزی (ساخته شده از دو فلز)

یک ترموستات سنتی دارای دو قطعه فلز مختلف است که به هم پیچ و مهره می شوند و نوعی نوار با دو فلز را تشکیل می دهند. این نوار به عنوان یک پل در مدار الکتریکی متصل به سیستم گرمایشی شما کار می کند. به طور معمول “پل پایین است”، نوار برق را از طریق مدار منتقل می کند و سیستم گرمایشی روشن است. وقتی نوار گرم می شود، یکی از فلزات بیشتر از فلز دیگر منبسط می شود، بنابراین کل نوار کمی خم می شود. در نهایت، آنقدر خم می شود که مدار را باز می کند. “پل بالا است”، برق فوراً قطع می شود، سیستم گرمایشی خاموش می شود و اتاق شروع به سرد شدن می کند.

اما پس از آن چه اتفاقی می افتد؟ با سرد شدن اتاق، نوار نیز سرد می شود و به شکل اولیه خود بر می گردد. دیر یا زود دوباره به مدار متصل می شود و باعث می شود تا جریان برق جاری شود، بنابراین سیستم گرمایشی دوباره روشن می شود. با تنظیم صفحه شماره گیری دما، دمایی را که مدار در آن خاموش و روشن می شود تغییر می دهید. از آنجا که طول می کشد تا نوار فلزی منبسط و منقبض شود، سیستم گرمایشی دائماً هر چند ثانیه روشن و خاموش نمی شود، که بی فایده خواهد بود. بسته به میزان عایق بودن منزل و سرد بودن آن، ممکن است یک ساعت یا بیشتر طول بکشد تا ترموستات پس از خاموش شدن دوباره روشن شود.

چگونه یک ترموستات دو فلزی خاموش و روشن می شود:

1. یک صفحه مدرج بیرونی به شما این امکان را می دهد تا دمایی که ترموستات در آن خاموش و روشن است تنظیم کنید.

2. صفحه از طریق مدار به سنسور دما متصل می شود (یک نوار دو فلزی، در اینجا با رنگ قرمز و آبی نشان داده شده است)، که با خم شدن آن مدار الکتریکی خاموش و روشن می کند.

3. نوار دو فلزی از دو نوار فلزی جداگانه ساخته شده است که به هم متصل شده اند: یک قطعه برنج (آبی) پیچ شده به یک قطعه آهن (قرمز) می باشد.

4. آهن با گرم شدن کمتر از برنج منبسط می شود، بنابراین نوار دو فلزی با افزایش دما خم می شود.

5. نوار دو فلزی بخشی از یک مدار الکتریکی (مسیر خاکستری) را تشکیل می دهد. وقتی نوار سرد است عمودی و راست بنابراین مانند پلی عمل می کند که برق می تواند از طریق آن جریان داشته باشد. مدار روشن است و سیستم گرمایشی نیز روشن می باشد. وقتی نوار گرم شود، خم می شود و مدار را قطع می کند، بنابراین هیچ الکتریسیته ای جریان نمی یابد و مدار خاموش است.

محفظه پر از گاز

مشکل نوار های دو فلزی این است که مدت زمان زیادی طول می کشد تا گرم یا سرد شوند، بنابراین در برابر تغییرات دما سریع واکنش نشان نمی دهند. یک طرح جایگزین از ترموستات با استفاده از یک جفت صفحه فلزی که در بین آن ها یک محفظه پر از گاز است، دما با سرعت بیشتری تغییر می کند. سطح صفحه ها زیاد است بنابراین به سرعت در برابر گرما واکنش نشان می دهند و شیار دار هستند (برجستگی هایی در خود دارند) تا انعطاف پذیر شوند. وقتی اتاق گرم می شود، گاز در قسمت محفظه قرار می گیرد و صفحه ها را از هم جدا می کند. صفحه داخلی به میکرو سوئیچ در وسط ترموستات فشار وارد می کند تا مدار الکتریکی (و سیستم گرمایشی) را خاموش کند.

با سرد شدن اتاق، گاز در قسمت محفظه هوا قرار میگیرد و صفحه های فلزی با هم به عقب میروند. صفحه داخلی از میکروسوئیچ دور شده و مدار الکتریکی را روشن کرده و دوباره سیستم گرمایشی را روشن می کند. شما همچنین می توانید ترموستات های شیاردار دارای محفظه هوا را در کاربرد های دیگر (به عنوان مثال، اتومبیل های قدیمی) پیدا کنید، و به جای گاز، آن ها گاهی اوقات با یک مایع فرار (کم جوش) مانند یک الکل رقیق پر می شوند. مواد شیمیایی در داخل آن به دامنه دمائی که برای کار کردن نیاز دارند بستگی دارد.

انواع ترموستات

ترموستات ها انواع مختلفی دارند. در این قسمت به طور کامل با انواع ترموستات های پرکاربرد آشنا میشویم.

ترموستات مومی

با جمع بندی آنچه که تا کنون گفته ایم، می بینید که تمام ترموستات های مکانیکی (همه غیر الکترونیکی) از موادی استفاده می کنند که با افزایش دما تغییر اندازه یا شکل می دهند. بنابراین ترموستات های فلزی با داغتر شدن به انبساط فلزات متکی هستند، در حالی که با استفاده از انبساط گاز ها، محفظه های گاز کار می کنند. برخی از ترموستات ها فراتر رفته و از تغییر حالت ماده از مایع به گاز استفاده می کنند. ترموستات های مومی احتمالاً متداول ترین نمونه هستند و آن ها را در شیر های رادیاتور خانگی، موتور های اتومبیل و دوش های ترکیبی خواهید یافت. آنها از یک شاخه کوچک موم در داخل یک محفظه مهر و موم شده استفاده می کنند. با تغییر دما، موم ذوب می شود (حالت جامد را به مایع تغییر می دهد)، بسیار منبسط می شود و میله ای را از محفظه خارج می کند که چیزی را روشن یا خاموش می کند (کار با سیستم خنک کننده موتور در ماشین یا تنظیم مخلوط آب سرد و گرم زیر دوش ). ترموستات های مومی در شرایط حاد داخل موتور خودرو قابل اطمینان تر و ماندگارتر هستند.

تصویر متحرک: نحوه کار ترموستات مومی. موم (آبی) درون محفظه ای مهر و موم شده (خاکستری) است که حاوی یک سوزن فلزی (نقره ای) است. با افزایش دما، موم ذوب شده، منبسط می شود و سوزن را از محفظه خارج می کند (فلش های زرد). سوزن در حال بالا رفتن هر دستگاهی را که ترموستات کنترل می کند روشن یا خاموش می کند. یک فنر (در اینجا نشان داده نشده است) با پایین آمدن دما، کل مکانیسم را دوباره به عقب می کشاند.

عکس: اینجا یک قسمت داخلی از دوش ترکیبی است که نشان می دهد واقعاً ترموستات مومی چگونه به نظر می رسد. سیلندر سیاه کوچک در وسط، ترموستات مومی است که برای تنظیم آب سرد و گرم در داخل و خارج حرکت می کند، آب مخلوط (از سر دوش خارج می شود) را در دمای کم و بیش ثابت نگه می دارد. این عکس فنری را نشان می دهد که با پایین آمدن دما و انقباض مجدد ترموستات مومی، ترموستات را به عقب می کشد.

شیر های رادیاتور ترموستاتیک

عکس: این شیر ترموستاتیک جریان آب گرم را از طریق رادیاتور تنظیم می کند تا از گرم شدن بیش از حد اتاق جلوگیری کند. اگر اتاق بیش از حد گرم شود، ترموستات مومی را تحریک می کند که شیر را فعال کند، جریان آب را از طریق رادیاتور قطع می کند تا دما دوباره پایین بیاید.

شیر های دما که روی رادیاتور های گرمایشی مرکزی نصب می شوند، معمولاً از ترموستات های مومی استفاده می کنند. وقتی رادیاتور ها به میزان تعیین شده شما گرم می شوند، دریچه های موم منبسط می شوند و جریان آب را از طریق رادیاتور کاهش می دهند تا دما دوباره پایین بیاید. دریچه هایی مانند این همراه با ترموستات اتاق می توانند از گرم شدن بیش از حد خانه جلوگیری کنند و این یک روش خوب برای صرفه جویی در انرژی و پول است و تلاش خود را برای مبارزه با گرم شدن کره زمین انجام می دهد.

ترموستات هوشمند متصل به اینترنت

عکس: یک برنامه تلفن هوشمند معمولی است که به یک ترموستات خانگی متصل است. این مورد توسط شرکت Hive (بریتانیا گاز) در انگلیس عرضه می شود. رقبای دیگر از شرکت هایی مانند Nest و Honeywell ساخته می شوند.

بیشتر ما فقط نیمی تا یک سوم وقت خود را در خانه می گذرانیم: بقیه روز، یا در محل کار خود هستیم یا سفر می کنیم. به طور معمول، ما یک برنامه نویس یا ترموستات در خانه خواهیم داشت که سیستم گرمایشی را با توجه به زمان روز یا دمای داخلی خانه روشن یا خاموش می کند. اما این در بهترین حالت یک سیستم خام است. به طور پیش فرض، بسیاری از ما برای جلوگیری از سرد شدن خانه، فقط سیستم گرمایشی را زیاد میکنیم و مقدار زیادی انرژی و پول را هدر می دهیم. این مشکلی است که آخرین نسل ترموستات هوشمند برای حل آن طراحی شده است. آن ها یاد می دهند که شما چگونه دمای هوا را در زمان های مختلف روز یا به طور متفاوتی در طول هفته و آخر هفته با یک برنامه قابل اعتماد که می تواند مطابق با دما و رطوبت هوا بطور خودکار تنظیم شود تغییر دهید. به طور معمول، آن ها همچنین به شما امکان می دهند تا آن ها را از راه دور با استفاده از یک برنامه تلفن هوشمند ساده برنامه ریزی کنید، به عنوان مثال می توانید سیستم گرمایشی را هنگامی که در قطار در راه خانه خود هستید افزایش دهید.