ترموستات خودرو | قسمت اول کنترلر دما

کنترلر دما چیست؟

وسیله ای که برای نگه داشتن دمای مورد نظر در مقدار مشخص استفاده می شود. کنترل کننده دما، ترموستاتی است که در خانه ها پیدا می شود، کنترل کننده دما در همه خانه ها پیدا می شود برای مثال یک بخاری، آب گرم این لوازم در خانه با استفاده از ترموستات دمای آب را در یک درجه مشخص کنترل می کند.

از کنترل کننده دما در کوره ها و اجاق گاز ها نیز استفاده می شود، هنگامی که درجه حرارت اجاق گاز تنظیم می شود این تنظیم توسط یک کنترل کننده درجه حرارت که در داخل “فر” قرار گرفته درجه حرارت داخل “فر” را کنترل می کند. اگر این حرارت به زیر دمای تنظیم شده برسد سیگنالی را برای فعال کردن اجاق گاز می فرستد تا اینکه دما به نقطه ای که تنظیم شده برسد.

در یخچال هم از ترموستات استفاده می شود که اگر درجه حرارت بسیار زیاد شود ترموستات اقدام به کم کردن دمای یخچال می کند. ترموستات دستگاهی است برای نگه داشتن دمای یک سامانه در یک محدوده مشخص و این کار به وسیله کنترل شارژ انرژی گرمایی به درون یا به بیرون از سامانه انجام می شود. در مجموع، از ترموستات برای تنظیم درجه حرارت مایعات و گازها و جامدات در دستگاه ها و سیستم های گرم یا سرد ساز در قسمت های مختلف زیر استفاده می شود:

صنعتی:اعم از گلخانه ها، گرم خانه، کوره، دیگ های بخار و اتوکلاو و…..

ساختمان:در قسمت تاسیسات مثل شوفاژ خانه های مرکزی و کنترل دما در سیستم های هواساز، چیلر و فن کوئل و ..

لوازم خانگی:در لباسشویی، ظرفشویی، سرخ کننده ها، سماور برقی، فرهای برقی، آبگرمکن برقی و گازی و…

برخی از ترموستات ها سیمی هستند و سیم به دستگاه گرمایشی متصل می شود و برخی دیگر قابل برنامه ریزی هستند شما می توانید به این نوع ترموستات ها یک برنامه زمانی بدهید تا طی ساعت مشخص کار کنند. ترموستات های هوشمند جدیدترین نوعی هستند که قابلیت یادگیریدارند و عادتها را می دانند و طبق همان عمل می کنند.

چرا به کنترلر دما نیاز داریم؟

در هر موقعیتی که نیاز به ثابت نگه داشتن درجه حرارت باشد به کنترلر نیاز داریم، این می تواند در شرایطی باشد که بدون نیاز به تغییر محیط اطراف لازم باشد چیزی را گرم یا سرد و یا هر دو را انجام دهیم و بخواهیم آن را در دمای مورد نظر تنظیم کنیم. کنترلر دما دو نوع وجود دارد یکی حلقه باز و دیگری حلقه بسته، حلقه باز ساده ترین شکل است و از گرمایشی و سرمایشی به طور دائم استفاده می کند. بدون دقت به دمای واقعی، خروجی این سیستم مانند سیستم گرمایش داخلی یک خودرو است. در روزهای سرد طبیعتا لازم است که سیستم گرما را کاملا روشن کنیم برای اینکه ماشین تا 75 درجه گرم شود. با توجه به این موضوع در هوای گرم تنظیم داخلی موجب گرم شدن فضای داخلی خودرو به نسبت دمای 75 درجه می شود.

کنترلر حلقه بسته، پیچیده تر از حلقه باز می باشد در این برنامه دمای خروجی به صورت مداوم اندازه گیری و تنظیم می شود تبرای اینکه بتواند یک خروجی ثابت در دمای مورد نظر پیدا کند و دما را حفظ کند. کنترل حلقه بسته اکثرا از سیگنال خروجی اطلاع می گیرد و همین را دوباره در فرایند کنترل تغذیه می کند. این نمونه از کنترل حلقه بسته مانند ماشین است که دارای کنترل کننده آب و هوای داخلی باشد. اگر دمای ماشین را روی 75 درجه قرار دهیم کنترل آب و هوا به طور خودکار گرمایش یا خنک کننده را در صورت نیاز تنظیم می کند تا به دمای هدف 75 درجه برسد.

کنترلر دما چگونه کار می کند؟

ترموستات دمای محیطی را در نظر دارد و طبق همان اصل دستور شروع به کار یا توقف فعالیت وسایل سرمایشی و گرمایشی را کنترل می کند. اولین ترموستات، به وسیله مرد هلندی به نام کونیلس دیبل  در ابتدای قرن هفدهم اختراع شد. اولین کاری که کونیلس دیبل  در آن زمان  انجام داد، یک شناور را داخل دماسنجی جیوه ای گذاشت و دستگاه را به ورودی سوخت یک دیگ بخاری متصل کرد و وقتی دما به حد مورد نظر رسید جیوه بالا آمد و جسم شناور روی جیوه باعث شد تا مسیر ورودی سوخت بسته شود و بخاری خاموش شود.

کارکرد ترموستات های امروزی همینطور است یک کلید حساس به حرارت هستند که این کلیدها با توجه به دما باز یا بسته می شوند و این عمل در واقع یک جریان الکتریکی را به طور کامل قطع می کند و بدین صورت فعالیت تجهیزات گرمایشی و سرمایشی کنترل می گردد. یک ترموستات الکترومکانیکی پیچیده تر است و معمولا شامل یک نوار فلزی و یا یک نوار زغالی دو تکه است که با تغییر دما تکه زغال و یا فلز حرکت می کند و باعث می شود جیوه ی داخل محفظه ی ترموستات به طرف دیگری برود و باعث قطع و وصل شدن کلیک سرمایش و گرمایش می شود.

انواع ترموستات های مدرن امروز قابلیت بسیار جالبی دارند این ترموستات ها هوشمند هستند و قابلیت یادگیری سلسقه ها و عادات رفتاری شما در خانه دارد.

تمامی کنترل کننده ها از ساده تا پیچیده به یک صورت کار می کنند کنترلر دما بعضی از متغیرها را با میزان تنظیم شده کنترل می کند. متغیر های مورد نیاز در این سیستم یکی سیگنال ورودی واقعی و یکی مقدار فرایند شناخته شده است که مقدار ورودی یا فرایند را با مقدار تنظیم شده مورد مقایسه قرار می دهد. در اینجا اگر مقدار واقعی با نقطه هدف تطابق نداشت، کنترل کننده تغییر سیگنال خروجی طبق تفاوت ما بین نقطه تنظیم و مقدار فرایند است و اینکه مقدار فرایند به میزان خواسته شده تنظیم نزدیک می شود و یا از نقطه تنظیم دور باشد ایجاد می کند.

سیگنال خروجی یک نوع پاسخ را برای تعیین مقدار واقعی آغاز می کند برای اینکه با نقطه تنظیم مطابقت کنند. کنترل روشن و خاموش کننده یکی از ساده ترین نوع کنترل برای راه اندازی است با راه اندازی باند پسماند شروع به کار می کند. به عنوان مثال یک کنترل کننده برای کنترل دمای داخل اتاق تنظیم می شود و اگر ما نقطه تنظیم را 68 درجه قرار داده باشیم و دمای اتاق تا 67 درجه را نمایش دهد در اینجا یک سیگنال خطا اختلاف ( 1- ) درجه را نشان می دهد. کنترل کننده سیگنالی را برای بالا بردن دما به وجود می آورد تا دما را به 68 درجه برساند و بخاری خاموش می شود.

وقتی دما بین 67 و 68 درجه برسد کنترل کننده هیچ اقدامی نمی کند و بخاری خاموش می شود و اگر دوباره دما به 67 رسید بخاری شروع به فعالیت می کند.

مقدار خروجی دقیق مورد نیاز برای حفظ دمای مورد نظر تعیین می کندPID کنترلOff/ON بر خلاف کنترل بین 0 تا 100 است. وقتی از یک نمونه خروجی آنالوگ بکار برده می شود داریو خروجی باید متناسب با مقدار توان خروجی باشد. یک سیستم متناسب با زمان برای متناسب کردن مقدار خروجی از زمان استفاده می کنند. اگر زمان بر روی 8 ثانیه تنظیم شده باشد دستگاهی که 50 درصد نیرو نیاز داشته باشد 4 ثانیه خروجی و 4 ثانیه خاموش می شود و تا زمانی که مقدار توان تغییر نکرده باشد مدت زمان تغییر نخواهد کرد.زمان چرخه ای که کوتاه باشد اصولا مطلوب می باشد به دلیل اینکه کنترل کننده می تواند با سرعت زیادتری واکنش نشان دهد و وضعیت خروجی را برای تغییرات داده شده در روند کار را تغییر دهد.

انواع کنترلر دما

کنترلردما در سبک های متفاوت با گروه گسترده ای از ویژگی ها و امکانات و قابلیت ها عرضه می شود وروش های زیادی برای طبقه بندی کنترل کننده ها با توجه به عملکرد آنها وجود دارد. کنترل دما به صورت تک حلقه ای یا چند حلقه ای می باشند. کنترلر دمای تک حلقه ای ورودی و خروجی مختلفی دارد و توانایی کنترل چندین حلقه در یک فرایند دارد. حلقه های کنترل بیشتر امکان کنترل کردن بیشتر عملکرد سیستم فرایند را بوجود می آورد.

کنترلر دما انالوگ

یکی از ساده ترین و مهمترین نوع کنترلر دما آنالوگ می باشد این کنترل کننده دما پیچیده نیست و هزینه آن کم است و برای کنترل فرایند ناهمواری ها و مورد استفاده در فضاهای صنعتی از جمله دارای سرو صدای الکتریکی قابل توجهی است و در طیف خود بسیار متنوع می باشند. این نمونه کنترل کنند دما به طور معمول یک نمایشگر کنترل کننده دارد.

کنترلر دما حد

کنترل کننده حد ایمنی را بر دمای فرایند فراهم می کند و توانایی کنترل دما به تنهایی ندارد و محدود به دستگاه های ایمنی مستقلی می باشند که حتما باید در کنار یک حلقه کنترل موجود، مورد استفاده قرار گیرند. کنترل کننده حد قادر به پذیرش وروردی ترموکوپل، RTD یا پردازش با محدودیت های تنظیم کننده برای دمای بالا و پایین است و مانند یک کنترل کننده ساده و معمولی است.

از جمله عملکرد کنترل کننده حد، کنترل محدود کردن، قفل شدن و قسمتی از مدار کنترل اضافی برای خاموش کردن مثبت سیستم حرارتی در زمان بیش از حد می باشد. این نمونه معمول قادر است ایمنی خاموش بودن کوره را تامین کند. اگر دمای کوره با توجه به تنظیم کننده بالاتر برود دستگاه محدود کننده سیستم را خاموش می کند و این کار برای جلوگیری از آسیب رساندن به کوره و هر محصولی است که ممکن است در اثر حرارت زیاد آسیب ببینند.

کنترل کننده های درجه حرارت برای اهداف عمومی

از این نوع کنترل کننده برای کنترل اکثر فرایند های معمولی در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. کنترل کننده در محدوده ای از اندازه های DIN و دارای چندین خروجی و عملکرد های خروجی قابل برنامه ریزی هستند. این نمونه از کنترل کننده ها میتوانند به خوبی کنترل PID را برای شرایط کنترل عمومی بسیار عالی انجام دهند. این دستگاه برای دسترسی راحت اپراتور به صورت سنتی با صفحه نمایش در قسمت صفحه جلو قرار می گیرد.

سوپاپ موتور درایو

یک نمونه خاصی از کنترل کننده های عمومی درایو موتور سوپاپ می باشد که به طور خاص برای کنترل موتورهای دریچه ای استفاده و در برنامه های تولیدی مانند کنترل مشعل گاز در خط تولید استفاده می شود. الگوریتم تنظیم خاص دارند، بدون اینکه نیاز به بازخورد درایو باشد یا دانش زیاد از حد الگوریتم های تنظیم سه بعدی PID و کنترل دقیق و واکنش خروجی سریعتر را ارائه می کنند. کنترل کننده درایو موتور سوپاپ با توجه به نیاز فرایند در هر زمان موقعیت شیر را کنترل می کنند.

کاربرد کنترل کننده دما

مصارف معمول صنعتی

کنترل کننده دما در فراینده های مختلف برای مدیریت فرایند یا عملکرد عملیات تولید انجام می شود و بعضی از کاربردهای متداول برای کنترل کننده دما در صنعت شامل دستگاه های قالب گیر اکستروژن و تزریق پلاستیک، دستگاه های ترموساز، دستگاه های بسته بندی، فرآوری مواد غذایی، ذخیره مواد غذایی و بانک های خون می باشد. در اینجا کاربرد بعضی از کنترل کننده دما را در صنعت ذکر می کنیم:

حرارت دادن/ اجاق گاز

کنترل کننده دما در کوره ها و در برنامه های حرارتی در کوره ها، کوره های سرامیکی، دیگهای بخار و مبدل های حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند.

بسته بندی

در کارخانه های بسته بندی، تجهیزات و ماشین های مجهز به میله های آب بندی، چسب های آب بندی، فعالیت های ذوب، تونل های بسته بندی کوچک که برچسب ها باید در دمای مشخص شده در طول زمان فرایند، شروع به کار کنند. کنترل کننده دما عملیات تنظیم را انجام می دهند تا از خروجی محصول با کیفیت و اطمینان بالا بوجود بیاید.

پلاستیک

ترموستات در صنعت پلاستیک در چیلرهایی  که قابل حمل هستند، قیف ها و خشک کن ها و تجهیزات قالب گیری و اکسترود قرار می گیرد. در تجهیزات اکسترودر، از کنترل کننده های دما برای نظارت  هر چه دقیق تر و کنترل دما در قسمت های مختلف بحرانی در تولید پلاستیک استفاده می گردد.

مراقبت های بهداشتی

در صنعت مراقبت های پلاستیک از کنترل کننده دما برای بالا بردن دقت کنترل دما استفاده می شود. تجهیزات مراقبت های بهداشتی که از کنترل کننده استفاده می شوند شامل:تجهیزات آزمایشگاهی و آزمایشی، اتوکلاو، دستگاه جوجه کشی، تجهیزات برودتی، اتاق های رشد تبلور و محفظه های آزمایش که نمونه ها باید در آن نگهداری شوند یا آزمایشات باید در پارامترهای خاص دما انجام گیرد.

غذا و نوشیدنی

یکی از موارد استفاده کنترل کننده دما برای پردازش مواد غذایی در مواردی چون اجاق های دم، مخلوط کردن، استریلیزاسیون و موارد پخت و پز استفاده می شوند. کنترل کننده دما زمان فرایند را تنظیم می کند تا از عملکرد خوب دستگاه اطمینان کند.

ورودی ها

کنترل کننده دما می توانند چندین ورودی داشته باشند و انوع سنسورهای ورودی و سیگنال مورد نیاز با توجه به نوع فرایند کنترل شده، با یکدیگر متفاوت هستند. سنسورهای ورودی معمولی دارای ترموکوپل ها و دستگاه های حرارتی مقاومت و ورودی خطی مثل MVMA هستند.

خروجی ها

هر وردودی کنترل کننده یک خروجی دارد که از هر خروجی می توان برای چندین کار مثل کنترل یک فرایند، شروع یک زنگ هشدار یا انتقال مجدد مقدار فرایند به یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی یا ضبط استفاده کرد. خروجی های معمولی با کنترل کننده های دما شامل خروجی معمولی رله، درایورهای رله جامد و خروجی آنالوگ خطی است.

خروجی رله معمولا یک رله دو پرتاب تک قطبی با سیم پیچ ولتاز DC است که کنترل کننده سیم پیچ رله را انرژی می دهد و باعث جدا شدن مخاطبین می شود. این کنترل کننده اجازه می دهد تا کنتاکت ها منبع ولتاژ خارجی را کنترل کنند تا سیم پیچ یک کنتاکتور گرمایشی بزرگ را تامین کند. نکته مهم این است که درجه در حال حاضر مخاطبین رله کمتر از 2A است و کنتاکت ها می توانند یک کنتاکتور گرمایشی را با درجه بندی 20A-10 که توسط باندهای بخاری یا عناصر دیگر گرمایشی کنترل می شوند را بخوبی و اطمینان کنترل کنند.