Przełączniki temperatury są niezwykle często używane do kontroli i monitorowania temperatury zarówno w przemyśle, jak i w gospodarstwach domowych. Stanowią one niezbędny element, który znacząco wpływa na wydajność i bezpieczeństwo systemów. Dowiedz się więcej o tym, jak działają, o różnych typach oraz o szerokim zakresie zastosowań przełączników temperatury.
Przełączniki temperatury są przeznaczone do kontrolowania i monitorowania temperatury w różnych systemach i zastosowaniach. Przełączają one styk elektryczny, gdy temperatura przekroczy lub spadnie poniżej określonego poziomu, zapobiegając w ten sposób przegrzaniu lub zapewniając wystarczające ogrzewanie.
Artykuł ten omawia mechaniczne przełączniki temperatury, które bazują na zjawisku rozszerzalności cieplnej metali, cieczy lub gazów. Gdy temperatura wzrasta, substancje w przełączniku temperatury rozszerzają się aż do punktu, w którym uruchamiają one kontakt przełączający w momencie osiągnięcia ustalonej temperatury. Mechaniczne przełączniki temperatury bez problemu radzą sobie z prądami przełączania o natężeniu 10 A lub wyższym. Do bezpośredniego sterowania małymi grzałkami wystarczy sam przełącznik, natomiast w przypadku większych systemów konieczne jest użycie wykonawczego urządzenia, takiego jak stycznik mocy. Ponadto, mechaniczne przełączniki temperatury są urządzeniami pasywnymi, co oznacza, że nie wymagają zewnętrznego zasilania elektrycznego.
Elektroniczne przełączniki temperatury, dostępne na rynku, wykorzystują rezystancyjne czujniki temperatury do pomiaru temperatury, przetwarzając odczyty w sposób elektroniczny. Użytkownik może ustawić punkt przełączania, korzystając z interfejsu klawiatury, a urządzenia te często są wyposażone również w wyświetlacz. Często istnieje możliwość przekazywania danych o temperaturze poprzez uniwersalny sygnał, na przykład w zakresie od 4 do 20 mA.
Elektroniczny przełącznik temperatury
Punkt przełączania (lub temperatura przełączania) przełącznika temperatury to temperatura, przy której styk zostaje otwarty w miarę wzrostu temperatury, co skutkuje wyłączeniem ogrzewacza. Punkt przełączania jest ustalony dla niektórych przełączników, ale w innych wersjach może być również swobodnie ustawiany. Ponadto przełączniki temperatury mają tak zwany niższy punkt przełączania (znany również jako punkt resetowania/przełączania zwrotnego), czyli temperaturę, przy której styk zamyka się ponownie, gdy proces się ochładza. Różnica temperatur między dwoma punktami przełączania stanowi histerezę przełączania lub wartość resetowania/przełączania zwrotnego.
Regulatory temperatury zapewniają bardzo precyzyjne wyniki kontroli. Mierzą one temperaturę za pomocą czujnika temperatury i jako regulatory PID, dokładnie regulują temperaturę do wartości zadanej. W przypadku kontroli binarnej, dokładne dostosowanie jest możliwe poprzez zmianę względnego czasu załączenia urządzenia wykonawczego. Na przykład, moc cieplna może być zmienna od 0 do 10 kW.
W przeciwieństwie do tego, przełączniki temperatury zaliczane są do dyskretnych regulatorów dwustanowych – temperatura procesu z nimi fluktuuje wokół wartości zadanej. W wielu zastosowaniach takie wahania temperatury są akceptowalne, więc przełączniki temperatury mogą być używane do ustanowienia bardzo niezawodnej kontroli temperatury przy niskich kosztach.
Jak wskazuje nazwa, w przełącznikach bimetalicznych wykorzystywany jest bimetal, czyli dwie zespolone ze sobą metale (na przykład miedź i nikiel), które charakteryzują się różnymi współczynnikami rozszerzalności cieplnej. Wzrost temperatury powoduje, że metale te rozszerzają się w różnym stopniu, co skutkuje odkształceniem i, w rezultacie, otwarciem (NC) lub zamknięciem (NO) styku.
Przełączniki bimetaliczne używane w przemyśle mają bardzo kompaktową budowę i są zwykle montowane w procesie jak czujnik. Ich punkt przełączania jest ustalany już w trakcie produkcji. Charakteryzują się również dużą odpornością na wibracje – oporność na wibracje do 10 g nie jest czymś niezwykłym. Do systemu oceny lub kontroli są one podłączane za pomocą przewodów. Przełączniki temperatury z bimetalem znajdują zastosowanie w takich urządzeniach jak kompresory, gdzie wyłączają kompresor w przypadku nadmiernego wzrostu temperatury lub uruchamiają systemy chłodzenia, takie jak wentylatory.
Funkcja przełącznika bimetalicznego, zielony = nikiel, pomarańczowy = miedź
Przełącznik bimetaliczny
Ten typ przełącznika temperatury jest zwykle określany jako termostat i składa się z sondy wypełnionej gazem lub cieczą, która jest umieszczana w procesie. Jeśli temperatura na sondzie wzrośnie, ciśnienie w układzie wzrośnie. Ponieważ membrana jest połączona z czujnikiem za pomocą przewodu kapilarnego, powstaje w niej takie samo ciśnienie. Membrana rozszerza się i uruchamiany jest przełącznik migowy. Wewnętrzna średnica linii kapilarnej 0,2 mm jest zaledwie dwa razy większa od średnicy ludzkiego włosa (do 0,1 mm).
Sonda i obudowa termostatu są połączone ze sobą za pomocą przewodu kapilarnego. Jego maksymalna długość może wynosić do 5 m. Punkt przełączania można zazwyczaj ustawić na obudowie.
Rysunek przedstawia przełącznik temperatury do sterowania temperaturą w pomieszczeniu. W tej wersji kapilara jest poprowadzona tylko do spiralnej sondy, która znajduje się bezpośrednio na obudowie termostatu.
Funkcja czujnika wypełnionego gazem lub cieczą
Termostat natynkowy do montażu na ścianie
W szeregu zastosowań, na przykład, używa się kompaktowych regulatorów do precyzyjnego utrzymania temperatury procesu, którą monitoruje elektryczny termometr. Użytkownik ustala żądaną temperaturę na regulatorze, co umożliwia dokładne kontrolowanie procesu przez aktywowanie lub wyłączanie grzałki. Dodatkowo, przełącznik temperatury sprawdza poziom ciepła i automatycznie wyłącza ogrzewanie, gdy temperatura dochodzi do ustalonej granicy, na przykład 1000°C.
Przegrzanie może być wynikiem problemów technicznych lub niepoprawnego użytkowania. W niektórych systemach, takich jak wymienniki ciepła czy suszarnie, zastosowanie takich zabezpieczeń jest wymagane. Często jednak stosuje się je z czystej ostrożności, aby zabezpieczyć przetwarzane materiały lub urządzenia przed nadmiernym nagrzaniem i uniknąć uszkodzeń, przez co automatyczne wyłączanie systemu staje się rozsądnym rozwiązaniem.
Zastosowanie z przełącznikiem temperatury i regulatorem temperatury - (1) Regulator temperatury, (2) Przełącznik temperatury, (3) Piec przemysłowy, (4) Grzejnik
Zbyt wysoka temperatura może być spowodowana usterką techniczną lub nieprawidłową obsługą. Istnieją systemy, dla których opisane wyłączenie jest obowiązkowe. Przykładami są systemy wymiany ciepła oleju lub suszarnie ziarna. Często jednak jest to po prostu kwestia zdrowego rozsądku, aby chronić instalację lub przetwarzane towary przed destrukcyjnym przegrzaniem.
W przypadku przełączników temperatury do sterowania można dokonać prostej specyfikacji wartości zadanej - zwykle za pomocą pokrętła. Komponenty te znane są jako regulatory temperatury.
Przełączniki temperatury do wyłączania przy określonej temperaturze granicznej nazywane są monitorami temperatury. W przypadku tych przełączników temperatury wartość zadaną można zwykle ustawić tylko za pomocą narzędzia.
Istnieją również przełączniki temperatury do wyłączania, dla których należy wykonać reset. Jeśli styk został otwarty z powodu nadmiernej temperatury, nie zamknie się automatycznie, gdy temperatura powróci do odpowiedniego zakresu. Te tak zwane ograniczniki temperatury są często używane w systemach niemonitorowanych, w których na miejscu nie ma personelu technicznego.
Monitory i ograniczniki temperatury są zwykle wyposażone w dodatkową funkcję bezpieczeństwa i są wówczas określane jako monitory temperatury bezpieczeństwa lub ograniczniki temperatury bezpieczeństwa.
Regulator temperatury
Monitor temperatury
Ogranicznik temperatury
