ترموستات ، انواع ترموستات و نحوه کار ترموستات

ترموستات فانوسی(Thermostat   Bellow Type) :

در این نوع ترموستات ، فانوسک قابل انعطافی از الکل یا اتر که دارای نقطه ی جوش پایینی هستند پر می شود و در این نوع ترموستات مورد استفاده قرار می گیرد.زمانیکه فانوسک گرم می شوند ، مایع داخل آن تبخیر شده و فشار کافی ، برای انبساط فانوسک را ایجاد می کند.وقتی که این سیستم خنک می شود ، گاز حاصل از مرحله ی تبخیر ، چگالش پیدا می کند و به حالت اولش باز می گردد و فشار اولیه کاهش یافته و فانوسک به شکل اولش برمی گردد و سوپاپ ترموستات بسته می شود.

گفتیم که ، فانوسک برنجی که در قسمت پائین ترموستات قرار دارد از یک سیال فرّار پر شده است. این قسمت یک حلقه ی متحرک عریض در پائین و حول قسمت بیرونی دارد . در سر سیلندر دریچه ی انحرافی در محلی بالاتر از این حلقه متحرک قرار دارد. وقتی آب رادیاتور دمائی کمتر از درجه حرارت مؤثر موتور دارد و ترموستات در حالت بسته قرار دارد ،مقدار جزئی ازآب رادیاتور می تواند به درون دریچه ی انحرافی در سر سیلندر ، در جائی که به واتر پمپ متصل می شود، درون موتور گردش کند ، وارد می شود. این در حالی است که آب رادیاتور در حالت گرم شدن می تواند در موتور گردش کند و بدون آنکه بتواند به درون رادیاتور وارد شود . نتیجه این است که دمای موتور  به سرعت به درجه حرارت موثر موتور می رسد. وقتی سیال فرار درون ترموستات گرم شده و به جوش بیاید ،منبسط شده و باعث می شود تا فانوسک ترموستات باز شود. این حجم و مخلوط سیال است که تعیین می کند در چه دمائی بایستی ترموستات باز شود. وقتی دریچه ی بالایی از جای خود بلند شود نوار (باند) حول آن نیز بالا می آیدکه در نهایت باعث مسدود شدن سوراخ منفذ دار در سر سیلندر می شود. این کار باعث می شود که آب رادیاتور در حال گردش به داخل رادیاتور رفته  که در این حالت موتور به درجه حرارت مؤثر خود می رسد .

وقتی رینگ بیرونی از قسمت لبه ی بالائی در حدود 3.8 اینچ بالا می آید دریچه منفذ دار کاملاً  مسدود میشود .وقتی رینگ در حدود 5.16 اینچ از طرف قسمت بالایی بلند می شود ،راه حرکت آب رادیاتور را دربالای رینگ می بندد و تمام جریان آب رادیاتور بایستی  از درون رینگ ،بین رینگ و فانوسکها ، حرکت کند. سطح مقطع آب رادیاتور درون رینگ دز اطراف فانوسک تقریباً برابر 0.8 اینچ مربع از قسمت برش عرضی می باشد . مساحت سطح بالائی سوپاپ در حالت کاملاً باز در حدود 1.2 اینچ مربع می باشد. بنابراین نمی تواند جلوی جریان را بگیرد. این قسمت کمی زودتر از سایر قسمت ها باز می شود اما عکس برداری از آًن هنگامی که جزئی از آن ازّ آب داغ  بیرون امده کاری سخت و مشکل است .در ظاهر 0.8 اینچ  مربع عاملی برای جلوگیری از جریان یافتن سیال نمی باشد.

فانوسک ها قطری در حدود 1 اینچ دارند  ،بنابراین مساحت آنها از یک سمت در حدود  1 اینچ مربع می باشد .کار با فشار بالا در سیستم خنک کاری نیروی زیادی را به ته فانوسک ها وارد می کند و باعث می شود که ترموستات بسته شود. (نیروئی در حدود 1 پوند برای هرpsi 1 فشار ) [1]

ترموستات دو فلزه(Bimetallic Type Thermostat)

ترموستات دوفلزه دارای یک نوع سوپاپ است که با فنر (حلقه مارپیچ ) دو فلزه کار می کند.که اساس کار آن اختلاف در ضریب انبساط دو فلز است. حلقه ی مارپیچ سوپاپ را وقتی که به دمائی بالاتر از دمای لازم رسید ، منبسط و باز می کند. هنگامی که حلقه ی مارپیچ سرد می شود  ، منقبض شده و سوپاپ بسته می شود.

 ترموستات فلزی مرکب از مواد مختلف است و معمولا به شکل باریکه یا ورقه ای است که از دو یا چند لایه ی فلزی با ضریب انبساط گرمایی متفاوت ساخته شده است.زمانیکه این لایه ها با هم خم می شوند ، مواد را مجبور به تغییر انحنایشان با تغییر دما می کنند. این تغییر انحنا در پاسخ به تغییر دما یک ویژگی اساسی در تمام ترموستات های فلزی است.

اگر یک ترموستات فلزی در ابتدا مستقیم و بدون خمیدگی باشد و یا دارای خمی اولیه باشد ، خم نهایی برای تغییر دمای یکسان ، یکسان است. که این یک کمان صحیح به وجود آمده از شعاع ثابت است.در همه ی  ترموستات های فلزی موارد زیر به صورت مشترک وجود دارند :

1. دو باریکه ی فلزی با طول برابر (در دمای معین)، دارای ضریب انبساط گرمایی متفاوت.
2. زمانیکه دما افزایش می یابد ، طول نسبی این دو باریکه، تغییر خواهد کرد.
3. در هنگام گرم شدن نوار دوفلزه ، فلزی که ضریب انبساط گرمایی بالاتری دارد ، بیشتر از فلز دیگر منبسط می شود ، بنابراین نوار دوفلزه خم شده و وضعیت خم شدنش به صورتی است که قسمت مقعر نوار در طرف فلز با ضریب انبساط گرمایی پایین و قسمت محدب نوار در طرف فلز با ضریب انبساط گرمایی بالا است.در هنگام سرد شدن نوار ، برعکس حالت گرم شدن اتفاق می افتد . (مثلا یک باریکه ی دو فلزه که در یک طرفش فلز برنج و در طرف دیگرش فلز فولاد است ، پس از گرم شدن به طرف فلز فولاد گرم می شود و زمانیکه در نیتروژن مایع سرد شود ، به طرف دیگر خم می شود.
4. این نیروهای وارد بر دو باریکه ی فلزی، یک گشتاور چرخشی ایجاد می کنند که باعث خم شدن نوار با  زاویه ی کمان یکسان می شود.

تغییر در انحنا ی یک ترموستات فلزی مستقیما با اختلاف در ضریب انبساط گرمایی و تغییر مولفه ی دمای باریکه ها متناسب است و با ضخامت نوارها نسبت عکس دارد . میزان خمیدگی همواره تحت تاثیر نسبت ضریب قابلیت ارتجاعی دو باریکه و نسبت ضخامت آنهاست.

مراحل ساخت ترموستات فلزی :

انواع گوناگونی از فلزات و آلیاژها در ساخت و تولید ترموستات فلزی استفاده می شود. مولفه هایی که در یک پیوند ذوب شناختی صحیح ، شرکت می کنند ، به وسیله ی مهارت خاصی شناخته می شوند .نتیجه ی این شناخت صحیح ، یک پیوند دائمی است که در بسیاری موارد بر قدرت جداکنندگی فلزات غلبه می کند.

ترموستات فلزی برای رسیدن به اندازه ی مطلوب و کمترین خطا در استفاده از آن، به وسیله ی ماشین نورد ، با دقت بالا ، پیچانده می شود (رول می شود) که قسمتی مهم از مراحل ساخت ترموستات می باشد

عمل گداختگی میانی در فشاری کمتر از فشار اتمسفر، درون کورهی گداختگی نوار انجام می شود.سپس مراحل غوطه ور ساختن در محلول رقیق اسید (قطعه شویی) ، تمیز کردن و برس زنی نقش مهمی را در دست یافتن به کیفیت نهایی بازی می کنند که قسمتی تکنیکی از مراحل ساخت ترموستات می باشد

عملیات تکمیلی شامل حک کردن مشخصات بر روی ترموستات است. همچون مشخص کردن ضریب انبساط گرمایی و در بسیاری موارد ، نوع فلز، برای دو فلز استفاده شده در ترموستات. سرانجام ترموستات فلزی شکاف داده شده و مسطح می شود. یک قطعه ی مسطح پیچانده شده و سرد نتیجه ی استاندارد نهایی است در این جا قسمت فنی تولید از مراحل ساخت ترموستات به پایان می رسد.

این عملیات تکمیلی با تحمل یک بازرسی سخت توسط مواد دنبال می شود. در این بازرسی اندازه ی فیزیکی ، ضخامت ، سختی ، مقاومت الکتریکی و انعطاف پذیری کنترل می شوند که قسمت تست از مراحل ساخت ترموستات می باشد

ترموستات های فلزی EMS به بخشهایی تقسیم می شوند که هر کدام مجهز به استانداردهای ظریف و تجهیزات ویژه برای تولید این قطعات با تنوع بسیار زیاد هستند، از جمله سیم پیچ حلزونی و مارپیچی ، تیغه های مسطح ، قطعه های سوراخ دار و یا بدون سوراخ و ساده ، قطعات U شکل و قطعات پیچیده ی دیگری که با مراقبت های ویژه و دشوار ساخته می شوند. پایان مراحل ساخت ترموستات و بسته و بندی و فروش آغاز می شود.

اندازه های در دسترس برای ترموستات فلزی :    

ضخامت : 0.003 تا 0.125 اینچ.

عرض : 0.020 تا 0.12 اینچ . در زمان انبساط، این عرض به 1.64 اینچ میرسد. در اندازه گیری با خط کش معمولی کوچکترین عرض 3 برابر ضخامت است .

طول : باریکه ی دو فلزه به صورت سیم پیچ یا مسطح کشیده است .باریکه ی مسطح کشیده حداکثر تا 12 فوت طول دارد.

بررسی سختی در ترموستات فلزی :

  از آنجاییکه ترموستات فلزی از آلیاژهایی تشکیل شده است که امکان سخت شدن به صورت معمول ، با استفاده از پردازش گرمایی را ندارند، سختی آنها با Cold Rolling(عملیاتی برای افزایش سختی و استحکام فلزات) ارتقا می یابد. همچنین خاصیت ارتجاعی ترموستات ، به وسیله ی Cold Rolling کنترل می شود. معمولا سختی بالا وابسته به خاصیت ارتجاعی بالاست. بنابراین درجه ی سختی بالا در ترموستات فلزی ، یک مولفه ی مطلوب است.مگر اینکه عملیات شکل گیری طاقت فرسا باشد یا مرحله ی خمش نیاز به مواد نرم تر داشته باشد.

برای هر ضخامت معین ، ترموستات فلزیی با ارزش سختی استانداردی تولید شده است. اگر عملیات خم کردن و شکل دادن بسیار طاقت فرسا باشند، میتوان از مواد نرم تری نسبت به استاندارد سختی استفاده کرد.مواد سخت تر از استاندارد ، می توانند برای قطعه هایی با ضخامت کم که نیاز به خاصیت فنری و ارتجاعی دارند ،مورد استفاده قرار گیرند. برای تمام ترموستات های فلزی مراحل ، رول کردن و بازپخت با دقت بسیاری کنترل می شوند، تا اندازه و وزن مناسب قطعه کار در طول عملیات حفظ شود.

بیشتر ترموستات های فلزی در اندازه های نسبتا کوچک مورد استفاده قرار می گیرند ، زیرا دو طرف باریکه فلزی با ضریب انبساط گرمایی متفاوت(و گاهی یک لایه ی سوم میانی) تنها بخشی از قسمت متقاطع کل هستند.

 آزمایش سختی بهتر است در ماشینهایی مثل :  vickers , tukonو knoop انجام بگیرد.این ماشین ها در هنگام آزمایش سختی دارای فشار کم و نفوذ کم عمق هستند. با این وجود ، با استفاده از این وسایل ، با دقت تعیین کردن درجه ی سختی موادی با ضخامتی، تنها حدود یک هزارم اینچ  مشکل است.  

حداکثر مقاومت برای اندازه های استاندارد ترموستات فلزی : [2]

ترموستات ساچمه ای (Pellet Type Thermostat):

بیشتر ترموستات ها از نوع pellet هستند. نام این نوع ترموستات از  wax pellet(ساچمه ی مومی) می آید.این نوع ترموستات از ترموستات های دوفلزه سریع تر عمل می کنند. در حال حاضر ترموستات از یک حسگر دمایی به صورت ساچمه ی مومی استفاده می کند ، تا سوپاپ مکش را که فنرییت زیادی در آن ذخیره شده است ، مجبور به باز شدن کند و از این طریق ماده ی خنک کننده ی داغ اجازه ی عبور از ترموستات را داشته باشد و به رادیاتور راه یابد.

نحوه کار ترموستات wax pellet :

مکانیزم این نوع ترموستات در قسمت استوانه ای شکل این وسیله است. این سیلندر مسی(دارای هدایت گرمایی بالا) با واکس(زیرا واکس در زمان تغییر فاز از جامد به مایع سریعا و شدیدا منبسط می شود.) پر شده است و با افزایش دما منبسط شده و با کاهش دما منقبض می شود. با افزایش دما واکس موجود در محفظه ی ترموستات که در فاز جامد است منبسط شده و به مایع تبدیل می شود. اتاقک انبساط دارای یک انبساط پیش بینی شده است. انبساط واکس یک میله ی ثابت از جنس فولاد زنگ نزن را که در قسمت بالایی ترموستات قرار دارد هل می دهد به این ترتیب محفظه ی استوانه ای شکل ترموستات به سمت پایین حرکت می کند. در این هنگام، سوپاپ ترموستات شروع به باز شدن می کند و هنگامی که واکس خنک می شود ، فنر موجود در ترموستات سیلندر را به سر جای خودش برمی گرداند و سوپاپ بسته می شود.