I termostati sono progettati per controllare e monitorare le temperature in vari sistemi e applicazioni. Commutano un contatto elettrico quando una determinata temperatura viene superata, evitando così il surriscaldamento o garantendo un riscaldamento sufficiente.
Questo articolo riguarda i termostati meccanici che sfruttano l'espansione di metalli, liquidi o gas. Quando la temperatura aumenta, le sostanze contenute in un termostato continuano a espandersi fino a quando un contatto di commutazione viene attivato al raggiungimento di una temperatura definita. Correnti di commutazione di 10 A o più non costituiscono un problema per la maggior parte dei termostati. I piccoli riscaldatori possono essere controllati direttamente, mentre per i sistemi più grandi è necessario utilizzare un attuatore come un contattore di potenza. I termostati meccanici sono anche passivi e quindi non richiedono una tensione di alimentazione.
Sul mercato sono disponibili anche termostati elettronici. Questi misurano la temperatura con una termoresistenza e ne valutano il segnale elettronicamente. Il punto di commutazione può essere impostato, ad esempio, tramite la tastiera e possono essere dotati di un display. Spesso la temperatura può essere emessa tramite un segnale standard (ad esempio, da 4 a 20 mA).
Il punto di commutazione (o temperatura di commutazione) di un termostato è la temperatura alla quale un contatto si apre all'aumentare della temperatura, spegnendo così un riscaldatore. Il punto di intervento è fisso per alcuni termostati, ma può essere impostato liberamente per altre versioni. Inoltre, i termostati hanno un cosiddetto punto di commutazione inferiore (noto anche come punto di ripristino/punto di ritorno), ossia la temperatura alla quale il contatto viene chiuso di nuovo quando il processo si raffredda. La differenza di temperatura tra i due punti di commutazione è l'isteresi di commutazione o valore di reset/ valore di ritorno.
Un risultato di controllo molto preciso si ottiene con i regolatori di temperatura. Questi misurano la temperatura con un sensore di temperatura e, come regolatori PID, regolano la temperatura esattamente al setpoint. Nel caso del controllo binario, la regolazione precisa è possibile modificando il tempo di accensione del regolatore. Ad esempio, la potenza di riscaldamento può essere variata da 0 a 10 kW.
I termostati, invece, sono assegnati ai regolatori discontinui a due punti: la temperatura di processo fluttua con essi intorno al setpoint. In molte applicazioni, tali fluttuazioni di temperatura sono accettabili, il che significa che i termostati possono essere utilizzati per creare un sistema di controllo della temperatura molto affidabile e a basso costo.
Come suggerisce il nome, nei termostati bimetallici si utilizza un doppio metallo. I due metalli (ad esempio, rame e nichel) laminati l'uno sull'altro hanno coefficienti di espansione diversi. All'aumentare della temperatura, i metalli si espandono in misura diversa, provocando una deformazione e un contatto che si apre (NC) o si chiude (NO).
I termostati bimetallici industriali industriale hanno un design molto compatto e sono solitamente avvitati nel processo come un sensore. Il loro punto di commutazione è fissato durante la produzione. Sono anche molto resistenti alle vibrazioni: non è raro che la resistenza alle vibrazioni raggiunga i 10 g. I termostati sono collegati in direzione del sistema di valutazione tramite un cavo di collegamento. I termostati bimetallici sono utilizzati, ad esempio, nei compressori: spengono il compressore in caso di alta temperatura o avviano un sistema di raffreddamento attivo (ad esempio, una ventola).
Questo tipo di termostato consiste in un sensore riempito con un gas o un liquido che viene inserito nel processo. Se la temperatura del sensore aumenta, la pressione del sistema aumenta. Quando il sensore è collegato alla membrana attraverso la linea capillare, la stessa pressione viene generata nella membrana. La membrana si espande e si attiva un interruttore a scatto. Il diametro interno della linea capillare è tipicamente di 0,2 mm - a titolo di confronto: lo spessore di un capello umano è fino a 0,1 mm.
Il sensore e l'involucro del termostato sono collegati tra loro attraverso il capillare. Si può considerare pratica una lunghezza massima del capillare di 5 metri. Il punto di commutazione può essere generalmente impostato sulla custodia.
L'illustrazione mostra un termostato per il controllo della temperatura ambiente. In questa versione, il capillare è diretto solo a un sensore a spirale, che si trova direttamente sulla custodia del termostato.
In molti casi, ad esempio, un controllore compatto regola la temperatura di processo, misurata da un sensore di temperatura. Il regolatore imposta un valore di setpoint in modo che la temperatura del processo sia controllata esattamente al valore di setpoint, attivando l'elemento riscaldante di conseguenza tramite l'uscita del regolatore. Anche un termostato misura la temperatura e spegne il riscaldamento a una temperatura limite (ad esempio, 1000 °C).
Una temperatura troppo elevata può essere causata da un difetto tecnico o da un funzionamento errato. Esistono sistemi per i quali lo spegnimento descritto è obbligatorio. Ne sono un esempio i sistemi di trasferimento di calore dell'olio o gli essiccatoi per cereali. Spesso, tuttavia, è semplicemente una questione di buon senso proteggere i prodotti da trattare o il sistema dal surriscaldamento spegnendolo per evitare danni.
Nel caso dei termostati per il controllo, è possibile specificare un semplice setpoint, di solito tramite una manopola. Questi componenti sono noti come regolatori di temperatura.
Gli interruttori di temperatura che si spengono a una temperatura limite definita sono chiamati termostati. Con questi termostati, il setpoint può essere impostato solo con uno strumento.
Esistono anche interruttori di temperatura per lo spegnimento, per i quali è necessario eseguire un reset. Se il contatto è stato aperto a causa di un eccesso di temperatura, non si chiude automaticamente quando la temperatura torna nel range corretto. Questi cosiddetti limitatori di temperatura sono spesso utilizzati in sistemi non monitorati dove non c'è personale tecnico in loco.
I termostati e i limitatori di temperatura sono normalmente dotati di una funzione di sicurezza aggiuntiva e sono quindi denominati termostati di sicurezza o limitatori di temperatura di sicurezza.