Temperatuur schakelaars zijn ontworpen om temperaturen in verschillende systemen en toepassingen te regelen en te bewaken. Ze schakelen een contact wanneer een bepaalde temperatuur wordt overschreden of niet wordt bereikt en voorkomen zo oververhitting of zorgen voor voldoende verwarming.
Dit artikel gaat over mechanische temperatuur schakelaars die gebruikmaken van de uitzetting van metalen, vloeistoffen of gassen. Wanneer de temperatuur stijgt, blijven de stoffen in een temperatuur schakelaar uitzetten tot een schakelcontact wordt geactiveerd wanneer een bepaalde temperatuur wordt bereikt. Schakelstromen van 10 A of meer zijn voor de meeste temperatuur schakelaars geen probleem. Kleine verwarmingselementen kunnen rechtstreeks worden aangestuurd, voor grotere systemen moet een hulp relais zoals een magneetschakelaar worden gebruikt. Mechanisch temperatuur schakelaars zijn ook passieve schakelaars en hebben daarom geen voedingsspanning nodig.
Er zijn ook elektronische temperatuur schakelaars op de markt. Deze meten de temperatuur met een weerstand temperatuursensor en analyseren het signaal elektronisch. Het schakelpunt kan bijvoorbeeld worden ingesteld met het toetsenbord en ze kunnen worden uitgerust met een dislay. De temperatuur kan vaak worden uitgegeven via een gestandaardiseerd signaal (bijvoorbeeld 4 tot 20 mA).
Het schakelpunt (of de schakeltemperatuur) van een temperatuur schakelaar is de temperatuur waarbij een contact wordt geopend als de temperatuur stijgt, waardoor de verwarming wordt uitgeschakeld. Het schakelpunt ligt vast voor sommige schakelaars, maar kan ook vrij worden ingesteld voor andere versies. Daarnaast hebben de temperatuur schakelaars een inschakelpunt. Dit is de temperatuur waarbij het contact weer wordt gesloten als het proces afkoelt. Het temperatuurverschil tussen het uit— en inschakelpunt is de schakelhysterese.
Met temperatuurregelaars wordt een zeer nauwkeurig meetresultaat verkregen. Ze meten de temperatuur met een temperatuursensor en regelen, als PID-regelaars, exact te temperatuur naar het instelpunt. In het geval van binaire sturing is een nauwkeurige regeling mogelijk door de inschakeltijd van de sturing te wijzigen. Op deze wijze kan het verwarmingsvermogen bijvoorbeeld worden gevarieerd van 0 tot 10 kW.
Daarentegen worden temperatuur schakelaars toegewezen aan de binaire sturing van de tweepuntsregelaar — de procestemperatuur schommelt mee rond het instelpunt. In veel toepassingen zijn dergelijke temperatuurschommelingen aanvaardbaar, wat betekent dat temperatuur schakelaars gebruikt kunnen worden om een zeer robuust temperatuur regelsysteem te creëren tegen lage kosten.
Zoals de naam al doet vermoeden, wordt een bimetaal gebruikt in bimetaal schakelaars. De twee op elkaar gerolde metalen (bijvoorbeeld koper en nikkel) hebben verschillende uitzettingscoëfficiënten. Als de temperatuur stijgt, zetten de metalen in verschillende mate uit, zodat een doorbuiging optreedt en een contact wordt geopend (NC) of gesloten (NO).
Bimetaal schakelaars in een industriële omgeving hebben een zeer compact ontwerp en worden meestal als een sensor in het proces geschroefd. Hun schakelpunt ligt vast tijdens de productie. Ze zijn ook zeer goed bestand tegen trillingen - trillingsweerstanden tot 10 g zijn niet ongewoon. De schakelaars worden via een verbindingskabel aangesloten in de richting van het evaluatiesysteem. Temperatuur schakelaars met een bimetaal worden bijvoorbeeld gebruikt in compressoren - ze schakelen de compressor uit bij te hoge temperatuur of starten een actief koelsysteem (bv. ventilator).
Dit type temperatuur schakelaar wordt meestal een thermostaat genoemd en bestaat uit een sensor gevuld met een gas of vloeistof die in het proces wordt geplaatst. Als de temperatuur bij de sensor stijgt, neemt de systeemdruk toe. Als het membraan via de capillaire leiding met de sensor is verbonden, ontstaat dezelfde druk in het membraan. Het membraan zet uit en een tuimel schakelaar wordt geactiveerd. De interne diameter van de capillaire leiding is slechts twee keer de diameter van een menselijke haar (tot 0,1 mm), bijvoorbeeld 0,2 mm.
De sensor en de thermostaatbehuizing zijn met elkaar verbonden via de capillaire leiding. Maximale capillaire lengtes tot 5 m kunnen als praktisch worden beschouwd. Het schakelpunt kan meestal op de behuizing worden ingesteld.
De afbeelding toont een temperatuur schakelaar voor het regelen van de kamertemperatuur. In deze versie wordt het capillair alleen naar een spiraal geleid, die zich direct op de thermostaatbehuizing bevindt.
In veel gevallen regelt bijvoorbeeld een compacte regelaar de procestemperatuur, die wordt geregistreerd door een elektrische thermometer. Op de regelaar wordt een instelwaarde ingesteld zodat de temperatuur in het proces precies op de instelwaarde wordt geregeld door de verwarming dienovereenkomstig te activeren via de uitgang van de regelaar. Een temperatuur schakelaar meet ook de temperatuur en schakelt de verwarming uit bij een grenstemperatuur (bijv. 1000 °C).
Met de temperatuur schakelaars voor regeling kan een eenvoudig instelpunt worden opgegeven - meestal via een draaiknop. Deze apparaten staan bekend als temperatuurregelaars.
Temperatuur schakelaars die uitschakelen bij een bepaalde grenstemperatuur worden temperatuurbewakers genoemd. Bij deze temperatuur schakelaars kan het instelpunt meestal alleen met gereedschap worden ingesteld.
Er zijn ook temperatuur schakelaars voor uitschakeling waarvoor een reset moet worden uitgevoerd. Als het contact werd geopend vanwege een te hoge temperatuur, sluit het niet automatisch als de temperatuur terugkeert naar het juiste bereik. Er moet ook een resetknop worden ingedrukt. Deze zogenaamde temperatuurbegrenzers worden vaak gebruikt in niet-bewaakte systemen waar geen technisch personeel aanwezig is.
Temperatuurbewakers en -begrenzers zijn meestal uitgerust met een extra veiligheidsfunctie en worden dan veiligheidstemperatuurbewakers of veiligheidstemperatuurbegrenzers genoemd.