PFA-hitarar fyrir nákvæma hitastýringu-hálfleiðara blauta bekki, lyfjakljúfa, greiningartæki-er oft með innra hitatengi sem er innbyggt í málmkjarna eða á milli kjarna og PFA slíður. Ásstaða hitaeiningarinnar (odd á móti miðpunkti) hefur veruleg áhrif á stöðugleika stjórnlykkju. Hitaeining sem er-staðsett (nálægt fjarlæga enda hitarans) mælir heitasta punktinn á hitaranum, bregst fljótt við aflbreytingum en mælir einnig staðbundnar hitabreytingar sem gætu ekki táknað magn vökvans. Mið-hitapunktur (í 50–70% af lengd hitara frá köldum enda) mælir meðalhita, bregst hægar við en með minni hávaða. Fyrir flestar vökvahitunarnotkun veitir miðpunktsstillingin yfirburða stöðugleika stjórnlykkunnar (minni sveiflu, minni yfirskot) vegna þess að hún síar út staðbundna heita punkta og varmahalla. Stilling oddsins er aðeins ákjósanleg þegar hitarinn starfar á gufusvæði eða þegar oddurinn er mikilvæg hitastigsmörk (td koma í veg fyrir staðbundna suðu). Hægt er að mæla muninn á stöðugleika stjórnunar sem lækkun á hlutfallsbandsþörf um 30–50% fyrir miðpunkt á móti oddsstaðsetningu.
Thermal Dynamics meðfram hitara lengdinni
Lóðréttur PFA hitari sökktur í vökva hefur ó-jafnan hitastig. Toppurinn (neðst) er venjulega 5–15 gráðum kaldari en miðpunkturinn vegna þess að oddurinn er fjær kalda endanum (sem leiðir hita út úr tankinum) og getur verið á svæði með mismunandi flæðihraða. Skaflinn nálægt vökvayfirborði (efst á upphitaðri lengd) er oft 5–10 gráðu heitari vegna minni varmaflutnings í jaðarlaginu. Kjarnahitastig (málmhitastig inni í PFA) er enn meira breytilegt: við 3 W/cm² í 80 gráðu vatni getur kjarninn við miðpunktinn verið 150 gráður, en kjarninn á endanum getur verið 140 gráður og kjarninn á efra upphitaða svæðinu getur verið 160 gráður. Hitaeining á oddinum mælir kaldara og stöðugra hitastig (minna undir áhrifum af yfirborðssveiflum). Hitaeining við miðpunktinn mælir heitara og móttækilegra hitastig. Hitaeining nálægt vökvayfirborðinu mælir heitasta, breytilegasta hitastigið.
Þegar það er notað sem endurgjöfarskynjari fyrir PID-stýringu, ákvarðar staðsetning hitaeiningarinnar breytilega eiginleika ferlisins. Miðpunktsnemi hefur stærri hitamassa (meiri málmur og PFA á milli skynjarans og vökvans) og því lengri tímafasti (τ=10–30 sekúndur). Spennari hefur minni varmamassa (minna efni á þunna endanum) og styttri tímafasta (τ=3–10 sekúndur). Styttri tímafasti leyfir hraðari svörun en gerir stjórnlykkjuna líka næmari fyrir hávaða og næmari fyrir sveiflu ef PID ávinningurinn er ekki stilltur.
Samanburður á stöðugleika stjórna
| Staða hitaeininga | Dæmigert tímafasti (sekúndur) | Hitastig miðað við magn vökva | Næmi fyrir flæðibreytingum | Mælt er með PID aðgerð | Stöðugleiki við sömu PID stillingu |
|---|---|---|---|---|---|
| Ábending (innan 5 cm frá fjarlægum enda) | 3–8 | Magn + 5–15 gráður | Hátt (oddurinn verður fyrir mismunandi flæði) | Lítill hlutfallslegur ávinningur (P), hár samþættur tími (I) | Viðkvæmt fyrir sveiflu (of mikil aukning) |
| Neðri ársfjórðungur (25% frá þjórfé) | 6–12 | Magn + 8–20 gráður | Í meðallagi | Miðlungs P, miðlungs I | Miðlungs stöðugleiki |
| Miðpunktur (40–60% frá köldum enda) | 12–25 | Magn + 15–30 gráður | Lágt (miðpunktsflæði stöðugra) | Hærra P, lægra I (hraðari svörun án sveiflu) | Mest stöðugt |
| Efri fjórðungur (75% frá köldum enda) | 10–20 | Magn + 20–40 gráður | Hátt (nálægt yfirborði, fyrir áhrifum af stigi) | Sem miðpunktur en með síun | Stöðugt ef stigið er stöðugt |
| Margir skynjarar að meðaltali | 10–20 (meðaltal) | Meðaltal hér að ofan | Lágt | Sem miðpunktur | Stöðugasta (dregur úr hávaða) |
Magngreint dæmi: 500 L tankur, 6 kW hitari, 80 gráðu stillipunktur
Stýrð tilraun bar saman oddinn á móti miðpunkti hitahólfsins í 500 L rafhúðun tank með 6 kW PFA hitara (1,5 m langur, lóðréttur). Sami PID stjórnandi (sjálfstýrður sérstaklega fyrir hvern skynjarastað) var notaður. Niðurstöður:
Spennari(10 cm frá þjórfé): Tímafasti τ=6 sekúndur. Sjálfstillt PID: P=15, I=120 sekúndur, D=0. Stöðug-sveifla: ±1,2 gráður. Yfirskot við ræsingu-upp: 4 gráður. Svörun við 10 L köldu vatni: 90 sekúndur til að fara aftur í settmark.
Miðpunktsskynjari(75 cm frá köldum enda, 60% af lengd): Tímafasti τ=18 sekúndur. Sjálfstillt PID: P=35, I=240 sekúndur, D=2 sekúndur. Stöðug-sveifla: ±0,4 gráður. Yfirskot við ræsingu-upp: 1,5 gráður. Svörun við 10 L köldu vatni: 110 sekúndur til að fara aftur í settmark.
Miðpunktsskynjarinn veitti marktækt betri stöðugleika-stöðugleika (±0,4 gráður á móti ±1,2 gráður) og lægri yfirskot (1,5 gráður á móti . 4 gráðu), á kostnað örlítið hægari bata eftir truflun (110 á móti. 90 sekúndum). Hægari bati var viðunandi fyrir flest ferli; aukinn stöðugleiki var mikils metinn. Hraðari svörun oddarskynjarans var aðeins gagnleg þegar hraður bati var mikilvægur (td lotuferli með stuttum lotutíma). Fyrir samfellda ferla var miðpunktsskynjarinn betri.
Hvenær á að nota þjórfé vs miðpunkt
Æskilegur skynjari er þegar: (1) Hitari virkar nálægt suðumarki vökvans og koma verður í veg fyrir staðbundna suðu. Oft er oddurinn svalasti punkturinn, þannig að oddssuður bendir til ofhitnunar annars staðar. (2) Hitarinn er láréttur og oddurinn er á svæði með litlu flæði; hitastig þjórfésins táknar þá heita reitinn í versta-tilfelli. (3) Ferlið krefst mjög hraðvirkrar viðbragðs (td hröð hitauppstreymi,<30 second cycle times). (4) The heater is used in vapor-phase heating where the tip is the only submerged part. Midpoint sensor is preferred when: (1) The process requires tight temperature tolerance (±0.5°C or better). (2) The tank has good circulation, so midpoint temperature represents bulk. (3) The PID controller is not re-tuned for each sensor location; midpoint is more forgiving of default gains. (4) The operator wants to minimize oscillation and overshoot. (5) The heater is used in continuous, steady-state operation.
Fyrir flest forrit er tvískiptur-skynjarauppsetning (ábending + miðpunktur) með stjórnandi rökfræði sem velur viðeigandi skynjara út frá stillingu ákjósanlegur. Notaðu þjórféskynjarann við ræsingu-upp (hröð rampi, leyfðu yfirskot) og miðpunktsskynjara í stöðugu-ástandi (þétt stjórn). Þetta krefst stjórnanda með tvöföldum inntakum og forritanlegu skynjaravali, víða fáanlegur frá helstu framleiðendum (Watlow, Omron, Eurotherm).
Hugleiðingar um uppsetningu
Innra hitaeiningin (venjulega gerð J, K eða T) verður að vera rafeinangruð frá málmkjarnanum til að forðast jarðlykkjur. Hitamótið er venjulega fellt inn í keramikrör eða húðað með magnesíumoxíðdufti. Staðan er föst við framleiðslu og ekki er hægt að breyta henni á vettvangi. Þegar hitara er tilgreint, tilgreinið þá stöðu hitaeinans sem óskað er eftir: „Hitamótamót staðsett í 60% af upphitaðri lengd frá köldu endanum (miðpunkti)“ eða „Hitamótamót staðsett innan 25 mm frá fjarlæga endanum“. Framleiðendur velja sjálfgefið þjórfé eða miðpunkt miðað við staðal þeirra; forskrift kemur í veg fyrir óvart. Eftir uppsetningu, staðfestu stöðu hitaeiningarinnar með því að mæla viðnám frá hitaleiðslum til jarðhitarans. Staðan hefur áhrif á hitastigið og þar af leiðandi mældan hitastig; Sjálfvirk stilling stjórnandans mun bæta upp fyrir gangverki en getur ekki breytt líkamlegri staðsetningu skynjarans.
Fyrir endurbætur á vettvangi þar sem ekki er hægt að komast að innri hitaeiningunni er hægt að nota ytri hitaeining sem er klemmd við PFA yfirborðið í æskilegri ásstöðu. Ytri skynjari hefur hægari svörun (í gegnum PFA vegginn) en sömu staðsetningaráhrif. Yfirborðs-RTD á miðjunni veitir framúrskarandi stöðugleika fyrir samfellda ferla.
Ályktun: Miðpunktur veitir betri stöðugleika fyrir flest forrit
Stefna innra hitara PFA hitara (odd á móti miðpunkti) breytir verulega stöðugleika stjórnlykkja. Miðpunktsskynjari (40–60% af upphitaðri lengd frá köldu endanum) hefur lengri tímafasta (12–25 sekúndur) og mælir hitastig sem sýnir betur magn vökvans, sem leiðir til stöðugrar-sveiflu sem er ±0,5 gráður eða minna. Neyðarnemi (nálægt fjarlægum enda) hefur styttri tímafasta (3–8 sekúndur) og bregst við staðbundnum heitum reitum, sem leiðir til breiðari sveiflu (±1–2 gráður) nema PID-aukning sé vandlega minnkuð. Fyrir flest vökvahitunarforrit-sérstaklega samfelld ferli sem krefjast þéttrar hitastýringar-er miðpunktsstefnan betri. Staðsetningin er frátekin fyrir hraðvirka-viðbragðsforrit, vöktun á suðuforvarnir eða þegar oddurinn er mikilvæg hitastigsmörk. Verkfræðingar sem tilgreina PFA hitara fyrir nákvæmnisstýringu ættu að biðja um miðpunkts hitaeininga sem sjálfgefið, með staðsetning oddsins sem sérstakur-tilviksvalkostur. Aukakostnaðurinn er hverfandi; eftirlitsaukningin er veruleg. Stýribúnaður sem sveiflast að óþörfu er oft ekki stillivandamál-það er vandamál með staðsetningu skynjara. Færðu skynjarann í miðpunktinn og sveiflan hverfur oft.
