Hướng của cặp nhiệt điện bên trong của bộ gia nhiệt PFA (Đầu so với điểm giữa) có làm thay đổi độ ổn định của vòng điều khiển không?
Để lại lời nhắn
Máy sưởi PFA thường được sử dụng trong các ứng dụng kiểm soát nhiệt độ chính xác – bàn ướt bán dẫn, lò phản ứng dược phẩm, thiết bị phân tích. Chúng thường có sẵn một cặp nhiệt điện, được tích hợp trong lõi kim loại hoặc giữa lõi và vỏ PFA. Vị trí trục của cặp nhiệt điện (đầu so với điểm giữa) có ảnh hưởng lớn đến độ ổn định của vòng điều khiển. Một cặp nhiệt điện-được định vị ở đầu (ở đầu xa của lò sưởi) đo điểm nóng nhất trên lò sưởi, phản ứng nhanh với những thay đổi về điện nhưng cũng đo các biến đổi nhiệt độ cục bộ có thể không đại diện cho khối chất lỏng . Cặp nhiệt điện ở điểm-giữa (50-70% chiều dài bộ sưởi tính từ đầu lạnh) cho nhiệt độ trung bình, phản hồi chậm hơn nhưng ít tiếng ồn hơn. Định hướng ở giữa tốt hơn cho hầu hết các ứng dụng làm nóng chất lỏng, mang lại độ ổn định vòng điều khiển tốt hơn (ít dao động hơn, độ vọt lố thấp hơn) vì nó lọc các vùng nóng cục bộ và độ dốc nhiệt. Định hướng đầu tip chỉ được khuyến nghị khi bộ gia nhiệt ở vùng hơi hoặc khi đầu tip là giới hạn nhiệt độ tới hạn (ví dụ: để tránh sôi cục bộ). Chúng tôi định lượng sự khác biệt về độ ổn định của bộ điều khiển khi giảm 30-50% nhu cầu dải tương ứng cho vị trí giữa đường so với vị trí đầu.
Động lực nhiệt trong suốt chiều dài của lò sưởi
Sự phân bố nhiệt độ của bộ gia nhiệt PFA thẳng đứng ngâm trong chất lỏng không-đồng đều. Thông thường, đầu (đáy) mát hơn điểm giữa từ 5-15 độ, vì đầu ở xa đầu lạnh hơn (dẫn nhiệt ra khỏi bể) và có thể nằm trong vùng có tốc độ dòng chảy khác nhau. Nhiệt độ ở vùng gần bề mặt chất lỏng (đỉnh của chiều dài được gia nhiệt) thường cao hơn 5–10 độ do sự truyền nhiệt ở lớp biên giảm. Nhiệt độ trong lõi (kim loại bên trong PFA) thay đổi nhiều hơn đáng kể: ở mức 3 W/cm2 trong nước 80 độ, lõi ở giữa có thể là 150 độ, lõi đầu là 140 độ và lõi vùng được làm nóng cao hơn là 160 độ. Một cặp nhiệt điện ở đầu theo dõi nhiệt độ thấp hơn (ít bị ảnh hưởng bởi những thay đổi bề mặt) ổn định hơn. Trung tâm có cặp nhiệt điện cho nhiệt độ nóng hơn, phản ứng nhanh hơn. Một cặp nhiệt điện gần bề mặt chất lỏng sẽ đo nhiệt độ nóng nhất, dễ thay đổi nhất.
Khi được sử dụng làm cảm biến phản hồi cho bộ điều khiển PID, vị trí của cặp nhiệt điện sẽ kiểm soát các đặc tính biến đổi của quy trình. Cảm biến ở giữa có khối lượng nhiệt lớn hơn (nhiều kim loại và PFA hơn giữa cảm biến và chất lỏng) và do đó hằng số thời gian dài hơn (τ=10-30 giây). Cảm biến đầu có khối lượng nhiệt nhỏ hơn (ít vật liệu hơn ở đầu mỏng) và hằng số thời gian ngắn hơn (τ=3–10 giây). Hằng số thời gian càng ngắn thì phản hồi càng nhanh nhưng vòng điều khiển càng dễ bị nhiễu và càng có nhiều khả năng dao động nếu mức tăng PID không được điều chỉnh đúng cách.
So sánh độ ổn định của điều khiển
Vị trí cặp nhiệt điện Hằng số thời gian điển hình Nhiệt độ liên quan đến khả năng phản hồi thay đổi dòng chất lỏng số lượng lớn Độ ổn định hành động PID được khuyến nghị ở cùng một điều chỉnh PID
Đầu (gần đầu trong vòng 5 cm)3–8 Số lượng lớn + 5–15 độ Cao (đầu tiếp xúc với dòng chảy thay đổi) Độ lợi tỷ lệ thấp (P), thời gian tích phân cao (I) Có xu hướng dao động (tăng quá cao)
Phần dưới (tip 25%) 6–12 Số lượng lớn + 8–20 độ Trung bình Trung bình P, trung bình ISổn định vừa phải
P cao hơn, I thấp hơn (phản hồi nhanh hơn, không dao động)Ổn định nhất,
Nhiều cảm biến trung bình 10-20 (trung bình)Trung bình trên Thấp Như trung bình Ổn định nhất (giảm tiếng ồn)
Một thí nghiệm có kiểm soát đã được thực hiện so sánh vị trí đầu so với điểm giữa của cặp nhiệt điện trong bể mạ điện 500 L với bộ gia nhiệt PFA 6 kW (dài 1,5 m, thẳng đứng). Bộ điều khiển PID tương tự đã được sử dụng (được tự động điều chỉnh độc lập cho từng vị trí cảm biến). Kết quả:
