آیا جهت ترموکوپل داخلی هیتر PFA (نوک در مقابل نقطه میانی) ثبات حلقه کنترل را تغییر می دهد؟

بخاری های PFA اغلب در برنامه های کنترل دما دقیق استفاده می شوند - نیمکت های مرطوب نیمه هادی، راکتورهای دارویی، ابزار دقیق تحلیلی. اینها معمولاً یک ترموکوپل داخلی دارند که در هسته فلزی یا بین هسته و غلاف PFA یکپارچه شده است. موقعیت محوری ترموکوپل (نوک در مقابل نقطه میانی) تأثیر عمده ای بر پایداری حلقه کنترل دارد. یک ترموکوپل با نوک (در انتهای دیستال بخاری) داغترین نقطه بخاری را اندازه گیری می کند، به سرعت به تغییرات برق واکنش نشان می دهد، اما تغییرات دمای محلی را نیز اندازه گیری می کند که ممکن است نماینده سیال حجیم نباشد. یک ترموکوپل در نقطه میانه- (50-70٪ طول بخاری از انتهای سرد) دمای متوسطی را ارائه می‌کند، کندتر اما با صدای کمتری پاسخ می‌دهد. جهت گیری میانی برای اکثر کاربردهای گرمایش مایع بهتر است، و پایداری حلقه کنترلی بهتری را ارائه می دهد (نوسان کمتر، بیش از حد پایین تر) زیرا لکه های داغ محلی و گرادیان های حرارتی را فیلتر می کند. جهت گیری نوک فقط زمانی توصیه می شود که بخاری در ناحیه بخار قرار دارد یا زمانی که نوک آن در حد بحرانی دمایی است (مثلاً برای جلوگیری از جوش موضعی). ما تفاوت در پایداری کنترل را به‌عنوان کاهش 30-50 درصدی نیاز باند متناسب برای قرارگیری در میانه راه در مقابل قرارگیری نوک تعیین می‌کنیم.

دینامیک حرارتی در سراسر طول بخاری
توزیع دما برای بخاری PFA عمودی غوطه ور در یک مایع، یکنواخت نیست. معمولاً نوک (پایین) 5-15 درجه خنک‌تر از نقطه میانی است، زیرا نوک آن از انتهای سرد (که گرما را از مخزن هدایت می‌کند) دورتر است و ممکن است در ناحیه‌ای با سرعت جریان متفاوت باشد. دما در منطقه نزدیک سطح مایع (بالای طول گرم شده) اغلب 5-10 درجه بالاتر است به دلیل کاهش انتقال حرارت در لایه مرزی. دمای هسته (فلز داخل PFA) به طور قابل توجهی متغیرتر است: در 3 وات بر سانتی متر مربع در آب 80 درجه، هسته میانی ممکن است 150 درجه، هسته نوک 140 درجه و هسته منطقه گرم تر 160 درجه باشد. یک ترموکوپل در نوک، دمای پایین تری را (کمتر تحت تأثیر تغییرات سطحی) که پایدارتر است، کنترل می کند. مرکز دارای یک ترموکوپل برای دمای گرمتر و پاسخگوتر است. یک ترموکوپل نزدیک به سطح مایع، گرم ترین و متغیرترین دما را اندازه گیری می کند.

هنگامی که به عنوان حسگر بازخورد برای یک کنترل کننده PID استفاده می شود، قرارگیری ترموکوپل ویژگی های متغیر فرآیند را کنترل می کند. یک حسگر میانی جرم حرارتی بیشتری دارد (فلز و PFA بیشتر بین سنسور و سیال) و بنابراین ثابت زمانی طولانی تری دارد (τ=10-30 ثانیه). سنسورهای نوک جرم حرارتی کمتری دارند (مواد کمتر در نوک نازک) و ثابت زمانی کوتاه‌تر (τ=3-10 ثانیه). هرچه ثابت زمانی کوتاه‌تر باشد، پاسخ سریع‌تر می‌شود، اما حلقه کنترل بیشتر در معرض نویز قرار می‌گیرد، و در صورتی که سودهای PID به درستی تنظیم نشود، احتمال نوسان آن بیشتر می‌شود.

مقایسه پایداری کنترل
مکان ترموکوپل زمان معمولی (ها) دما با توجه به تغییر جریان مایع انبوه پاسخگویی پایداری عمل PID توصیه شده در تنظیم PID یکسان
نوک (نزدیک به نوک در عرض 5 سانتی متر) 3-8 توده + 5-15 درجه بالا (نوک در معرض جریان متغیر) بهره متناسب کم (P)، زمان انتگرال زیاد (I) تمایل به نوسان دارد (افزایش بسیار زیاد)
سه ماهه پایین (نوک 25%) 6–12 حجیم + 8–20 درجه متوسط ​​متوسط ​​P، متوسط ​​IS پایدار متوسط
P بالاتر، I کمتر (پاسخ سریعتر، بدون نوسان) پایدارترین،

میانگین سنسورهای چندگانه 10-20 (متوسط) میانگین بالاتر از کم به عنوان متوسط ​​بیشترین ثابت (کاهش نویز)

یک آزمایش کنترل شده متضاد نوک در مقابل موقعیت ترموکوپل نقطه میانی در یک مخزن آبکاری 500 لیتری با یک بخاری PFA 6 کیلوواتی (طول 1.5 متر، عمودی) انجام شد. از همان کنترل کننده PID استفاده شد (به طور مستقل برای هر مکان حسگر تنظیم شده است). نتایج: