هل يؤدي اتجاه المزدوجة الحرارية الداخلية لسخان PFA (الطرف مقابل نقطة المنتصف) إلى تغيير استقرار حلقة التحكم؟

غالبًا ما تُستخدم سخانات PFA في تطبيقات التحكم الدقيق في درجة الحرارة - المقاعد الرطبة لأشباه الموصلات، والمفاعلات الصيدلانية، والأجهزة التحليلية. تحتوي هذه عادةً على مزدوجة حرارية مدمجة في القلب المعدني أو بين القلب وغلاف PFA. الموضع المحوري للمزدوجة الحرارية (الطرف مقابل نقطة المنتصف) له تأثير كبير على استقرار حلقة التحكم. نصيحة -المزدوجة الحرارية الموضوعة (في الطرف البعيد من المدفأة) تقيس النقطة الأكثر سخونة في المدفأة، وتستجيب بسرعة لتغيرات الطاقة، ولكنها تقيس أيضًا تغيرات درجات الحرارة المحلية التي قد لا تمثل السائل السائب . توفر المزدوجة الحرارية عند نقطة متوسطة - (50-70% من طول المدفأة من الطرف البارد) درجة حرارة متوسطة، وتستجيب بشكل أبطأ ولكن مع ضوضاء أقل. يعد الاتجاه المتوسط ​​أفضل بالنسبة لمعظم تطبيقات التسخين السائل، مما يوفر استقرارًا أفضل لحلقة التحكم (أقل تذبذبًا، وتجاوزًا أقل) نظرًا لأنه يقوم بتصفية البقع الساخنة المحلية والتدرجات الحرارية. يوصى بتوجيه الطرف فقط عندما يكون المدفأة في منطقة بخار أو عندما يكون الطرف هو الحد الأقصى لدرجة الحرارة الحرجة (على سبيل المثال، لمنع الغليان المحلي). نحن نقيس الفرق في استقرار التحكم باعتباره انخفاضًا بنسبة 30-50٪ في حاجة النطاق المتناسب لوضع منتصف الطريق مقابل وضع الطرف.

الديناميات الحرارية طوال مدة السخان
توزيع درجة الحرارة لسخان PFA العمودي المغمور في سائل غير-موحد. عادةً ما يكون الطرف (الأسفل) أكثر برودة بمقدار 5-15 درجة من نقطة المنتصف، لأن الطرف أبعد عن الطرف البارد (الذي يوصل الحرارة بعيدًا عن الخزان)، وقد يكون في منطقة ذات سرعة تدفق مختلفة. غالبًا ما تكون درجة الحرارة في المنطقة القريبة من سطح السائل (أعلى الطول الساخن) أعلى بمقدار 5-10 درجات بسبب انخفاض انتقال الحرارة في الطبقة الحدودية. تكون درجة الحرارة في القلب (المعدن داخل PFA) أكثر تغيرًا إلى حد كبير: عند 3 وات/سم² في 80 درجة ماء، يمكن أن يكون منتصف الطريق 150 درجة، ونواة الطرف 140 درجة، ونواة المنطقة الساخنة الأعلى 160 درجة. تراقب المزدوجة الحرارية الموجودة عند الطرف درجة حرارة أقل (أقل تأثراً بتغيرات السطح) وتكون أكثر ثباتًا. يحتوي المركز على مزدوجة حرارية للحصول على درجة حرارة أكثر سخونة وأكثر استجابة. ستقيس المزدوجة الحرارية القريبة من سطح السائل درجة الحرارة الأكثر سخونة والأكثر تغيرًا.

عند استخدامه كمستشعر تغذية راجعة لوحدة تحكم PID، فإن موضع المزدوجة الحرارية يتحكم في خصائص متغير العملية. يحتوي مستشعر منتصف الطريق على كتلة حرارية أكبر (معدن أكثر وPFA بين المستشعر والسائل) وبالتالي ثابت زمني أطول (τ=10-30 ثانية). تتمتع أجهزة الاستشعار الطرفية بكتلة حرارية أصغر (مادة أقل عند الطرف الرفيع) وثابت زمني أقصر (τ=3–10 ثوانٍ). كلما كان الثابت الزمني أقصر، زادت سرعة الاستجابة، ولكن أيضًا كلما كانت حلقة التحكم أكثر عرضة للضوضاء، وزاد احتمال تذبذبها إذا لم يتم ضبط مكاسب PID بشكل صحيح.

مقارنة استقرار التحكم
موقع المزدوج الحراري ثابت الوقت النموذجي درجة الحرارة فيما يتعلق بالاستجابة لتغيير تدفق السائل السائب استقرار عمل PID الموصى به في نفس ضبط PID
الطرف (بالقرب من الطرف في حدود 5 سم)3–8 السائبة + 5–15 درجة عالية (الطرف معرض لتدفق متغير)كسب نسبي منخفض (P)، وقت متكامل مرتفع (I) يميل إلى التأرجح (كسب مرتفع جدًا)
الربع السفلي (طرف 25%) 6–12 السائبة + 8–20 درجة معتدل متوسط ​​P، متوسط ​​ISمستقر معتدل
أعلى P، أقل I (استجابة أسرع، لا تذبذب)أكثر استقرارا،

متوسط ​​أجهزة الاستشعار المتعددة 10-20 (متوسط) متوسط ​​أعلى من منخفض إلى متوسط ​​الأكثر ثباتًا (يقلل من الضوضاء)

تم إجراء تجربة مضبوطة تتناقض مع موضع المزدوج الحراري عند نقطة المنتصف في خزان طلاء كهربائي سعة 500 لتر مع سخان PFA بقدرة 6 كيلو وات (طول 1.5 متر، رأسيًا). تم استخدام نفس وحدة التحكم PID (يتم ضبطها تلقائيًا بشكل مستقل لكل موقع استشعار). نتائج: