Променя ли ориентацията на вътрешната термодвойка на PFA нагревателя (върх срещу средна точка) стабилността на управляващия контур?

PFA нагревателите често се използват в приложения за прецизен температурен контрол – полупроводникови мокри стендове, фармацевтични реактори, аналитична апаратура. Те обикновено имат вградена термодвойка, интегрирана в металната сърцевина или между сърцевината и PFA обвивката. Аксиалното положение на термодвойката (върхът спрямо средната точка) има голям ефект върху стабилността на контролната верига. -Позиционирана термодвойка (в дисталния край на нагревателя) измерва най-горещата точка на нагревателя, реагира бързо на промени в мощността, но също така измерва локални температурни вариации, които може да не са представителни за насипния флуид. Термодвойка в средна -точка (50-70% от дължината на нагревателя от студения край) дава средна температура, тя реагира по-бавно, но с по-малко шум. Средната ориентация е по-добра за повечето приложения за нагряване на течности, осигурявайки по-добра стабилност на контролната верига (по-малко трептене, по-ниско превишаване), тъй като филтрира локални горещи петна и термични градиенти. Ориентацията на върха се препоръчва само когато нагревателят е в зона на изпарения или когато върхът е на критичната температурна граница (напр. за предотвратяване на локално кипене). Ние определяме количествено разликата в стабилността на контрола като 30-50% намаление на необходимостта от пропорционална лента за поставяне по средата спрямо поставяне на върха.

Топлинна динамика по цялата дължина на нагревателя
Разпределението на температурата за вертикален PFA нагревател, потопен в течност, не е-равномерно. Обикновено върхът (дъното) е с 5-15 градуса по-хладен от средната точка, тъй като върхът е по-далеч от студения край (който отвежда топлината от резервоара) и може да бъде в зона с различна скорост на потока. Температурата в областта близо до повърхността на течността (горната част на нагрятата дължина) често е с 5–10 градуса по-висока поради намаленото предаване на топлина в граничния слой. Температурата в сърцевината (металът вътре в PFA) е значително по-променлива: при 3 W/cm² при 80 градуса вода, средната сърцевина може да бъде 150 градуса, сърцевината на върха 140 градуса и сърцевината на по-високо нагрята зона 160 градуса. Термодвойка на върха следи по-ниска температура (по-малко повлияна от промените на повърхността), която е по-стабилна. Центърът има термодвойка за по-гореща и по-отзивчива температура. Термодвойка близо до повърхността на течността ще измерва най-горещата, най-променлива температура.

Когато се използва като сензор за обратна връзка за PID контролер, разположението на термодвойката контролира характеристиките на променливите на процеса. Междинният сензор има повече топлинна маса (повече метал и PFA между сензора и течността) и следователно по-дълга времеконстанта (τ=10-30 секунди). Сензорите на върха имат по-малка топлинна маса (по-малко материал на тънкия връх) и по-кратка времеконстанта (τ=3–10 секунди). Колкото по-кратка е времевата константа, толкова по-бърза е реакцията, но също така толкова по-податлива е управляващата верига на шум и толкова по-вероятно е тя да осцилира, ако усилването на PID не е настроено правилно.

Сравнение на стабилността на контрола
Местоположение на термодвойката Типична времева константа (s) Температура по отношение на обемния поток на течността Промяна на реакцията Препоръчителна стабилност на PID действието при същата настройка на PID
Накрайник (близо до върха в рамките на 5 cm)3–8 Обем + 5–15 градуса Висок (върхът е изложен на променлив поток) Ниско пропорционално усилване (P), високо интегрално време (I) Има тенденция да осцилира (усилване е твърде високо)
Долна четвърт (върх 25%) 6–12 Насипно състояние + 8–20 градуса Умерено Средно P, средно I Стабилно умерено
По-висок P, по-нисък I (по-бърза реакция, без колебания) Най-стабилен,

Множество сензори са средно 10-20 (средно) Средно от над Ниско Като средно Най-стабилно (намалява шума)

Беше проведен контролиран експеримент за контрастиране на върха спрямо позицията на термодвойка в средна точка в 500 L резервоар за галванично покритие с 6 kW PFA нагревател (дължина 1,5 m, вертикално). Използван е същият PID контролер (автоматично настроен независимо за всяко място на сензора). Резултати: