Bestimmung der Sensorplatzierung in einem thermischen System
Alle thermischen Systeme bestehen aus vier Hauptteilen:
Die Arbeitslast: Dies ist das zu erhitzende Material und ist gewöhnlich mit einer Cycle Time oder einer Zeitrate des Passierens über oder durch das erhitzte Teil verbunden.
Die Wärmequelle: Generiert durch entweder elektrischen Widerstand oder Kraftstoffverbrennung.
Das Medium für die Wärmeübertragung: Festkörper, Flüssigkeit oder Gas, der/die/das die Heizenergie auf die Last überträgt.
Das Regelgerät: Die Erfassungs- und Regelgeräte, die das Ausmaß der Erwärmung regeln und die Last auf einer spezifischen Temperatur halten.
Für diese vier Teile muss die Platzierung in Bezug zueinander in Betracht gezogen werden.
Unter den vier Hauptteilen eines geschlossenen Kreislaufs fällt der Einbaustelle des Sensors eine wichtige Rolle zu, sofern die andern Elemente des Systems korrekt ausgewählt wurden. Das Platzieren des Sensors im Verhältnis zur Arbeitslast und Wärmequelle kann verschiedene Arten von Energieanforderungen an die Arbeitslast kompensieren. Durch die Platzierung des Sensors können die Auswirkungen von thermischer Verzögerung im Wärmeübertragungsprozess begrenzt werden. Der Regler kann nur auf die Änderungen in der Temperatur reagieren, die er durch Feedback von der Sensorstelle „sieht“. Daher beeinflusst die Wahl der Sensorstelle die Fähigkeit des Reglers, die Temperatur um einen gewünschten Sollwert zu regeln.
Es ist zu beachten, dass die Platzierung des Sensors keine Ineffizienzen im System kompensieren kann, die durch lange Verzögerungen in der thermischen Übertragung verursacht werden. Ebenso muss bedacht werden, dass die Temperatur in den meisten thermischen Systemen von Punkt zu Punkt variieren wird.
Sensor in einem statischen System
Ein System wird bei einer langsamen thermischen Reaktion der Wärmequelle, langsamen Wärmeübertragung und bei minimalen Änderungen in der Arbeitslast „statisch“ genannt. Wenn das System statisch ist, wird die Wärme durch das Platzieren des Sensors näher an die Wärmequelle während des Prozesses relativ konstant gehalten. In dieser Art von System ist die Entfernung zwischen der Wärmequelle und dem Sensor klein (minimale thermische Verzögerung). Daher wird die Wärmequelle häufig ein- und ausgeschaltet, wodurch die Möglichkeit von Über- oder Untertemperaturen an der Arbeitslast verringert wird. Wenn der Sensor an oder nahe der Wärmequelle eingebaut wird, kann er Temperaturänderungen schnell erfassen und straffe Kontrolle bewahren.
Sensor in einem dynamischen System
Ein System wird bei einer schnellen thermischen Reaktion der Wärmequelle, schnellen Wärmeübertragung und bei häufigen Änderungen in der Arbeitslast „dynamisch“ genannt. Wenn ein System „dynamisch“ ist, kann der Sensor Änderungen in der Lasttemperatur schneller „sehen“, was es dem Regler ermöglicht, die entsprechende Ausgangsaktion schneller zu ergreifen, wenn der Sensor näher an der Arbeitslast montiert wird. In diesem Systemtyp ist jedoch der Abstand zwischen Wärmequelle und Sensor bedeutend und verursacht thermische Verzögerung. Daher werden die Wärmequellen-Zyklen länger und verursachen eine größere Kurve zwischen den Höchst- (Über-) und Mindest- (Unter-) Temperaturen an der Arbeitslast.
Wir empfehlen daher, dass der für diesen Fall ausgewählte elektronische Regler PID-Funktionen (Vorwegnahme- und Versatzfähigkeiten) einbezieht, um diese Bedingungen zu kompensieren. Wenn der Sensor nahe oder an der Arbeitslast montiert wird, kann er Temperaturanstiege und -abfälle schnell erfassen.
Sensor in einem kombiniert statischen/dynamischen System
Wenn die Wärmenachfrage flukturiert und zu einem System führt, das zwischen statisch und dynamisch liegt, installieren Sie den Sensor auf halbem Weg zwischen der Wärmequelle und der Arbeitslast, um die Wärmeübertragungs-Verzögerungszeiten gleichermaßen zu verteilen. Da das System manche Über- und/oder Untertemperaturen produzieren kann, empfehlen wir, dass der für diesen Fall ausgewählte elektronische Regler PID-Funktionen (Vorwegnahme- und Versatzfähigkeiten) einbezieht, um diese Bedingungen zu kompensieren. Diese Sensorstelle ist die praktischste für die meisten thermischen Systeme.
Beispiele für Platzierung in Festkörpern
Die verschiedenen Methoden der Kontaktwärmeübertragung kann in Konduktion (typisch Festkörper oder Flüssigkeit) und Konvektion (typisch Flüssigkeit oder Gas) kategorisiert werden. Ein Konduktionssystem kann aus einer Wärmequelle in direktem Kontakt mit dem Wärmeübertragungs-Medium bestehen, das die Last erwärmt. Die hier angeführten Informationen besprechen drei unterschiedliche Reaktionssysteme mit verschiedenen Einbaustellen der Temperatursensoren.
Beste Sensorplatzierung in einem Festkörper
Die Wärmequelle ist nahe der Arbeitslast und der Sensor ist in der Nähe der Wärmequelle und der Arbeitslast installiert. Durch diesen kurzen Wärmekonduktionsweg wird die thermische Verzögerung minimiert.
Praktische Sensorplatzierung in einem Festkörper
Die Wärmequelle ist entfernt von der Arbeitslast angebracht und der Sensor befindet sich zwischen Quelle und Arbeit. Der längere Wärmekonduktionsweg erhöht die thermische Verzögerung im System, aber da der Sensor in der Mitte liegt, kann der Sensor auf Änderungen in Arbeitslast oder Wärmequelle ohne übermäßige Verzögerung reagieren.
Mangelhafte Sensorplatzierung
Die Wärmequelle ist nahe der Arbeitslast und der Sensor ist weit entfernt von der Wärmequelle und der Arbeitslast installiert. Der Sensor ist zu weit vom Wärmekonduktionsweg entfernt installiert, um ohne übermäßige Verzögerung auf Temperaturänderungen reagieren zu können. Der Sensor befindet sich auch zu weit von der Arbeitslast entfernt.
Beispiele für Sensorplatzierung in Flüssigkeiten
Die auf der rechten Seite gezeigten Beispiele sind für das Erwärmen von Flüssigkeitstanks. Wie gezeigt muss sich der Sensor relativ nahe der Wärmequelle befinden, um eine mögliche Überhitzung der Flüssigkeit in diesem lokalisierten Bereich zu erfassen.
Mangelhafte Regelung von Flüssigkeitserwärmung
Der Konvektionswärmeweg zwischen der Wärmequelle und dem Sensor ist zu lang und führt zu übermäßiger Verzögerung und Übertemperaturen.
Hinweis: Die Sensorplatzierung in Konvektionsanwendungen ist die wichtigste Überlegung.
Beste Regelung von Flüssigkeitserwärmung
Der kürzere Konvektionswärmeweg zwischen der Wärmequelle und dem Sensor und eine Umlaufpumpe zum Verringern von Wärmegradienten minimieren thermische Verzögerung und Übertemperatur.