کنترل دما – تفاوت کنترل on/off و PID و انتخاب سنسور مناسب

بخش اول: معرفی آموزش کنترل دما

۱٫۱ مقدمه

کنترل دما چیست؟

در این صفحه خواهیم آموخت که وسایل کنترل دما چگونه کار کرده و برخی از کارکردهای کنترلرهای دما را شرح خواهیم داد.

برای شروع این دوره به هیچ پیشنیازی احتیاج ندارید؛ اما توصیه می‌کنیم اگر از افرادی هستید که
آشنایی چندانی با رله‌ها و کنتاکتورها و به‌طورکلی تجهیزت کنترلی کارخانجات ندارید،
ابتدا دوره ورود به دنیای اتوماسیون صنعتی را مرور کنید.

۱٫۲ مسیر و زمان یادگیری

این دوره به بخش‌های زیر تقسیم‌بندی می‌شود:

  • بخش اول: کنترلر دما چیست
  • بخش دوم: نحوه عملکرد کنترلر دما
  • بخش سوم: تجهیزات ضروری برای کنترلر دما

مسیر و زمان یادگیری

۱٫۳ نتایج حاصل از این دوره

بعد از پایان این دوره، آموزندگان بصورت صحیح می‌توانند:

  1. با مفاهیم مقدار تنظیم شده، مقدار فعلی و مقدار مطلوب آشنا شوند.
  2. مفهموم دما و گرما را از یکدیگر تمیز دهند.
  3. تفاوت بین کنترل ترتیبی و فیدبک کنترل را بیان نمایند.
  4. با کنترل PID به عنوان متد اصلی‌ای که در کنترلر های دما استفاده می‌شود، آشنا شوند.
  5. مهمترین کاربردهای کنترلرهای دما را شرح دهند.
  6. با سنسورهای دما آشنا شده و چگونگی انتخاب یک سنسور دما را بیاموزند.

اهداف

بخش دوم: کنترلر دما چیست

۲٫۱ دما چیست و چرا به آن نیاز داریم؟

در این بخش بررسی خواهیم کرد که دما (temperature) چیست و چرا به کنترلر دما نیازمندیم.

اما، دما چیست؟!

A05 دما

همه‌ی ما احساس مشترکی نسبت به سرما و گرما داریم. آیا منظور از دما، میزان گرمی اجسام است؟!

قبل از آن که به صحبت کردن درباره‌ی کنترل دما بپردازیم، بیایید ابتدا بررسی کنیم که کمیت فیزیکی‌ای به نام دما، چیست.

دما از طریق اندازه‌گیری کمّی گرما (میزان گرما) بدست می‌آید.

در مورد واحد اندازه‌گیری دما، C° (سلسیوس یا سانتی گراد) را داریم که واحد استاندارد جهانی بوده و در بسیاری از کشورهای جهان از اروپا گرفته تا ژاپن و مکزیک و ایران مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در برخی کشورها همانند کشور آمریکا، از واحد F° (فارنهایت) استفاده می‌شود.

روابط زیر بین سلسیوس و فارنهایت برقرار است:

°F = 1.8 x t °C + 32

(اگر دمای اندازه‌گیری شده در واحد سلسیوس t باشد، آن را در ۱٫۸ ضرب کرده و سپس با ۳۲ جمع می‌کنیم. آنگاه دمای خواسته شده در واحد فارنهایت بدست می‌آید.)

۰°C = ۳۲°F
۱۰۰°C = 212°F

۰°F = -17.78°C
۱۰۰°F = ۳۷٫۷۸°C

A05 واحد دما

چرا به کنترل دما نیازمندیم؟!

در کارخانجات، کارهای کنترلی عموما به کاربردهای آنالوگی همچون محاسبه‌ی نرخ دما، فشار یا فلو (جریان) خواهد انجامید.

کنترل دما برای بسیاری از کارها به خصوص مواردی که در لیست زیر ذکر می‌شود، بسیار ضروری است:

  • بهبود کارایی احتراق‌ها
  • واکنش‌های شیمیایی
  • تخمیر
  • خشک کردن
  • تبدیل به آهک کردن
  • تقطیر
  • اکستروژن
  • تهویه‌ی مطبوع (HVAC)

کنترل دما به معنای تلاش در راستای ثابت نگه‌داشتن دما با توجه به آنکه اگر دما بالاتر از میزان مورد نظر بود،
دما را کاهش داده و اگر دما کمتر از مقدار مطلوب باشد، دما را افزایش داده، می‌باشد.

۲٫۲ کنترلر دما چیست

کنترل دما وسیله‌ای است که فرمان‌دهی و نظارت بر کنترل دما را برعهده دارد.

نقش کنترلر دما، انجام تنظیمات لازم برای کاربردهای گرمایشی و سرمایشی می‌باشد.
کنترلر دما، تجهیزات گرمایشی و سرمایشی را کنترل کرده تا اختلاف بین مقدار تنظیم شده (SP) (set point) و مقدار فعلی (PV) (present value) را از بین ببرد.

دقت نکردن به این بخش و عدم انجام‌دهی کنترل دمای مناسب،
می‌تواند مشکلاتی اساسی در زمینه‌ی ایمنی، کیفیت و بهره‌وری به‌همراه داشته باشد.

در این قسمت بایستی نحوه‌ی کنترل صحیح دما را بیاموزیم.

ابتدا، عبارت‌هایی که برای کنترل دما نیاز داریم را یادآوری می‌کنیم:

A05 جدول توضیحات

A05 نمایشگر کنترلر دما

تجهیزات گرمایشی / تجهیزات سرمایشی

تجهیزات گرمایشی (مانند هیتر) و تجهیزات سرمایشی (مانند کولر)، وسایل خروجی‌ای بوده که به واسطه‌ی آنها دما را کم یا زیاد می‌کنیم.

به نمونه‌هایی از کاربردهای روزانه‌ای که با گرمایش و سرمایش سر و کار دارند، اشاره می‌کنیم:

  • هیترهای برقی و گازی
  • اجاق‌ها و فرهای برقی و گازی
  • یخچال
  • بخاری خانگی
  • تهویه‌ی مطبوع

با روشن و خاموش کردن تجهیزات گرمایشی و سرمایشی از طریق فرمانی که توسط کنترلر دما ارسال می‌شود، دمای کنونی (PV) را در نزدیکی مقدار تنظیم شده (SV) نگه می‌داریم.

A05 تجهیزات گرمایشی

بخش سوم: نحوه‌ی عملکرد کنترلر دما

۳٫۱ معرفی

در این بخش در درجه‌ی اول تفاوت کنترل ترتیبی و فیدبک کنترل (کنترل بازخوردی) را خواهیم آموخت.
سپس نحوه‌ی عملکرد کنترل‌کننده‌ی دما را بررسی خواهیم کرد.

سپس با دو روش کنترلی که شامل روش کنترل PID و روش کنترل ON/OFF می‌شود، آشنا خواهیم شد
و هریک از ضرایب PID یعنی اقدام P، اقدام I و اقدام D را شرح خواهیم داد.

به طور کلی دو نوع کنترل عمده وجود دارد که در ادامه به آنها اشاره می‌کنیم.
بیایید تفاوت بین این دو نوع متد کنترلی را بیشتر بررسی کرده و با یکدیگر مقایسه کنیم.
به این فکر کنید که کدام روش زمانی‌که قصد داریم دما را به صورت اتوماتیک کنترل کنیم، بهتر است.

۱- کنترل ترتیبی (Sequential Control):
در این روش کنترلی، یکسری فرآیندی که از پیش تعیین شده‌اند به ترتیب انجام می‌گیرد.

ماشین لباس شویی

A05-کنترل-ماشین-لباس_شویی

۲- کنترل بازخوردی (Feedback Control):
فرآیندهایی که همواره در حال بررسی مجدد بوده و چندین کار پشت سرهم انجام شده و دوباره و دوباره و دوباره انجام می‌شوند.
در این حالت همواره مقدار نهایی‌مان در حال ارزیابی می‌باشد.

تهویه‌ی هوا

A05-تهویه_ی-هوا

کنترل دما

در اکثر کنترلرهای دما از روش بازخوردی و فیدبک گیری استفاده می‌شود.
اکنون همگام با دیاگرامی که در شکل زیر مشاهده می‌کنید، بررسی خواهیم کرد که کنترل دما چگونه کار می‌کند.

سنسور دما، دمای کوره (قسمت مورد نظر) را اندازه‌گیری می‌کند. (قسمتی که بایستی کنترل شود)

کنترلر دما، دمای اندازه‌گیری شده توسط سنسور دما را دریافت کرده (مقدار فعلی) (present value) و آن را با دمای تنظیم‌شده (set point) مقایسه می‌کنیم
و سپس در صورتی‌‌که مقدار فعلی از مقدار تنظیم شده کمتر باشد، هیتر را روشن می‌کند.
هنگامی‌که مقدار present value، از مقدار تنظیم شده بیشتر بشود، کنترلر، هیتر را خاموش می‌کند.
سپس سنسور دما، دمای حاصل را اندازه‌گیری کرده و این چرخه دوباره تکرار می‌شود.

اقدامات ۱ تا ۳ همواره در حال تکرار شدن بوده تا دما در نزدیکی مقدار مطلوب نگه داشته شود:

  1. ورودی: دمای کوره را از طریق سنسور دما اندازه‌گیری می‌کند.
  2. کنترل: مقدار مطلوب را با مقدار تنظیم شده مقایسه کرده و تصمیم گیری می‌کند.
  3. خروجی: هیتر را متناسب با تصمیمی که می‌گیرد، روشن یا خاموش می‌کند.

A05 چرخه‌ی کنترلی

۳٫۲ مشخصات کنترلی

برای آنکه یک فرآیند کنترل دما را به خوبی انجام دهیم بایستی مشخصات کنترلی برای تنظیم دما را دانسته
و با استفاده از آن مشخصات و ویژگی‌های مورد نظرمان یک کنترل‌کننده‌ی دما و یک سنسور دما را خریداری کنیم.

ظرفیت گرمایی

ظرفیت گرمایی برای اجسام مختلف متفاوت می‌باشد.
گرمایی که برای گرم کردن یک ظرف غذا لازم است به مراتب کمتر از گرمای لازم برای گرم کردن یک دیگ غذا می‌باشد.
یعنی برای گرم کردن یک جسم، جرم و نوع آن جسم بسیار مهم می‌باشد.

ظرفیت گرمایی طبق تعریف، برابر است با گرمایی که برای افزایش دمای یک شیء به اندازه‌ی یک درجه‌ی سلسیوس یا فارنهایت ( C/°F°) لازم است.

مشخصات ایستا (استاتیک)

هنگامی که دو ظرف غذا با محتویات یکسان را روی آتش یا اجاق گاز می‌گذاریم،
ظرفی که با حرارت و شعله‌ی بیشتری گرم می‌شود، سریع‌تر گرم شده و ماکزیمم دمایی هم که در حالت ماندگار خود
(حالتی که دیگر دمای ظرف تغییر چندانی نمی‌کند) خواهد داشت، به مراتب بیشتر از ظرف دیگر است.
به عبارت دیگر متناسب با توان گرمایی و شدت شعله، دمای نهایی نیز متفاوت خواهد بود.

به این رابطه‌ی بین میزان گرما (توان گرما) و دمای نهایی، مشخصه‌ی استاتیکی می‌گویند.

مشخصات پویا

سرعت رسیدن ضرف غذا به دمای نهایی به جنس ظرف غذا وابسته است.
به عبارت دیگر با حرارت یکسان، ظرف مسی سریع‌تر از ظرف آهنی و ظرف آهنی نیز سریع‌تر از ظرف سفالی به دمای نهایی می‌رسد.

به سرعت افزایش دما، مشخصه‌ی پویا یا داینامیک می‎‌گویند.

اغتشاشات خارجی

به فعالیتی که منجر به اختلال و به‌هم‌زدن ثبات و ایستایی دما شود، اغتشاش خارجی می‌گوییم.

برای مثال اگر یک پارچ آب سرد را بر روی ظرفی که حاوی مواد خوراکی بوده و بر اثر حرارت به دمای ثابتی رسیده‌ است، بریزیم،
دمای ظرف به سرعت کاهش یافت و بایستی مجددا با گذر زمان دمای ظرف به حالت نهایی خود برسد.

A05 اغتشاش خارجی

۳٫۳ روش‌های کنترلی

روش‌های کنترل دما با استفاده از کنترل‌کننده‌ی دما را می‌توان به دو دسته‌ی زیر تقسیم‌بندی کرد:

A05 روش‌های کنترل دما

کنترل گسسته(ON/OFF control)

در این روش، دما به سادگی و فقط با روشن و خاموش شدن هیتر، تنظیم می‌شود.

در این روش هنگامی که دما کمتر از دمای مشخص شده می‌باشد،
هیتر روشن شده و هنگامی که دما بیشتر از دمای مشخص شده می‌باشد، هیتر خاموش می‌شود.

به این روش کنترلی که در آن کنترل کردن دما با روشن و خاموش کردن هیتر با توجه به رابطه‌ی بین دمای فعلی
و دمای مطلوب انجام می‌شود، کنترل ON/OFF (کنترل آن و آفی) می‌گویند.

A05 کنترل ON-OFF

اکنون بیاید با توجه به نمودار زیر، بررسی کنیم که دما چگونه تغییر کرده و رابطه‌ی بین خروجی و دما را بیابیم.

کنترل ON/OFF ممکن است منجر به برخی پدیده‌ها مانند اُورشوت (overshoot) (اُور شوت) یا حرکت نوسانی (hunting) (هانتینگ) شود. (همان‌طور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید)

برای جلوگیری از رخ دادن این پدیده‌ها بهتر است که کنترل با دقت بیشتری انجام شود.

اما از آنجا که در روش کنترلی ON/OFF اورشوت و حرکت نوسانی رخ می‌دهد،
این روش برای مواردی که به دقت بالایی نیاز نیست، استفاده شده و می‌توان گفت که روشی قدیمی و منسوخ شده است.

A05 رفتار ON-OFF

محور عمودی دما است. محور افقی زمان است.
وقتی که دما به مقدار مطلوب می‌رسد، هیتر خاموش می‌شود.
وقتی که دما کمتر از مقدار مطلوب می‌شود، هیتر روشن می‌گردد.
روشن و خاموش بودن هیتر در نمودار پایینی نمایش داده شده است.
این رفتار به صورت مداوم انجام می‌شود.

اورشوت (Overshooting): جهش دما به بالاتر از مقدار مطلوب را اور شوت می‌گویند.
در برخی کاربردهای صنعتی که افزایش دمایِ بیش از حد منجر به خسارت و آسیب می‌شود، بایستی اورشوت سیستم را حتما کنترل کنیم.

نوسان (Hunting): پدیده‌ای است که در آن دما در نزدیکی مقدار مطلوب جابه‌جا شده و بین مقادیر بالاتر و پایین‌تر از مقدار مطلوب تغییر کند.

کنترل PID Control) PID)

در این روش در مقایسه با روش ON/OFF، با سرعت کمتری به دمای مطلوب می‌رسیم ولیکن نوسانات کمتری داشته و اورشوت به حداقل می‌رسد.
در این روش این امکان برای ما فراهم می‌شود که پس از رسیدن به دمای مطلوب با دقت بالایی دما را در یک مقدار ثابت نگه داریم.

بنابراین در این روش مشخصه‌های کنترلی بهتر از روش قبلی بوده و اور‌‌‌شوت و هانتینگ نخواهیم داشت.
همچنین اگر از طریق اغتشاشات خارجی، به سیستم خللی وارد شود، سیستم به سرعت به حالت مطلوب خود باز می‌گردد.

در تصویر زیر، یک نمودار کلی از کنترل دما به روش PID را مشاهده می‌کنید.

در ادامه‌‌‌ی این بخش به تمامی مفاهیم این نمودار مسلط خواهید شد.

A05 نمودار کنترل دما به روش پی آی دی

کنترل پی.آی.دی با تنظیم سه ضریب انجام می‌شود. عملگر P (ضریب پی)، عملگر I (ضریب آی) و عملگر D (ضریب دی).

به منظور کنترل دما به روش PID، بایستی این سه ضریب را در کنترلر تنظیم کنیم.
مثلا در نمودار فوق، کنترل کننده‌ای را داریم که ضرایب PID آن به خوبی تنظیم شده‌اند.

این ضرایب در حال پیش فرض بر روی حالت کارخانه تنظیم شده‌اند و برای بهینه کردن بهره‌وری در یک فرآیند
بایستی همه‌ی مشخصه‌های کنترلی را به خوبی بررسی کرده و این ضرایب را به خوبی تنظیم کنیم.

بایستی به این نکته توجه کرد که اگر این ضرایب به درستی انتخاب نشوند،
ممکن است نتیجه‌ی حاصل از کنترل به روش PID بسیار ضعیف‌تر و بدتر از روش ON/OFF باشد؛
مثلا رسیدن به دمای مطلوب بسیار زمان‌بر بشود یا نوسانات بسیار زیاد بوده و شاید هیچگاه به یک مقدار ثابت نرسیم.

A05 روش PID

۳٫۴ روش P – I – D

در این درس پیرامون هریک از ضرایب PID و اهمیت آنها و تاثیری که بر سیستم می‌گذارند، بحث خواهیم کرد.

ضریب P

در فیلم زیر، ابتدا نگاهی به کلیات روش‌های ON/OFF و PID خواهیم انداخت. سپس اهمیت ضریب P و تنظیم صحیح آن را خواهیم آموخت.

این فیلم آموزشی را حتما مشاهده کنید. در این فیلم مطالب به خوبی دسته‌بندی شده‌اند.

ضریب Integral Action) I) (انتگرال‌گیر)

با تنظیم ضریب P، توانستیم اور شوت سیستم را کنترل کرده و دمای سیستم را به یک مقدار ثابت برسانیم،
ولیکن خیلی اوقات، دمای نهایی دارای اختلافی اندک با مقدار مطلوبمان دارد یا آنکه به مرور زمان، این اختلاف ایجاد می‌شود.

مثلا دمای تنظیم شده ۱۰۰ درجه باشد ولیکن دمای ماندگار (نهایی) ۹۹٫۳ باشد. در نتیجه مقدار نهایی دارای خطای ماندگاری برابر با ۰٫۷ درجه می‌باشد.

به این خطا، آفست (offset) (انحراف) می‌گویند.

به تصویر زیر نگاه کنید، مقدار نهایی دارای آفست می‌باشد. این خطا می‌تواند در مقادیر بالاتر از مقدار مطلوب نیز رخ دهد.

بنابراین با تنظیم ضریب P به تنهایی، ممکن است آفست یا خطایی ماندگار داشته باشیم.

A05 آفست

ضریب I این آفست را به صورت خودکار از بین برده و دمای فعلی را به دمای مطلوب، نزدیک می‌کند.

در فیلم زیر تفاوت کنترل P با کنترل PI در از بین بردن خطای ماندگار را مشاهده می‌کنید.

با ترکیبی از ضرایب P و I می‌توانیم به یک کنترل دمای مطلوب دست یابیم. ضریب I به تنهایی استفاده نمی‌شود.

در اینجا زمانی به عنوان تایم اننگرال‌گیری (بر حسب ثانیه) داریم که برای سیستم تنظیم شده تا براساس آن زمان، انتگرال‌گیری و تصحیح خطا انجام شود.
نباید زمان انتگرال گیری بیش از حد کوچک باشد، چون ممکن است سیستم دچار نوسان شده و به سیستم‌ و رله‌ها آسیب وارد شود.

ضریب Derivative Action) D) (مشتق‌گیر)

هنگامی‌که سیستم بر اثر اغتشاشات خارجی، دچار تغییر ناگهانی می‌شود، عملگر D به سرعت سیستم را بازبینی کرده و به حالت ایده‌آل باز می‌گرداند.

در فیلم زیر مشاهده می‌کنیم که تنظیم صحیح ضریب D، تغییرات ناگهانی را چگونه خنثی می‌کند.

در این صورت، شیب تغیرات دما تشخیص داده شده و متناسب با رنجی که برای سیستم تنظیم شده است،
تغییرات ناگهانی را شناسایی کرده و دما را در نزدیکی مقدار مطلوب نگه می‌دارد.

ضریب D به تنهایی استفاده نمی‎شود، ممکن است به صورت ترکیبی با ضریب P باشد که به آن کنترل PD گویند،
همچنین ممکن است به صورت ترکیبی با ضرایب PI باشد که به آن کنترل PID می‌گویند.

در این روش، ضریبی به عنوان زمان مشتق‌گیری برای کنترلر تنظیم می‌شود، هر چه این زمان بیشتر باشد،
به شرایط مطلوب‌تری می‌رسیم ولیکن اگر بیش از اندازه بزرگ باشد، ممکن است دچار نوسان و حتی ناپایداری سیستم بشود.

تنظیم خودکار (AT) (Automatic Tuning)

خوشبختانه در دنیای امروز، نیازی به تنظیم این ضرایب نیز و شرکت‌های تولید کننده با مدارات داخلی و دستورات پیچیده‌ای که در کنترل‌کننده‌های دما برنامه‌ریزی کرده‌اند،
باعث شده‌اند که یافتن هر سه‌ی این ضرایب توسط کنترل کننده‌ی دما انجام شود.

بنابراین نگرانی خاصی نداشته باشید ولیکن لازم بود که با این مطالب آشنا شده تا فرآیند کار را بهتر بفهمیم.
همچنین از روش‌ PID در کاربردهای مختلف دیگری نیز استفاده می‌شود که شما از این پس به این مطلب تسلط کافی را دارید!

A05 کنترل خودکار

بخش چهارم : تجهیزات ضروری برای کنترل دما

۴٫۱ معرفی

در این بخش پیرامون تجهیزاتی که برای کنترل صحیح دما به آنها نیازمندیم، صحبت خواهیم کرد.

A05 تجهیزات مورد نیاز

در تصویر زیر، تجهیزات و پیکربندی لازم برای کنترل دما را مشاهده می‌کنید.

A05 پیکربندی

تذکر: متناسب با مدل کنترلر دما، مواردی که با منبع تغذیه‌ی DC کار می‌کنند نیز وجود دارد.

  1. کنترلر دما
  2. سنسور دما
  3. رله‌ی حالت جامد SSR
    (برای مواردی که خروجی کنترلر دما از نوع ولتاژ باشد، اگز از نوع جریان باشد، رله‌ی الکترومکانیکی EMR خواهیم داشت)
  4. وسیله‌ی گرمایشی یا سرمایشی (همانند هیتر یا کولر)

در ادامه به بررسی کنترلر دما و سنسور دما خواهیم پرداخت.

۴٫۲ کنترلر دما

کنترلر دما، مهمترین بخش در یک سیستم کنترل دما بوده و به عنوان بخش فرمان‌دهی عمل می‌کند.
یکی از اصلی‌ترین کارهای کنترل‌کننده‌ی دما، کنترل کردن خروجی‌ها به منظور از بین بردن تفاوت بین دمای فعلی و دمای تنظیم‌شده می‌باشد.

همچنین برخی از مدل‌ها کنترلرهای دما به ویژگی‌های دیگری نظیر آلارم (هشداردهنده) تغییرات دما یا آلارم فرسوده‌شدن هیتر مجهز می‌باشند.

A05 کنترلر دما

خروجی‌های کنترلر دما (Output of Temperature Controller)

خروجی کنترل کننده‌ی دما وظیفه‌ی برقراری ارتباط و تغییر وضعیت دادن تجهیزاتی نظیر هیتر یا کولر را برای تغییر دما و رسیدن به دمای مطلوب را دارد.

یک کنترلر دما ممکن است یکی از این چند مدل خروجی را داشته باشد:
خروجی رله‌ای، خروجی ولتاژی (رله‌ی SSR) و چریان خطی.
در این قسمت بر روی خروجی رله‌ای که از نوع جریان بوده و خروجی SSR ای که از نوع ولتاژ می‌باشد، تاکید خواهیم داشت.

خروجی رله‌ای (Relay output)

کنترلر ممکن است دارای یک کنتاکت رله‌ای داخلی باشد.
هنگامی که این کنتاکت رله‌ای به صورت سری به تجهیزات خروجی متصل می‌شود، می‌تواند این تجهیزات را روشن یا خاموش کند.

در این روش با استفاده از جریان، خروجی را کنترل کرده و به همین علت به آن خروجی جریانی نیز گفته می‌شود.

A05 خروجی رله‌ای

اگر وسیله‌ی گرمایشی یا سرمایشی‌ای که در خروجی استفاده می‌شود به توان بیشتری نیاز داشته باشد، می‌توانیم از یک کنتاکت مغناطیسی در خارج از کنترل کننده استفاده کنیم. این کار از نظر ایمنی هیچ اشکالی ندارد.

A05 کنتاکت اضافی برای خروجی کنترل کننده

خروجی Solid State Relay) SSR) (رله‌ی حالت جامد)

در این حالت، خروجی کنترل کننده ولتاژ ۱۲ ولت DC تولید کرده تا با این ولتاژ، رله‌ی SSR را فرمان‌دهی کند.
سپس رله‌ی SSR مطابق با مقدار خروجی کنترل‌ کننده‌ی دما، وسیله‌ی گرمایشی یا سرمایشی را کنترل می‌کند.

در این حالت با استفاده از ولتاژ، خروجی را کنترل کرده و به آن، خروجی ولتاژی نیز می‌گویند.

A05 خروجی SSR

۴٫۳ سنسورهای دما

سنسور دما، اطلاعات دمایی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند (مثلا ولتاژ یا مقاومت) و این سیگنال را به کنترلر دما ارسال می‌کند.

چهار نوع اصلی از سنسورهای دما و جود دارد:

  • ترموکوپل
  • ترمومتر مقاومتی از جنس پلاتین
  • ترمیستر
  • سنسور دمای مادون قرمز

از ترموکوپل و ترمومتر (محاسبه‌گر دما) بیشتر از موارد دیگر استفاده شده و این دو سنسور پرکاربردتر می‌باشند.

A05 سنسورهای دما

ترمیستور (Thermistor)

علم نظری: ترمیستور سنسور دمایی است که از مواد سرامیکی ساخته می‌شود. در این سنسور از تغییرات مقاومت الکتریکی همزمان با تغییرات دما استفاده می‌شود.

ویژگی‌ها: از ترمیستورها برای اهداف صنعتی استفاده‌ی چندانی نمی‌شود به این علت که از رنج دمایی محدودی برخوردار می‌باشند.
اما از آنجایی که برای این رنج محدود دارای دقت بسیار بالایی می‌باشند برای دماسنج‌ها بسیار مناسب می‌باشند. (رنج بازه‌ای ۱۰۰ یا ۲۰۰ تایی)

سنسور دمای مادون قرمز

علم نظری: این سنسورها انرژی تایشی منتشرشده در هنگام گرم شدن مواد را اندازه‌گیری می‌کنند. در این سنسورها از اثری که تغییرات دما بر روی انرژی تابشی می‌گذارند، استفاده می‌شود.

ویژگی‌ها: مهمترین ویژگی این سنسورهای دمایی این است که قادر به اندازه‌گیری دما از مسافت‌های دورتر بدون هیچ تماس فیزیکی می‌باشند.

بنابراین برای مصارفی مانند اندازه‌گیری دما برای غذا که قرار دادن سنسور در تماس با ماده‌ی غذایی از نظر بهداشتی مناسب نیست
یا مصارفی از این دست که تماس با سطح مورد نظر امکان پذیر نیست، استفاده از سنسورهای دمایی مادون قرمز بسیار مناسب است.

ترموکوپل (Thermocouple)

ترموکوپل از دو فلز متفاوت که به یکدیگر متصل شده و با تغییرات دما ولتاژی را تولید می‌کنند، تشکیل شده است.
با افزایش دما، ولتاژ تولید شده افزایش می‌یابد. از این مشخصه برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود.

ولتاژ تولید شده به جنس فلزاتی که استفاده می‌شود، وابسته بوده و معمولا با حروف انگلیسی مانند J، K، T و… نام‌گذاری می‌شوند. هر مدل از ترموکوپل‌ها در محدوده‌ی خاصی از دما کار می‌کنند.

هنگامی‌که یک ترموکوپل را به یک سیستم کنترل دما متصل می‌کنیم بایستی سیم‌کشی‌ها و اتصالات مانند جانکشن ترموکوپل (محل اتصال دو فلز) از مواد مشابهی بوده تا کالیبراسیون ولتاژ یا دما به درستی انجام شود. شما بایستی از سیم‌های سربی خاصی که به مکابل جبران‌ساز معروف هستند ومناسب برای ترموکوپل می‌باشند، استفاده کنید.

به علاوه، دمای اتصالات پیچ‌ها بایستی در کنترلر دما تشخیص داده شده و جبران شوند تا به کارایی مناسبی دست یابیم. (مثلا برای جبران‌سازی تاثیر اتصالات قسمت سرد که در تصویر با نام cold junction نام‌گذاری شده است.)

جبران‌سازی اتصالات سرد (Cold junction)

مقدار ولتاژ تولیدی توسط ترموکوپل متناسب با اختلاف دمایی بین اتصال گرم “hot junction” (اتصال انداز‌ه‌گیری) و اتصال سرد “cold junction” (اتصال مرجع) تغییر می‌کند.
بایستی دقت کنید که دمای PV (دمای فعلی) که بر روی صفحه نمایش نشان داده می‌شود،
متناسب با تغییرات دمایی اتصال سرد بوده حتی اگر دمای اتصال گرم هیچ تغییری نکند.

به تصویر زیر نگاه‌ کنید، اتصال سرد به ترمینال کنترلر دما متصل بوده و بر اساس تغییرات محیطی ممکت است تغییر کند
ولیکن از آنجایی که اتصال سرد، مرجع دمایی بوده و دما را نسبت به آن بایستی اندازه‌ گیری کنیم،
همواره در مقدار مرجع که صفر درجه می‌باشد باید بماند.
از این رو این قسمت با استفاده از جبران‌ساز الکتریکی‌ای که درون کنترل کننده‌ی دما می‌باشد همواره مقایسه و تنظیم شده تا روی صفر دجه باقی بماند.

از طریق اتصال گرم، دمای مورد نظر اندازه‌گیری شده و اختلاف اتصال گرم و اتصال سرد، مقدار دمای محیط را به ما می‌دهد.

توسط | ۱۳۹۷-۶-۱۲ ۱۶:۴۶:۴۰ +۰۴:۳۰ ۴ تیر ۱۳۹۷|اتوماسیون صنعتی, تکمیل شده دسته بندی ها|برچسب ها:٪ s |۳ نظرات

در باره نویسنده :

ما یه هدف مشترک داریم و میخوایم مهارت هایی که توی صنعت لازمه رو به افراد آموزش بدیم تا روزی که کالای ایرانی در دنیا بهترین باشه. اگه شما هم هدفتون همینه، نماتکی بشید. (:

۳ ديدگاه

  1. مهدی ۱۳۹۷/۰۸/۱۷ در ۲۲:۲۱ - پاسخ دادن

    سلام
    آموزش خیلی خوب و مفیدی بود.
    ممنون که برای تهیه ی آموزش ها وقت می گذارید.

    پیروز و موفق باشید.

  2. ذوالفقاری ۱۳۹۷/۰۸/۰۵ در ۱۱:۱۰ - پاسخ دادن

    مطالبی که در مورد کنترلر های دما درصنعت بود رو مطالعه کردم کاملا به زبان ساده و قابل فهم بود .ممنونم ازتون

    • تیم نماتک ۱۳۹۷/۰۸/۰۵ در ۲۰:۱۰ - پاسخ دادن

      ممنون از شما
      امیدواریم لذت برده باشید از مطالعه این مطلب

ثبت ديدگاه

در کمتر از 20 ثانیه عضو شوید و بیش از 100 آموزش رایگان در اختیار شماست.
ویدئوها را برایم بفرست
ما هم مثل شما از ایمیل های تبلیغاتی بیزاریم.
Close