Τεχνολογία και Εφαρμογές Ελεγκτών Θερμοκρασίας

Κατά τη λειτουργία μιας διάταξης λέιζερ, μόνο ένα μέρος της παρεχόμενης ισχύος μετατρέπεται σε οπτικό σήμα. Το υπόλοιπο αποβάλλεται ως θερμότητα, η οποία—εάν παραμείνει ανεξέλεγκτη—μπορεί να προκαλέσει φθορά σε μέρη του συστήματος, μειώνοντας τη διάρκεια ζωής του. Αυτό είναι ιδιαιτέρως κρίσιμο για διόδους λέιζερ αλλά και για πολλές άλλες οπτοηλεκτρονικές διατάξεις.

Για παράδειγμα, μία δίοδος λέιζερ GaAs που λειτουργεί στο εγγύς υπέρυθρο διαθέτει συνήθως διάρκεια ζωής 10.000 ώρες εφόσον η θερμοκρασία διατηρείται στους 25 °C με ελεγχόμενο σύστημα θερμοκρασίας. Ωστόσο, χωρίς τη χρήση ελεγκτή θερμοκρασίας, αυτή η διάρκεια μπορεί να μειωθεί κατά συντελεστή 2 για κάθε αύξηση 10 °C πάνω από την ιδανική θερμοκρασία. Κατά συνέπεια, η υιοθέτηση ενός συστήματος ψύξης ελεγχόμενου από ελεγκτή θερμοκρασίας είναι έξυπνη επιλογή για αποφυγή φθορών και εξοικονόμηση κόστους. Εξασφαλίζει επίσης την ποιότητα της δέσμης λέιζερ, καθώς η υπερβολική θερμότητα μπορεί να βλάψει τις εκπομπές όψεων, μειώνοντας τόσο την ισχύ όσο και την ποιότητα του παραγόμενου φωτός.

Για την αποφυγή αυτών των φαινομένων, συνιστάται η χρήση κατάλληλου ελεγκτή θερμοκρασίας σε συνδυασμό με παθητικό και/ή ενεργό σύστημα ψύξης.

[product:206]

Ένα παθητικό σύστημα ψύξης λειτουργεί ως απαγωγέας θερμότητας μεταφέροντας την πλεονάζουσα θερμότητα (π.χ. δεξαμενή νερού με ανεμιστήρα). Παρότι αυτό επαρκεί σε συστήματα χαμηλής και μέσης ισχύος, ένας ελεγκτής TEC με module Peltier προσφέρει συνήθως μεγαλύτερη ασφάλεια και σταθερότητα θερμοκρασίας.

Το TEC (θερμοηλεκτρικός ψύκτης) αποτελεί ένα κεραμικό module που, υπό ελεγκτή θερμοκρασίας, ψύχει τη μία πλευρά μεταφέροντας τη θερμότητα στην απέναντι επιφάνεια. Η βάση του λέιζερ λειτουργεί ως θερμοαπαγωγέας στη θερμή πλευρά. Η ψυχρή πλευρά συνδέεται τυπικά στο module λέιζερ μέσω ψυχρής πλάκας χαλκού ή αλουμινίου· ο χαλκός προτιμάται λόγω ανώτερων θερμικών ιδιοτήτων και ομοιόμορφης κατανομής θερμοκρασίας.

Η βρόχος ελέγχου ολοκληρώνεται με σύνδεση αισθητήρα θερμοκρασίας του ελεγκτή TEC προς την ψυχρή πλάκα. Ένα προκαθορισμένο σύστημα με ειδική υποδοχή αισθητήρα τύπου θερμίστορ στην ψυχρή πλάκα εξασφαλίζει ταχεία απόκριση λόγω ελάχιστης θερμικής αδράνειας. Σε εφαρμογές υψηλής ισχύος προτείνεται χρήση υδρόψυκτου συστήματος στην θερμή πλευρά του module TEC. Πλήθος επαγγελματικών modules ψύξης, συσκευών Peltier και συμβατών ελεγκτών TEC μπορούν να συνδυαστούν για βέλτιστη απόδοση.

[product:102]

Η βασικότερη μέθοδος πρόληψης θερμικών βλαβών είναι ο on/off ελεγκτής θερμοκρασίας. Ενεργοποιείται μόνο όταν η μετρούμενη θερμοκρασία υπερβαίνει (για ψύξη) ή υπολείπεται (για θέρμανση) του καθορισμένου ορίου. Δεν υπάρχει ενδιάμεση κατάσταση—ο ελεγκτής εφαρμόζει 100% της ισχύος μέχρι την επίτευξη του ορίου. Αυτό το απλό σχήμα ταιριάζει σε συστήματα που δεν απαιτούν ακριβή έλεγχο θερμοκρασίας.

Η χρήση PID ελεγκτή TEC αποτελεί την πιο αποτελεσματική μέθοδο προστασίας ευαίσθητων διατάξεων. Οι ελεγκτές PID εφαρμόζονται ευρέως σε βιομηχανικές διαδικασίες και—όταν ρυθμιστούν κατάλληλα—υπερτερούν συχνά σε απόδοση πιο σύνθετων σχημάτων. Περίπου το 95% των αυτοματοποιημένων βιομηχανικών διεργασιών χρησιμοποιούν PID ελεγκτές θερμοκρασίας.

[product:181]

Συνιστώσες PID:

• Αναλογική (P): η ισχύς είναι ανάλογη της απόκλισης από το σημείο ρύθμισης· αυξημένο P gain μειώνει την απόκριση για το ίδιο σφάλμα.
• Ολοκληρωτική (I): καταργεί τα στατικά σφάλματα μέσω ολοκλήρωσης της διαφοράς στο χρόνο· αυξημένο I επιβραδύνει τη συσσωρευμένη συνιστώσα.
• Παραγωγική (D): προβλέπει μελλοντική απόκλιση βάσει του ρυθμού μεταβολής· αυξημένο D ενισχύει την απόκριση σε διαταραχές.

Συνολικά, ο PID ελεγκτής θερμοκρασίας παρέχει ταχύ, προδραστικό και ακριβή έλεγχο με άμεση απόκριση σε αιφνίδιες μεταβολές—στηρίζοντας τη μεγάλη διάρκεια ζωής και τη σταθερή απόδοση διοδίων λέιζερ και οπτικών εξαρτημάτων.

Επικοινωνήστε μαζί μας αν έχετε ερωτήσεις ή συγκεκριμένες απαιτήσεις για εξατομικευμένο ελεγκτή θερμοκρασίας.