Lämpötilaohjaintekniikka ja sovellukset

Aina kun käytät laserkomponenttia, vain osa syötetystä tehosta muunnetaan valosignaaliksi. Loppuosa vapautuu lämpönä, joka – jos sitä ei hallita – voi vahingoittaa järjestelmän osia ja lyhentää sen käyttöikää. Tämä koskee erityisesti laserdioodeja sekä monia muita optoelektronisia laitteita.

Esimerkiksi GaAs-laserdiodin, joka toimii lähi-infrapuna-alueella, tyypillinen käyttöikä on 10 000 tuntia, mikäli lämpötila pidetään 25 °C:ssa lämpötilansäätimellä. Ilman lämpötilaohjainta tämä arvo voi puolittua jokaista 10 °C yli ihannelämpötilan kohottuaan. Tämän vuoksi on järkevää käyttää jäähdytysmoduulia lämpötilaohjaimella mahdollisten vaurioiden estämiseksi ja kustannusten säästämiseksi. Ratkaisu varmistaa myös lasersäteen laadun, koska ylimääräinen lämpö voi vaurioittaa säteilypintoja ja heikentää tuotetun valon määrää ja laatua.

Tämän välttämiseksi suositellaan käyttämään soveltuvaa lämpötilaohjainta yhdistettynä passiiviseen ja/tai aktiiviseen jäähdytysjärjestelmään.

[product:206]

Passiivinen jäähdytysjärjestelmä toimii lämpösäteilijänä, johon ylimääräinen lämpö siirretään (esim. vesisäiliö tuulettimella). Tämä voi riittää joillekin matala- ja keskitehoisille järjestelmille, mutta TEC-ohjain Peltier-moduulilla tarjoaa yleisesti turvallisemman ratkaisun ja tarkemman lämpötilan hallinnan.

TEC (termoelektrinen jäähdytin) on käyttöjännitteinen keraaminen moduuli, joka lämpötilaohjaimen avulla jäähdyttää yhden pinnan siirtäen lämmön toiselle puolelle. Laserteline toimii kuuman puolen lämmönpoistimeena. Kylmä puoli liitetään tyypillisesti lasermoduuliin kupari- tai alumiinikylmälevyllä; kuparia suositaan sen parempien lämmönjohtavuusominaisuuksien ja tasaisemman lämpötilajakauman vuoksi.

Ohjauslenkki suljetaan kytkemällä lämpötila-anturi TEC-ohjaimesta kylmälevyyn. Esiasetettu järjestelmä, jossa termistoria varten on oma uransa kylmälevyssä, varmistaa nopean vasteen minimoimalla lämpöinertian. Suurempitehoisissa sovelluksissa kannattaa lisätä vesijäähdytin TEC-moduulin kuumalle puolelle. Laaja valikoima ammattimaisia jäähdytysmoduuleja, Peltier-elementtejä ja vastaavia TEC-ohjaimia voidaan yhdistellä optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi.

[product:102]

Yksinkertaisin lämmöstä aiheutuvien vaurioiden estotapa on on/off-lämpötilaohjain. Se käynnistyy vain, kun mitattu lämpötila ylittää (jäähdytys) tai alittaa (lämmitys) asetetun arvon. Välimuotoja ei ole – ohjain antaa 100 % tehon kunnes asetusarvo saavutetaan. Tämä yksinkertainen ratkaisu sopii järjestelmiin, joissa ei vaadita tarkkaa lämpötilanhallintaa.

PID TEC -ohjaimen käyttö on tehokkain tapa suojata herkkiä laitteita. PID-ohjaimet ovat laajasti käytössä teollisuusprosesseissa ja – hyvin säädettyinä – ylittävät usein monimutkaisemmatkin järjestelmät. Noin 95 % automatisoiduista teollisuusprosesseista käyttää PID-lämpötilaohjaimia.

[product:181]

PID-komponentit:

• Proportional (P): teho on verrannollinen poikkeamaan asetusarvosta; suurempi P-vahvistus pienentää vasteen annetulla virheellä.
• Integral (I): poistaa pysyvän virheen integroimalla poikkeaman ajassa; suurempi I hidastaa kertyvää termiä.
• Derivative (D): ennustaa tulevan poikkeaman muutoksen nopeudesta; suurempi D lisää herkkyyttä häiriöihin.

Kokonaisuutena PID-lämpötilaohjain tarjoaa nopean, ennakoivan ja tarkan säädön sekä herkän reaktion äkillisiin muutoksiin – mahdollistaen laserdiodien ja optiikan pitkän käyttöiän ja vakaan suorituskyvyn.

Ota rohkeasti yhteyttä, jos sinulla on kysyttävää tai erityistarpeita räätälöidyn lämpötilaohjaimen suhteen.