Technologia i zastosowania regulatorów temperatury

Technologia kontroli temperatury systemu

Podczas pracy urządzenia laserowego tylko część dostarczanej mocy jest przekształcana w sygnał świetlny. Pozostała część jest uwalniana w postaci ciepła, które, jeśli pozostanie niekontrolowane, może uszkodzić części systemu, skutecznie zmniejszając jego żywotność. Jest to szczególnie istotne w przypadku diod laserowych, a także wielu innych optycznych urządzeń elektrycznych. Na przykład, dioda laserowa GaAs, która działa w bliskiej podczerwieni, ma zazwyczaj 10 000 godzin pracy, jeśli temperatura jest utrzymywana na poziomie 25 stopni C z kontrolą temperatury. Jeśli jednak nie stosuje się regulatora temperatury, wartość ta może zmniejszać się 2-krotnie na każde 10 stopni powyżej idealnej temperatury. W związku z tym mądrze jest zastosować jakąś formę modułu chłodzącego obsługiwanego przez kontroler temperatury, który może zapobiec potencjalnym uszkodzeniom i zaoszczędzić pieniądze. Zapewnia to również jakość wiązki laserowej, ponieważ nadmiar ciepła może osłabić emitujące światło aspekty lasera. Doprowadziłoby to do utraty zarówno ilości, jak i jakości wytwarzanego światła. Aby tego uniknąć, zaleca się stosowanie odpowiedniego regulatora temperatury w połączeniu z pasywnym i/lub aktywnym systemem chłodzenia.

Pasywny system chłodzenia działa po prostu jako odpływ ciepła, do którego przekazywany jest nadmiar ciepła. Powszechnym rozwiązaniem jest zbiornik na wodę z wentylatorem. Chociaż może to być wystarczające dla niektórych systemów o niskiej i średniej mocy, kontroler TEC z modułem Peltiera zapewniłby znacznie bezpieczniejsze podejście.

Moduły kontrolera TEC

TEC, skrót od termoelektrycznej chłodnicy (zwanej również urządzeniem Peltiera), to zasilana na małą skalę ceramika przewodząca. Jest on obsługiwany przez regulator temperatury, który chłodzi jedną z jego stron, jednocześnie przenosząc ciepło na przeciwległą powierzchnię. Uchwyt lasera działa wtedy jako radiator dla gorącej strony urządzenia Peltiera. Z drugiej strony, zimna strona jest oddzielona od modułu laserowego za pomocą miedzianej lub aluminiowej zimnej płyty. Preferowane jest użycie miedzianej płyty ze względu na jej lepsze właściwości termiczne i równomierny rozkład temperatury. Pętla sterowania jest uzupełniana przez podłączenie czujnika temperatury ze sterownika TEC do zimnej płyty. W Opt Lasers możemy zaoferować wstępnie ustawiony system z dedykowanym gniazdem w zimnej płycie, w którym termistor ze sterownika TEC jest już osadzony. Takie rozwiązanie zapewnia najlepszy czas reakcji, ponieważ eliminuje skutki bezwładności cieplnej. W przypadku zastosowań o dużej mocy zaleca się dodanie chłodnicy wodnej poprzez zamontowanie jej po gorącej stronie modułu TEC. Aby zapewnić optymalne chłodzenie, Opt Lasers oferuje szereg profesjonalnych modułów chłodzących, modułów Peltiera i odpowiednich sterowników TEC.

Obecnie istnieją dwa główne typy kontrolerów TEC, które są powszechnie stosowane. Są to regulator temperatury on/off i regulator temperatury PID.

Systemy regulatorów temperatury typu włącz/wyłącz

Najbardziej podstawową formą zapobiegania uszkodzeniom termicznym jest wykorzystanie regulatora temperatury typu on/off. Taka kontrola temperatury włącza się tylko wtedy, gdy wykryta temperatura jest wyższa (w przypadku chłodzenia) lub niższa (w przypadku ogrzewania) od określonej wartości zadanej. Nie ma stanu pośredniego, a sterownik wykorzystuje 100% mocy do momentu osiągnięcia wartości zadanej. Ten typ systemu kontroli temperatury jest zwykle wykorzystywany w systemach, które nie wymagają precyzyjnej kontroli temperatury.

Moduły sterownika PID

Niemniej jednak najskuteczniejszym sposobem ochrony urządzenia jest zastosowanie kontrolera PID TEC. Kontrolery PID są szeroko stosowane do kontroli procesów przemysłowych, ponieważ są standardowymi, sprawdzonymi i dobrze rozumianymi urządzeniami. W rzeczywistości około 95% zautomatyzowanych procesów przemysłowych wykorzystuje regulatory temperatury PID. Ponadto, w wyniku niepewności procesu, skomplikowany system kontroli temperatury niekoniecznie zapewnia lepszą wydajność dla danej konfiguracji niż dobrze dostrojony regulator temperatury PID.

Akronim PID oznacza Proportional, Integral and Derivative i odnosi się do trzech procesów sterowania, które występują w tym regulatorze TEC:

• Część proporcjonalna regulatora temperatury oblicza korektę temperatury, która jest wprost proporcjonalna do różnicy w stosunku do wartości zadanej. Im wyższy współczynnik proporcjonalności, tym niższa moc wyjściowa dla tej samej różnicy temperatur;
  
• Część całkująca wyszukuje błąd systematyczny między wartością zadaną a temperaturą odczytaną przez termistor sterownika TEC. Im wyższy współczynnik całkowania, tym wolniejszy narastający czas całkowania;
  
• Wreszcie, część pochodna w sterowniku PID TEC przewiduje przyszłe wahania temperatury i odpowiednio dostosowuje temperaturę. Im wyższy współczynnik pochodnej, tym silniejsza reakcja systemu na zakłócenia.

Podsumowując, regulator temperatury PID zapewnia schemat sterowania, który jest szybki, proaktywny, dokładny i zdolny do szybkiej reakcji na nagłe nieznane zmiany. Regulatory temperatury i moduły chłodzące Opt Lasers oferują profesjonalne zarządzanie ciepłem, a także dodatkowe funkcje. Programowalny regulator temperatury TEC-8A-24V-PID-HC-RS232 firmy Opt Lasers charakteryzuje się profesjonalną konstrukcją, dokładnością temperatury 0,1°C i wysokim maksymalnym prądem w konkurencyjnej cenie. Wykorzystuje on również komunikację UART, która pozwala odpowiednio dostroić współczynniki PID, co pozwoli osiągnąć niezrównaną wydajność procesu i stabilną temperaturę, zapewniając długą żywotność diody laserowej. Co więcej, Optlasers z przyjemnością oferuje niestandardowe sterowniki T EC nawet dla najbardziej wymagających klientów i może przejść od pomysłu do gotowego produktu w zaledwie 5 tygodni. Dostosowanie sterownika TEC może być opłacalne zarówno w przypadku małych, jak i dużych ilości i może obejmować odpowiednie regulacje:

• Dodanie interfejsu z ekranem dotykowym;
• Wyższy maksymalny prąd i/lub napięcie;
• Regulowane przez użytkownika lub wstępnie ustawione ustawienia PID;
• Akceptacja różnych typów czujników (np. termistorów, RTD itp.);
• Automatyczne wyłączanie powyżej określonej temperatury;
• Wiele kanałów sterowanych niezależnie przez wejście TTL lub analogowe;
• Komunikacja z komputerem przez UART, RS-232, RS-485 lub USB;
• Wyjście bipolarne dla chłodzenia i ogrzewania.

Zachęcamy do kontaktu z nami, jeśli masz jakiekolwiek pytania lub chciałbyś przedstawić swoje wymagania dotyczące niestandardowego regulatora temperatury.