Technologia i zastosowania regulatorów temperatury

Technologia sterowania temperaturą systemu

Podczas pracy z urządzeniem laserowym tylko część dostarczonej mocy jest przekształcana na sygnał świetlny. Pozostała część jest wydzielana w postaci ciepła, które, jeśli nie jest kontrolowane, może uszkodzić części systemu, skutecznie skracając jego żywotność. Jest to szczególnie istotne w przypadku diod laserowych oraz wielu innych optycznych urządzeń elektrycznych. Na przykład żywotność diody laserowej GaAs pracującej w bliskiej podczerwieni wynosi zwykle 10 000 godzin, jeżeli temperatura jest utrzymywana na poziomie 25 stopni C z kontrolą temperatury. Jeśli jednak nie stosuje się regulatora temperatury , czas ten może się zmniejszyć o współczynnik 2 na każde 10 stopni powyżej idealnej temperatury. W związku z tym warto zastosować jakąś formę modułu chłodzącego sterowanego regulatorem temperatury, który zapobiegnie potencjalnym uszkodzeniom i pozwoli zaoszczędzić pieniądze. Zapewnia to również jakość wiązki laserowej, ponieważ nadmiar ciepła może pogorszyć jakość powierzchni emitujących światło lasera. Prowadziłoby 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.

{Produkt:206}

Pasywny system chłodzenia działa po prostu jako odpływ ciepła, do którego odprowadzany jest nadmiar ciepła. Powszechnie stosowanym rozwiązaniem jest zbiornik na wodę z wentylatorem. Może to być wystarczające dla niektórych systemów małej i średniej mocy, jednak znacznie bezpieczniejszym rozwiązaniem będzie zastosowanie kontrolera TEC z modułem Peltiera.

Moduły sterownika TEC

TEC, czyli termoelektryczna chłodnica (zwana również urządzeniem Peltiera), to niewielkich rozmiarów ceramika przewodząca prąd. Jest on obsługiwany przez sterownik temperatury, który chłodzi jedną z jego stron, przekazując jednocześnie ciepło do przeciwległej powierzchni. Oprawka laserowa działa wtedy jako radiator dla gorącej strony urządzenia Peltiera. Z kolei strona zimna jest oddzielona od modułu laserowego za pomocą miedzianej lub aluminiowej płyty zimnej. Preferowane jest użycie płyty miedzianej ze względu na jej lepsze właściwości termiczne i równomierny rozkład temperatury. Pętlę sterowania uzupełnia się przez podłączenie czujnika temperatury z kontrolera TEC do zimnej płyty. W firmie Opt Lasers możemy zaoferować wstępnie ustawiony system z dedykowanym gniazdem w zimnej płycie, w którym jest już osadzony termistor z kontrolera TEC. Takie rozwiązanie oferuje najlepsze czasy reakcji, ponieważ eliminuje wpływ bezwładności cieplnej. W przypadku zastosowań wymagających dużej mocy zaleca się dodanie chłodnicy wodnej poprzez zamontowanie jej po gorącej stronie modułu TEC. Aby zapewnić optymalne chłodzenie, firma Opt Lasers oferuje różne profesjonalne moduły chłodzące, moduły Peltiera i odpowiednie kontrolery TEC.

Obecnie powszechnie stosowane są dwa główne typy kontrolerów TEC. Są to regulatory temperatury typu on/off oraz regulatory temperatury typu PID.

Układy regulatorów temperatury typu włącz/wyłącz

{produkt:102}

Najbardziej podstawową formą zapobiegania uszkodzeniom termicznym jest zastosowanie regulatora temperatury typu włącz/wyłącz. Taki regulator temperatury włącza się tylko wtedy, gdy wyczuwana temperatura jest wyższa (w przypadku zastosowań chłodzących) lub niższa (w przypadku zastosowań grzewczych) od określonej wartości zadanej. Nie ma stanu pośredniego, a regulator zużywa 100% energii do momentu osiągnięcia wartości zadanej. Ten typ układu regulacji temperatury jest zwykle stosowany w systemach, które nie wymagają precyzyjnej regulacji temperatury.

Moduły regulatorów PID

Najbardziej efektywnym sposobem zabezpieczenia urządzenia jest jednak zastosowanie regulatora PID TEC. Sterowniki PID są powszechnie stosowane do sterowania procesami przemysłowymi, ponieważ są standardowymi, sprawdzonymi i dobrze znanymi urządzeniami. W rzeczywistości około 95% zautomatyzowanych procesów przemysłowych wykorzystuje regulatory temperatury PID. Ponadto, ze względu na niepewność procesu, rozbudowany system regulacji temperatury niekoniecznie zapewnia lepszą wydajność dla danej konfiguracji niż dobrze dostrojony regulator temperatury PID.

{produkt:181}

Skrót PID oznacza Proporcjonalny, Integralny i Pochodny i odnosi się do trzech procesów regulacji, które występują w regulatorze TEC:

Część Proporcjonalna w regulatorze temperatury oblicza regulację temperatury, która jest wprost proporcjonalna do różnicy w stosunku do wartości zadanej. Im wyższy współczynnik proporcjonalności, tym mniejsza moc wyjściowa dla tej samej różnicy temperatur;
Część całkująca uwzględnia błąd systematyczny między wartością zadaną a temperaturą odczytaną przez termistor regulatora TEC. Im wyższy współczynnik całkowania, tym wolniej narasta czas całkowania;
Wreszcie, część pochodna regulatora PID TEC przewiduje przyszłe zmiany temperatury i odpowiednio je dostosowuje. Im wyższy współczynnik pochodnej, tym silniejsza reakcja systemu na zakłócenia.

Ogólnie rzecz biorąc, 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 firmy Opt Lasers oferują profesjonalne zarządzanie ciepłem, a także dodatkowe funkcje. Programowalny regulator temperatury TEC-8A-24V-PID-HC-RS232 firmy Opt Lasers może pochwalić się profesjonalnym wzornictwem, dokładnością pomiaru temperatury na poziomie 0,1°C i wysokim prądem maksymalnym w konkurencyjnej cenie. Wykorzystuje on również komunikację UART, która umożliwia odpowiednie dostrojenie współczynników PID, co pozwala osiągnąć niezrównaną wydajność procesu i stabilną temperaturę, zapewniając długą żywotność diody laserowej. Co więcej, Optlasers z przyjemnością oferuje dostosowane do potrzeb klienta sterowniki TEC nawet dla najbardziej wymagających klientów i może przejść od pomysłu do gotowego produktu w ciągu zaledwie 5 tygodni. Dostosowanie sterownika TEC do potrzeb klienta może być opłacalne zarówno w małych, jak i dużych ilościach i może obejmować odpowiednie modyfikacje:

Dodanie interfejsu z ekranem dotykowym;
Zwiększenie maksymalnego prądu i/lub napięcia;
Ustawienia PID regulowane przez użytkownika lub wstępnie ustawione;
Akceptacja zróżnicowanych typów czujników (np. termistorów, RTD itp.);
Automatyczne wyłączanie po przekroczeniu 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 grzania.

Zapraszamy do kontaktu z nami, jeśli mają Państwo pytania lub chcieliby przedstawić swoje wymagania dotyczące niestandardowego regulatora temperatury.