[F.Abdelaziz]

مبادىء التحكم الالكترونى فى العمليات الصناعية

التحكم فى درجة الحرارة

متحكمات درجة الحرارة الصناعية Industrial Temperature Controllers

ملحوظة :

يمثل التحكم فى درجة الحرارة حوالى 16 % من إجمالى العمليات الصناعية وما ينطبق عليه ينطبق على كثير من العمليات الصناعية

مقدمة :

المتحكمات ذات الحلقة الواحدة Single Loop Temperature Controllers

المتحكم ذو الحلقة الواحدة هو جهاز يأخذ إشارة من حساس sensor "درجة الحرارة الفعلية" ويقارنها بإشارة "نقطة الضبط "set-point ويقوم بضبط الخرج إلى جهازالتنفيذ للتحكم فى درجة الحرارة بحيث ( على قدر المستطاع ) يحافظ على الاتزان بين درجة الحرارة المقاسة ( الفعلية ) مع درجة حرارة نقطة الضبط set-point .

هناك العديد من طرق التحكم لتنفيذ ذلك واختيار الطريقة المناسبة يعتمد على متطلبات التطبيقوسوف نتناولها واحدة واحدة .

التحكم بطريقة الوصل والفصل On-Off Control

أسهل الطرق للتحكم فى درجة الحرارة هى ما يعرف بطريقة الوصل والفصل “On-Off” control . وهى الطريقة التى يعمل بها السخان المنزلى . بمعنى أن خرج المتحكم اما أن يكون 100% on أى وصل أو أن يكون 100% off أى فصل.
يسمى هذا النظام أحيانا باسم “hysteresis” أى تخلفية او يسمى “dead-band” أى المنطقة الميتة وذلك لأن حساسية هذا النوع من المتحكمات تقع بين نقطتى التحويل ( “off” –( “on” وهذه الفترة ( فترة التخلف أو الفترة الميتة ) ضرورية بحيث لا يتم التحويل السريع بين “off” و “on” والذى يتسبب فى تلف تلامسات المرحلات وفى سخونة الدائرة .

أبسط شكل من أشكال التحكم فى درجة الحرارة هو هذه الطريقة والمستخدمة فى معظم الثرموستات العادية
كما هو موضح بالشكل يتم المقارنة بين درجة حرارة الجهاز أو المكانtemperature مع درجة الحرارة المطلوب الوصول إليها (set point) عند كل زمن يتم فيه أخذ عينة . فإذا كانت درجة حرارة المكان أعلا من الدرجة المطلوبة عندئذ يتم فصل السخان أما إذا كانت أقل فيتم توصل السخان .
عمليا فإن عملية التوصل تكون أقل قليلا من الدرجة المطلوبة وكذلك درجة حرارة الفصل تكون أكبر قليلا من درجة الحرارة المطلوبة وذلك لمنع الشوشرة والتآكل الناتجين عن وصل وفصل السخان بطريقة سريعة عندما تقترب درجة الحرارة من الدرجة المطلوبة .

يستخدم عمليا ريلاى كمنفذ للتحكم بحيث يوصل التغذية الى السخان إذا كانت درجة الحرارة منخفضة وفصله إذا كانت مرتفعة .

مميزات هذا النوع من التحكم :

1- بساطة ورخص ثمن المتحكم .
2- سهولة ضبط المتحكم للحرارة .
3- كافى تماما لمعظم تطبيقات التحكم فى درجة الحرارة فى الصناعة .

إنشاء (عمل ) متحكم بدرجة الحرارة Temperature Controller

إختيار الحساس Sensor

تقنيات (طرق) الإحساس بدرجة الحرارةTemperature sensing techniques

هناك حساسات Sensors متعددة ولكن الاغلب منها :
1- مقاومة كاشف الحرارة RTD .
2- الازدواجات الحرارى thermocouples .
3- الثرمستور thermistors .
4- الدوائر المتكاملة للاحساس sensor ICs .

إى منها المناسب لتطبيقك يعتمد على :
1- مدى درجة الحرارة المطلوب temperature range .
2- الخطية linearity .
3- الدقة accuracy .
4- التكاليف cost .
5- الخصائص (السمات) features .
6- مدى سهولة التصميم والدوائر المعتمدة .

وسوف نركز فى هذه الفقرة على أحد الدوائر المتكاملة للاحساس وهى LM35

[F.Abdelaziz]

حساس درجة الحرارة (المئوية) الدقيق LM35

هو حساس دقيق عبارة عن دائرة متكاملة جهد خرجه يتناسب خطيا مع درجة الحرارة بالدرجات المئوية ( سليزيوس ) ولا يحتاج الى أى معايرة خارجية ويعطى دقة 1⁄4°C فى درجة حرارة الغرفة.

الخصائص :
1- معاير مباشرة بالدرجات ° Celsius (Centigrade)
2- ذو خصائص خطية + 10.0 mV/°C
3- الدقة 0.5°C عند +25°C
4- يستخدم فى المدى −55° to +150°C
5- مناسب فى تطبيقات التحكم عن بعد
6- رخص السعر
7- يعمل على جهد from 4 to 30 volts
8- يسحب تيار اقل من 60 uA
9- التسخين الذاتى لا يتعدى 0.08°C فى الهواء الساكن
10- عدم الخطية فى حدود 1⁄4°C
11- معاوقة خرج منخفضة

التطبيقات

يمكن تركيب الحساس LM35 مثل أى دائرة متكاملة حساسة لدرجة الحرارة .
يمكن أن تلصق بالصمغ ( أو يصب عليها أى مادة لاصقة) إلى السطح ودرجة حرارتها سوف تكون فى حدود 0.01°C من درجة حرارة السطح بفرض أن درجة حرارة الوسط المحيط غالبا ما تكون هى نفسها درجة حرارة السطح .
أما اذا كانت درجة حرارة الهواء أكبر أو أقل بكثير من درجة حرارة السطح فإن درجة حرارة الحساس LM35 الفعلية سوف تكون فى الوسط بين السطح والهواء .
لتقليل هذه المشكلة تاكد من أن الأسلاك الواصلة الى أطراف LM35 فى نفس درجة حرارة السطح المطلوب التحكم فيه. وأسهل طريقة لفعل ذلك هو تغطية الأطراف بالايبوكسيepoxy والذى يعمل على تأكيد أن الأطراف والأسلاك جميعها فى نفس درجة حرارة السطح وان الحساس LM35 لن يتاثر بدرجة حرارة الهواء .
وطريقة أخرى :
يمكن وضع الحساسLM35 داخل أنبوبة معدنية مسدودة من نهايتها ثم تربط بسن قلاووز بفتحة فى الجسم .وكأى دائرة متكاملة يجب الحفاظ على أطراف الحساس LM35 معزولة وجافة لتلافى التسريب leakage أو التاكل
واليك بعض اشكال التطبيق :

ملحوظة :
هناك العديد من دوائر المتحكمات العادية )غير المبرمجة( والمبرمجة والتى تعتمد على الميكرو كونترولر وسوف نتناول ذلك إن شاء الله .