SISTEM TERMAL
Tujuan Penulisan Setelah mempelajari mempelajari makalah makalah ini, diharapkan diharapkan pembaca pembaca akan mengerti mengerti tentang : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Operasi dari dari sebuah sistem sistem thermal dasar. dasar. Beberapa sistem sistem termal yang digunakan digunakan di industri. industri. Bagaimana pengendalian dicapai dicapai dalam suatu suatu sistem termal. Bagaimana on-off kontrol dicapai. Mengidentifikasi berbagai berbagai mode kontrol dari sistem termal. Peran instrumentasi instrumentasi elektronik dalam sebuah sebuah sistem termal. termal. Peran termal-sistem termal-sistem sensor dan dan transduser. transduser. Bagaimana radiasi radiasi infra merah digunakan untuk menentukan menentukan suhu nilai-nilai tertentu.
KUNCI SYARAT Absolute gerak nol-Suhu di mana molekul yang merupakan panas berhenti. Ini terjadi pada -273 ° C. -459 ° F, 0 ° R, atau Kelvin.Agitator-Sebuah Kelvin.Agitator-Sebuah perakitan yang menyebabkan sirkulasi udara atau cairan di konveksitungku, ruang pemanasan, tong, atau kontainer.Arc-Sebuah kondisi yang terjadi ketika arus listrik antara dua elektroda dan menghasilkan panas yang hebat. Tungku-Sebuah ledakan area, terbuat dari bahan tahan api, yang menghasilkan panas ketika volume besar atau ledakan udara dipaksa ke dalam kamar sebuah. Boiler-Sebuah ruang dimana bahan bakar yang dibakar untuk menghasilkan panas dan akhirnya mengubah air menjadi uap atau air panas Bridge-Sebuah sirkuit listrik yang digunakan untuk mengukur nilai tidak diketahui; komponennya membentuk dua jalur saat ini yang umumnya terhubung ke-Gether Di Pusat. Konduksi-Proses dimana panas atau listrik ditransfermelalui partikel dari suatu material. Konveksi Perpindahan panas dengan arus yang bergerak dalam cairan da gas. Crucible-Sebuah kontainer yang digunakan untuk melelehkan zat yang memerlukan tinggi derajat panas.Perluasan prinsip-Penjelasan mengapa cair atau logam diperbesar bila terjadi panas. Didenda sistem-cair, gas, atau uap, disegel dalam elemen tertutup, yang memperluas ketika mengalami panas. Galvonometer-Sebuah alat elektromagnetik yang digunakan untuk mengukur kecil nilai-nilai saat ini. Induktansi-properti dari sirkuit listrik yang menentang perubahan saat ini karena energi yang tersimpan dalam medan magnet.
Pemanasan-A induktif metode pemanasan di mana logam ditempatkan di dalam gulungan kawat dan frekuensi tegangan ac tinggi diterapkan untuk koil. Kelvin (K)-Sebuah skala temperatur absolut didasarkan pada 100 Celcius unit antara titik es dan air mendidih. 0 ° C = 273,15 ° K. Kinetik teori-Satu set ide-ide yang menangani efek gaya pada gerakan benda material atau pergerakan partikel dalam suatu zat Cara kontrol Sebuah metode yang menyesuaikan operasi sistem dalam rangka untuk mengembalikannya ke tingkat yang diinginkan
.Multivibrator-Sebuah osilator yang menghasilkan mengulangi persegi atau persegi panjang bentuk gelombang. Negatif suhu koefisien-A kondisi dimana nilai ini menurun pada peningkatan suhu atau meningkat dengan penurunan suhu
.Overshoot-Jumlah dimana variabel proses perubahan melebihi nilai yang diinginkan seiring perubahan terjadi pada sebuah sistem s istem operasi. Pirometer-Nama lain untuk indikator suhu. Radiasi-Transmisi energi dari sumber, seperti permukaan yang panas,oleh emisigelombang elektromagnetik. Pyrometry-A radiasi metode untuk mengukur suhu suatu benda oleh jumlah energi panas yang memancar dari permukaannya.Rankin (R)-Sebuah skala temperatur absolut didasarkan pada skala Fahrenheit dari 180 unit antara titik es dan titik didih air.459,67 ° R = 0 ° F. Perlawanan-An oposisi terhadap aliran arus listrik dalam sirkuit; nya Termal Sistem 133 unit pengukuran adalah ohm
.Pemanasan-A Perlawanan proses yang mengembangkan panas karena arus listrik melewati elemen resistif. Ketika saat ini dipaksa untuk lulus melalui konduktor, panas yang dihasilkan sebagai akibat dari perlawanan. Ketahanan suhu detektor (RTD)-Sebuah sensor digunakan untuk menentukan suhu lingkungan akibat perubahan perubahan nilai dalam resistif elemen. Sensitivitas Resolusi jumlah tertentu suhu controller perlu melakukan perubahan.Waktu Respon waktu yang diperlukan sistem untuk bereaksi terhadap perubahan dan menghasilkanvariasi dalam output
.Sensing elemen-Sebuah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi perubahan dalam operasi dari suatu sistem. Sensor temperatur adalah termistor, termokopel, dan rids.Silicon penyearah terkontrol (SCR)-Sebuah perangkat switching solidstate elektronik yang digunakan untuk mengendalikan operasi beban. Slidewire-A hambatan listrik variabel yang memiliki slider menghubungi yang memungkinkan penyesuaian nilainya. Suhu -The panasnya relatif atau dinginnya tubuh yang ditentukan oleh kemampuannya kemampuannya untuk mentransfer panas ke sekitarnya atau badan lain l ain Gradien-A Termal ukuran nilai suhu, dimulai dari sumber dan bergerak menuju beban. Lag-A Termal keterlambatan dalam distribusi panas yang terjadi antara sumber dan beban. Termistor Sebuah resistor sensitif temperatur. Thermocouple Sebuah persimpangan dari dua logam berbeda yang bila dipanaskan akan
menghasilkan tegangan yang proporsional dengan suhu diterapkan.Thermometer Sebuah alat ukur suhu. Sebuah thermopile energi detektor yang terdiri dari termokopel dihubungkan secara seri konfigurasi.Thermoresistor-Sebuah perangkat yang merespon panas dengan menghasilkan perubahan perlawanan.Termistor dan rids adalah thermoresistors. Waktu-proporsi kontrol Prosedur kontrol listrik yang berubah jumlah siklus daya listrik dikirimkan ke beban dalam diberikan periode waktu. Transducer-Sebuah perangkat yang mengubah sinyal input dari satu jenis menjadi sinyal keluaran dari tipe yang berbeda yang proporsional dengan aslinya masukan. Undershoot-Sebuah kondisi sesaat kontrol yang terjadi ketika nilai dari suatu proses turun di bawah beberapa nilai setpoint yang telah ditentukan. Zero-tegangan switching-Sebuah prosedur kontrol waktu-proporsi yang menyebabkan daya yang akan diaktifkan dan dinonaktifkan pada titik nol crossover dari gelombang sinus ac.
PENDAHULUAN Dari semua proses manufaktur digunakan oleh industri, suhu pengukuran dan manipulasi yang paling umum. Bahkan, lebih dari 50 persen dari semua variabel yang diukur dalam industri cenderung melibatkan beberapa bentuk pengukuran suhu atau perubahan. Dengan teknologi yang semakin meningkat , tren jelas jelas akan mengarah ke pengukuran pengukuran yang yang
lebih baik. Sistem yang yang
memanfaatkan pengolahan termal harus memproduksi atau menghasilkan panas, untuk memberikan memberikan jalan dimulai dari tindakan kontrol dan dan memanfaatkan memanfaatkan energi untuk mencapai mencapai fungsi kerja tertentu, sehingga akhirnya akhirnya dapat dapat merekam suhu variasi melalui melalui teknik pengukuran pengukuran yang tepat.
Fungsi-fungsi ini menjadi perhatian utama dari semua personil yang terlibat dalam aplikasi proses kontrol industri. Sebuah pemahaman dasar dari sistem termal, aplikasi, dan instrumentasi pengukuran sangat penting untuk. seseorang yang mengejar bidang ini sebagai karier.
Proses Sistem Termal
Manufaktur proses yang merespon dalam beberapa cara untuk suhu diklasifikasikan sebagai sistem termal. Dalam aplikasi industri, sistem termal digunakan untuk mengendalikan berbagai berbagai proses, dari manufaktur yang kompleks operasi hingga sistem fungsi tunggal yang mengontrol hanya satu proses. Perhatian utama di sini mengarah ke dasar sistem termal yang dapat diterapkan untuk aplikasi apapun tanpa ukuran atau kompleksitas. Sebuah sistem termal harus memiliki sumber energi primer, transmisi jalan, kontrol, beban, dan satu atau lebih indikator untuk berfungsi dengan baik. Bagian-bagian tersebut adalah elemen elemen dasar dari semua semua sistem yang difungsikan. Secara Secara umum, sistem proses termal didefinisikan sebagai sistem yang merespon dalam beberapa cara untuk perubahan suhu. Sistem ini dapat menghasilkan panas untuk mencetak atau
membentuk kontrol , untuk pengolahan makanan dan kemasan, atau untuk operasi fabrikasi, dll. Sumber energi dari sebuah sistem termal juga memerlukan beberapa tambahan klasifikasi untuk membedakannya dari sistem lain. Energi, misalnya, hadir dalam tiga bentuk dasar: panas, cahaya, dan gerakan mekanis. Itu juga tersedia dalam bentuk listrik, tindakan kimia, dan energi nuklir. keenam bentuk energi tersebut berhubungan dengan batas tertentu. Hubungan ini didasarkan pada kenyataan bahwa energi dari satu bentuk dapat dengan mudah diubah atau ditransfer ke salah satu bentuk lain yang ada. Sumber energi dari sebuah sistem termal biasanya beroperasi dengan mengubah energi dari satu bentuk kesesuatu bentuk yang berbeda. Dalam hal tindakan, listrik dan kimia umumnya menjadi sumber energi utama bagi sebagian besar industri termal sistem. Selain itu, sinar matahari dapat digunakan sebagai sumber utama termal energi. Banyak penelitian telah dilakukan untuk membuat lebih baik matahari sebagai sumber utama energi. Energi panas juga dapat diperoleh oleh gesekan, kompresi, kompresi, dan tindakan ti ndakan mekanis, mekanis, tetapi energi dalam dari bentuk ini adalah sulit untuk memanfaatkan sebagai sumber utama untuk operasi sebuah sistem. Jalur transmisi dari suatu sistem termal sangat unik jika dibandingkan dengan sistem lain. Bahan dapat berupa apapun baik , padat, cair, atau gas. Jika salah satu ujung batang logam padat ditempatkan dalam sumber panas, maka ujung bar akan segera menjadi panas. Itu proses dimana panas dipindahkan dari ujung panas ke ujung dingin disebut dengan konduksi. Menurut teori kinetik energi, konduksi adalah transfer panas melalui tabrakan molekul. Pada dasarnya, panas dari sumber menyebabkan molekul di salah satu ujung bar untuk bergerak lebih cepat. Kecepatan molekul meningkat akhirnya menyebabkan tabrakan dengan molekul lainnya, yang pada gilirannya menyebabkan mereka untuk bergerak lebih cepat. Proses berlanjut sampai gerak molekular telah meningkat di seluruh bar. Dari bahan padat, logam merupakan konduktor termal terbaik, dan yang bukan logam umumnya sebagai isolator panas. Gambar 4-1 menunjukkan contoh konduksi Prinsip transmisi panas.
Cairan dan gas yang dipanaskan oleh proses konveksi. Ketika sebuah wadah cairan ditempatkan pada sumber panas, pada awalnya cairan hanya pada dasar wadah yang menerima panas. Karena kebanyakan cairan adalah konduktor lemah panas, hanya sedikit panas dipindahkan ke bagian lain dari cairan, namun sebagai lapisan bawah cairan mulai berkembang, ia menjadi kurang padat dari pendingin cair di atas. Cairan hangat itu bergerak ke atas wadah dan bergerak cair dingin ke bawah. Cairan bergerak disebut beredar arus. Konveksi, karena itu, adalah transfer panas ketika cairan atau gas dipanaska Gambar 4-2 menunjukkan contoh prinsip konveksi dalam sistem pemanas dipaksa-udara. Panas juga dapat disalurkan dari sumber melalui radiasi gelombang elektromagnetik di mana tidak ada halangan. Contoh dari hal ini adalah panas yang mencapai bumi dari matahari. Akibatnya, energi termal dilepaskan atau terpancar jauh dari sumber panas melalui sinar inframerah. Apa pun objek panas dapat
menngeluarkan sinar-sinar ini. Secara teori, bundel diskrit atau kuanta
energi menjauh dari sumber panas dalam pola seperti gelombang dengan kecepatan cahaya. Energi dilepaskan dari atom memiliki massa terbesar memiliki panjang gelombang terpendek dan frekuensi tertinggi. Panas yang dihasilkan oleh radiasi memiliki aplikasi terbatas dalam sistem termal industry Gambar 4-3 menunjukkan contoh perpindahan panas dengan prinsip radiasi. Fungsi kontrol dari sistem termal mengubah jalan aliran panas antara sumber energi primer dan perangkat beban. Khusus perangkatpengendali kontrol tersebut biasanya ber tanggung jawab untuk operasi ini. Perangkat ini berusaha untuk mempertahankan suhu sistem pada tingkat yang diinginkan. Dua posisi kontrol dan mematikan menyebabkan kondisi yang akan dilakukan proporsi kontrol.
Termal system 137 mempertahankan variasi suhu. On-off dan proporsi kontrol adalah metode yang paling umum dari kontrol murni. Sistem kontroler merespon dengan perubahan tingkat penginderaan antara suhu aktual sistem dan nilai setpoint yang telah ditentukan. Fungsi kontrol sistem termal terbatas karena sifat dari energi dimanipulasi. Beban sistem termal merupakan fungsi kerja atau bahan yang akan dipertahankan pada suhu tertentu. Sejak arus panas jauh dari tubuh dari temperatur yang lebih tinggi dan menuju substansi yang lebih rendah dari suhu, beban harus langsung tergantung pada sumbernya. Termometer itu atau
termal permintaan beban mungkin yang bersifat stabil dalam waktu lama, variabel,
atau
siklik.
Penerapan
sistem
menentukan
karakteristik
sifat beban.Indikator termal merupakan bagian dari sistem yang bertanggung jawab
untuk
berbeda
pengukuran.
lokasi,
Operasi
tergantung
ini
pada
dapat
dilakukan
kebutuhan
di
sistem.
sejumlah Biasanya,
indikator suhu yang melekat pada output atau beban sistem, controller, atau sumber. Pemantauan berkala terhadap indikator memastikan operasi mal permintaan variabel,
beban
atau
mungkin
siklik.
yang
Penerapan
bersifat sistem
stabil
dalam
menentukan
waktu
lama,
karakteristik
sifat
beban.Indikator termal merupakan bagian dari sistem yang bertanggung jawab untuk
pengukuran.
Operasi
ini
dapat
dilakukan
di
sejumlah
berbeda
lokasi,tergantung pada kebutuhan sistem.Biasanya, indikator suhu yang melekat pada output atau beban sistem, controller, atau sumber. Pemantauan berkala terhadap indikator memastikan operasi efisiensi dalam batas-batas yang dirancang dari sistem. Pengukuran suhu dibuat dalam beberapa cara. Nonelectrical indikator, seperti termometer, dirancang untuk menanggapi suhu variasi yang disebabkan oleh perubahan volume cair dan gas atau uap tekanan. Ini juga termasuk perubahan dimensi dari bahan padat.Indikator Elektronik merespon dengan mengukur suhu padatan, cairan, atau gas melalui kontak langsung melalui transduser termoelektrik. Hal ini dapat dilakukan secara tidak langsung melalui detektor radiasi inframerah. Jangkauan dan rentang suhu yang diukur, akurasi, dan kecepatan respon adalah faktor utama yang perlu dipertimbangkan ketika memilih indicator tertentu aplikasinya SUMBER PANAS INDUSTRI
Panas dari sistem termal industri ini dihasilkan oleh perubahan di negara bagian materi. Panas yang dihasilkan sebagai hasil dari api adalah contoh. Perubahan membakar keadaan batubara, kayu, atau apa pun bahan bakar yang digunakan.Secara teori, bahan bakar yang bersatu dengan oksigen, dan kedua bahan bakar dan oksigen diubah menjadi bahan lain. Karbon dalam pembakaran bahan bakar juga bersatu dengan oksigen di udara dan menghasilkan berbagai jenis materi disebut karbon dioksida.Serikat karbon dan oksigen bertanggung
jawab untuk panas membebaskan.Ada banyak contoh dari panas yang dihasilkan oleh ing unit tertentuzat dengan udara. Dalam oksigen, tubuh manusia di udara yang kita hirup menggabungkan dengan makanan untuk menghasilkan panas tubuh. Besi terkena oksigen dari udara luar menghasilkan karat dan sejumlah terukur panas, tapi jumlah panas yang dihasilkan dalam hal ini tidak signifikan karena menggabungkan proses lambat.Panas juga diproduksi ketika cairan atau perubahan gas terbentuk. Transisi air untuk es adalah contoh utama dari ini ciple prinsip. Dengan cara yang sama, panas yang dilepaskan ketika uap atau gas terkondensasi ke dalam air. Uap sistem pemanas beroperasi pada prinsip ini.
SUMBER PANAS INDUSTRI DARI BAHAN BAKAR FOSIL
Sumber bahan bakar fosil panas yang paling umum adalah tungku. Jenis perangkat dibangun dari logam, bata, atau kombinasi dari bahan-bahan tahan api. Setelah struktur telah dibangun, bahan bakar dibakar di dalam ruang pusat atau kebakaran
untuk
menghasilkan
panas.Tungku
yang
digunakan
untuk
mengembangkan panas untuk kenyamanan, panas Mengobati, atau untuk mencairkan bahan untuk tujuan manufaktur yang berbeda. Ini sumber dirancang untuk memberikan jumlah terbesar panas dari bahan bakar yang digunakan dan berkonsentrasi itu di mana ia melakukan pekerjaan yang paling efektif. Pemanasan udara tungku dirancang untuk memanaskan udara dan mendistribusikannya melalui saluran untuk ruangan yang berbeda atau bagian dari suatubangunanuntukmenyediakannyam suhu. Paksa pemanasan udara tungku menggunakan kipas blower atau listrik untuk memindahkan volume yang lebih besar dari udara melalui sistem. Jenis sistem memungkinkan tungku yang akan berlokasi jarak yang lebih besar jauh dari daerah tersebut ing akan dipanaskan oleh sistem. Bahan bakar untuk tungku ini mungkin batubara, kokas,bahan bakar minyak, atau gas alam. Tiga perwakilan kenyamanan pemanasan tungku yang ditunjuk kan pada Gambar 4-4.Bahan bakar fosil digunakan sebagai sumber energi untuk tungku industri besar digunakan dalam panas-mengobati operasi. Hal ini juga digunakan dalam produksi besi, baja, batu bata, semen, kaca, dan bahan lainnya. Tungku ini berbeda dari jenis
pemanasan udara karena mereka menghasilkan suhu yang sangat tinggi. Sekali lagi, batu bara, kokas, bahan bakar minyak, dan gas alam adalah bahan bakar fosil khas digunakan sebagai sumber energi primer. Metal-tungku penyulingan biasanya memaksa jumlah besar atau ledakan udara ke dalam ruang api untuk meningkatkan panas sudah diproduksi. Jenis sumber panas yang biasa disebut tanur tiup. Gambar 4-5 menunjukkan tungku besi bijih ledakan representatif Kecil, berbahan bakar gas, panas-mengobati tungku dari tipe batch umumnya ditemukan dalam operasi industri. Unit-unit ini digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan kontrol yang tepat dari suhu, waktu, dan suasana. Uap dan air panas sistem pemanas merupakan jenis lain dari pemanasan sistem yang menemukan penggunaan luas di industri. Sistem jenis ini dapat digunakan hanya untuk kepentingan fasilitas pemanas, atau untuk fasilitas panas
Gambar 4-4. Kenyamanan pemanasan tungku: (A) Tangan berbahan bakar Gas pembakaran tungku; (C) Minyak pembakar tungku.batubara atau kokas tanur; (B)
Jenis sistem umumnya dianggap yang paling bisa diandalkan. Hal ini juga memberikan yang paling seragam distribusi panas di seluruh sistem Bagianbagian penting dari sistem uap atau air panas adalah boiler, distribusi pipa, dan pemanas unit atau radiator. Boiler adalah di mana bahan bakar dibakar untuk menghasilkan panas dan akhirnya mengubah air menjadi uap atau panas air. Dalam sistem uap, uap disirkulasikan pada suhu 170 ° F untuk 200 ° F, dan jalur distribusi disimpan bebas dari udara. Kurangnya udara terus sistem kurang dari tekanan udara normal. Akibatnya, uap dihasilkan pada suhu yang lebih rendah. Suhu di kisaran 170 ° F dapat digunakan secara efektif untuk menghasilkan uap dalam jenis sistem. Radiator (beban) dari sistem uap atau air panas melepaskan
panas dengan konduksi, konveksi, dan radiasi. Konduksi cukup kecil, dengan konveksi dan radiasi menjadi metode yang paling
signifikan perpindahan
panas.Radiator terletak di mana panas yang akan dipasok ke sistem,
Gambar4-5. Sebuah tungku blast bijih besi Proses Industri dan suhu daerah tempat radiator terletak mencegah tambang beban ditempatkan pada radiator. Uap atau air panas sistem biasanya memiliki radiator yang terletak di seluruh sistem. Beban adalah gabungan dari semua radiator dan jalur distribusi terhubung ke sistem.Uap yang dipanaskan industri panas-mengobati tungku dari tipe batch adalah sering ditemukan dalam aplikasi industri. Unit ini mungkin berisi boiler mereka sendiri atau mungkin melekat pada sistem distribusi pusat.Unit jenis ini menggabungkan manfaat dari suasana uap pelindung,dipaksa sirkulasi pemanas, dan kontrol suhu yang akurat dalam satu unit. Mereka dapat beroperasi pada suhu 0 ° F sampai 1500 ° F. Termokopel adalah sering digunakan sebagai sensor untuk elemen kontrol. Proporsi kontrol juga banyak digunakan, karena jenis kontrol memungkinkan unit untuk datang sampai suhu dengan cepat dan lancar tanpa overshoot, sambil memegang selama siklus. LISTRIK DARI SUMBER PANAS
Sumber panas energi elektrik memiliki sejumlah keunggulan selama hampir semua metode pemanasan industri lainnya. Dalam tungku, listrik dapat digunakan untuk menghasilkan suhu yang berkisar dari 3500 ° F hingga 5000 ° F.
Di Selain itu, panas listrik tidak menghasilkan gas yang mungkin memiliki berbahaya efek dalam pengolahan logam. Suhu yang lebih akurat dikontrol, dan seluruh proses lebih efisien dan bersih untuk beroperasi. Tiga umum jenis sumber panas listrik yang digunakan dalam aplikasi industri hari ini adalah busur, perlawanan, dan tungku induksi. Setiap umum jenis menggunakan listrik sebagai sumber energi primer dan menghasilkan panas sebagai hasil akhir atau output dari perangkat beban. Diagram sederhana dari tanur listrik yang ditunjukkan pada Gambar 4 -6. Tinggi saat listrik diterapkan di seluruh elektroda karbon dan grafit wadah. Hal ini menyebabkan busur listrik yang dihasilkan. Busur terjadi ketika elektroda menyentuh logam. Setelah busur telah dimulai, elektroda ditarik. Suhu 3500 ° F khas dari busur listrik tungku.Sebuah tungku tahanan listrik sangat mirip dalam operasi untuk oven dari berbagai rumah tipe listrik atau kenyamanan pemanasan unit. Ketika saat melewati melalui konduktor, panas yang dihasilkan sebagai hasil dari resistansi konduktor.Ini khusus resistansi elemen pemanas kemudian ditempatkan di sekitar terisolasi ruang, di mana batch kecil bahan ditempat kanuntuk panas Salah satu jenis adalah tungku nitrating panas-mengobati. Ini jenis tungku menyediakan konveksi paksa, sehingga semua permukaan kerja yang terkena perlakuan yang sama. Ini memberikan pemanasan cepat dan distribusi seragam panas dan suasana di dalam ruangan. Pengendali dari tungku ini menanggapi termokopel terletak di dalam ruangan. Sebuah menyesuaikan waktu tingkat kontrol mengubah energi listrik secara proporsional sehingga panas sesuai dengan tuntutan beban. Pengendalian jenis ini mulus tanpa overshoot, dan memegang suhu pada tingkat yang tepat.
Gambar 4-6. Dasar diagram dari tanur listrik.
Pemanas induksi dilakukan dengan mengirimkan frekuensi tinggi bolak arus melalui kumparan kawat. Logam ditempatkan di dalam kumparan mengembangkan intens tingkat panas yang sangat cepat. Misalkan sebuah batang besi ditempatkan di dalam dari kumparan pemanas induksi. Batang besi menjadi magnet sebagai bolak arus mengalir melalui koil. Hal ini menyebabkan molekul besi untuk mengubah polaritas dengan setiap perubahan arah aliran arus. Setiap molekul mengembangkan sebuah gesekan internal yang menyebabkan besi menjadi sangat panas. Induksi unit pemanas mengembangkan tingkat intens panas di daerah terbatas dalam periode yang sangat singkat operasi. Jika logam bukan magnetik ditempatkan pada kumparan pemanas induksi, mereka tidak akan menjadi panas akibat perlawanan dari materi. Untuk non logam bahan, pemanasan ini dicapai dengan menempatkan materi dalam karbon wadah. Wadah ini kemudian ditempatkan dalam koil. Crucible panas yang dihasilkan oleh induksi ditransfer ke substansi non logam dengan konduksi. Logam dapat dipanaskan dalam wadah terisolasi tanpa mengubah suhu wadah. Pemanas induksi juga dapat dilokalisasi dalam yang sangat kecil daerah.Misalnya, gigi dari roda gigi dapat dipanaskan merah-panas untuk tujuan tempering, sementara tubuh gigi tetap dingin dan mempertahankan ketangguhan. Jika ini dicobakan oleh proses pemanasan lain, seluruh gigi akan dipanaskan. Pemanas induksi dapat dicapai dengan sangat cepat dengan tingkat yang cukup signifikan dari akurasi.
PENGENDALIAN SISTEM THERMAL Fungsi pengendali sistem termal terutama dicapai oleh kombinasi komponen ditempatkan di unit yang dikenal sebagai controller. Fungsi unit ini adalah untuk merasakan suhu sistem dan untuk menentukan jumlah aliran panas yang dibutuhkan untuk memenuhi tuntutan operasi setpoint dari sistem. Dalam mencapai fungsi ini, beberapa faktor mempengaruhi keakuratan controller. Ini termasuk gradien suhu, termal lag, lokasi komponen, dan pengendali operasimode seleksi.
Thermal Gradient
Pengukuran nilai suhu yang berbeda, mulai panas sumber dan bergerak ke arah beban, menunjukkan bahwa penurunan diputuskan dalam suhu terjadi di dekat akhir beban dari suatu sistem. Variasi suhu yang biasa disebut gradien termal dari sistem. Thermal gradien terjadi pada semua sistem suhu dan cukup penting untuk mengenali di mana mereka ada. Karena panas secara efektif ditransfer dari sumber ke beban hanya satu arah, gradien termal yang tak terelakkan dan perlu.Sistem kontrol dapat efektif hanya jika gradien termal diperhitungkan. Karena itu menjadi penting bahwa semua pengukuran mempengaruhi fungsi kontrol dibuat sedekat mungkin ke daerah menjadi dipengaruhi oleh controller. Jika pengukuran dilakukan di dekat sumber akhir dari sistem, pembacaan yang agak lebih tinggi daripada yang yang muncul pada beban. Idealnya, elemen pengontrol penginderaan harus di tached ke beban atau ditempatkan di area kerja aktual sistem. Itu setpoint controller harus memperhitungkan gradien termal dan disesuaikan atau kompensasi atas relatif terhadap lokasi controller dalam sistem. Beberapa hal dapat dilakukan untuk meminimalkan gradien yang terjadi dalam sistem termal. Ini termasuk balancing kapasitas pemanas terhadap panas permintaan, tepat penginderaan-elemen lokasi, penginderaan-elemen rentang kendali,dan isolasi sistem umum terhadap kehilangan panas. Dalam prakteknya, diharapkan untuk meminimalkan gradien termal dalam rangka meningkatkan keakuratan controller. Thermal Lag
Lag Thermal adalah kondisi yang tak terelakkan yang hadir untuk beberapa batas dalam semua sistem suhu. Lag Thermal terutama keterlambatan dalam panas distribusi yang terjadi antara sumber dan beban. Jarak antara sumber dan beban dan resistensi terhadap aliran panas adalah utama faktor yang mempengaruhi jenis penundaan. Thermal lag, waktu mati, dan transportasi lag semua digunakan untuk menggambarkan kondisi operasi.Sistem kontrol yang akurat sebagian besar tergantung pada lag termal. Ketika faktor delay rendah, aksi kontroler erat mengikuti sistem setpoint penyesuaian. Periode penundaan panjang, dengan perbandingan, cenderung menyebabkan suhu overshoot. Ini merupakan
masa ketika ada lebih banyak panas disampaikan ke beban dari yang sebenarnya diperlukan untuk pulih dari suhu drop. Selain itu, unsur penginderaan tidak mungkin dapat merespon dengan cepat cukup untuk memberikan panas yang dibutuhkan oleh beban. Hal ini menyebabkan suhu turun di bawah tingkat setpoint. Para menembak terlalu panjang biasanya menggambarkan kondisi ini. Kedua overshoot dan menembak terlalu lebar menyebabkan dari rentang kontrol untuk diperluas cukup signifikan selama operasi normal. Dalam prakteknya, lag termal tidak dapat sepenuhnya dihilangkan. Dengan tepat desain sistem, namun, sejumlah besar penundaan dapat diminimalkan dan beberapa tingkat kompensasi dapat dibuat untuk tertinggal yang masih ada.Tepat pemilihan bahan sion jalur penularan antara sumber dan beban adalah faktor utama dalam perancangan sistem. Biasanya, padatan, cairan, atau gas semua digunakan dalam jalur transmisi. Sebagai aturan umum, namun, pemilihan material terutama ditentukan oleh aplikasi dari sistem. Ketika kontrol dekat diinginkan, faktor transmisi beberapa jalan harus dipertimbangkan. Hal ini dijelaskan dalam laporan berikut: 1. Ketika cairan, udara, atau gas yang digunakan dalam jalur transmisi, mereka harus berada dalam keadaan terus menerus dari agitasi. 2. Semua logam yang digunakan dalam jalur transmisi harus memiliki tingkat tinggi termal konduktivitas. 3. Jalan termal bahan isolasi harus memiliki konduktivitas rendah. 4 Kondisi di jalur transmisi yang menyebabkan udara atau cairan menjadi stagnan harus dihindari. Secara umum, lag termal dapat menghasilkan beberapa informasi yang menyesatkan tentang kinerja sistem suhu berubah dengan cepat. Di beberapa sistem, efek lag berlebihan dapat begitu besar bahwa elemen penginderaan pada beban dapat meminta lebih banyak panas ketika sistem hanya mulai merespon panas dari perubahan sebelumnya. Sistem dengan fastresponse controller dan lebih lambat menanggapi indikator, seperti merkuri termometer, biasanya memiliki masalah penundaan yang melekat pada jenis ini.
Sistem Penempatan komponen
Dalam sebuah sistem termal operasi, penempatan komponen memiliki besar menangani hubungannya dengan efektivitas fungsi kontrol. Jika sumber panas,elemen sensor, dan beban dapat dikelompokkan bersama dalam sebuah kompak pusat daerah, akan ada masalah yang sangat kecil dengan kontrol. Sebuah singkat panas jalan dari sumber ke beban akan memungkinkan elemen penginderaan untuk merespon dengan cepat setiap dan semua perubahan sistem. Hal ini akan meminimalkan overshoot, menembak terlalu, lag termal, dan gradien termal. Dalam sebagian besar industri termal-sistem aplikasi, agak sulit dicapai intim komponen-pengelompokan pengaturan. Ukuran sistem dan terpencil lokasi sumber dan beban menciptakan masalah. Dalam prakteknya, ada ada jawaban tunggal untuk sistem-komponen penempatan. Desainer umumnya mencoba untuk sampai pada kompromi yang akan memungkinkan tingkat terbaik dari kontrol untuk sistem tertentu. Aturan umum yang perlu dipertimbangkan ketika memilih lokasi termal-sistem komponen ini didasarkan pada sifat karakteristik kontrol. Untuk sistem mana permintaan panas yang diinginkan stabil, elemen penginderaan harus diposisikan lebih dekat ke sumbernya. Ketika permintaan sistem dari variabel alam, elemen penginderaan harus berorientasi lebih dekat ke daerah beban. Dalam sistem cairan dan gas, di mana permintaan untuk panas adalah yang agak sifat stabil, elemen penginderaan harus selalu ditempatkan di atas panas sumber. Hal ini dilakukan untuk meminimalkan bandwidth dari jangkauan kontrol. Itu transfer panas dalam jenis sistem ini terutama dicapai dengan konveksi proses. Gambar 4-7 menunjukkan cara yang realistis untuk menempatkan elemen penginderaan dalam jenis sistem. Para agitator dari sistem ini digunakan untuk mendistribusikan konveksi arus dan untuk meminimalkan gradien termal dan lag termal. Pemilihan Pengendalian Sistem Thermal
Pemilihan kontroler yang sesuai untuk sistem termal tertentu melibatkan sejumlah pertimbangan penting. Pada dasarnya, controller kinerja harus sesuai dengaan penerapan sistem untuk memastikan untuk dapat mencapai tingkat yang diinginkan dari kontrol.
Gambar 4-7. Sebuah penempatan elemen Penginderaan dalam sistem panas stabil.
Selain itu, proses seleksi harus mempertimbangkan rentang operasi suhu rekening, waktu respon, resolusi sensitivitas, mode kontrol, dan sensor tipe. Bila faktor-faktor puas,controller harus kompatibel dengan sistem dan penerapannya. Kisaran suhu operasi pengontrol mengacu pada bagian atas dan ekstrem suhu yang lebih rendah dimana controller akan merespon. Rentang operasi terutama ditentukan oleh jenis penginderaan elemen yang digunakan dan operasi mekanis atau listrik kontroler. Sensor listrik Khas menanggapi suhu dengan menghasilkan tegangan, mengubah perlawanan, membandingkan warna, atau menanggapi inframerah radiasi. Yang berisi cairan sensor, dengan perbandingan, menanggapi suhu oleh perubahan variasi memproduksi dalam volume cairan, perubahan gas atau uap tekanan, atau dimensi perubahan dari bahan padat.Dalam prakteknya, rentang suhu pengendali bervariasi banyak antara produsen yang berbeda. Beberapa rentang perwakilan adalah -100 ° F sampai 600 ° F, 200 ° F sampai 1500 ° F, dan -20 ° F hingga 275 ° F (-3 ° C sampai 315 ° C, 93 ° C untuk 815 ° C, dan -28 ° C sampai 135 ° C) selama termostat dan penginderaan Sensor panas elemen. Dalam sistem yang berisi cairan, rentang perwakilan mungkin 350 ° F untuk 650 ° F (176 ° C sampai 343 ° C) atau di suatu tempat dalam -450 ° F hingga 1400 ° F (-267 ° C sampai760 ° C) batas. Sistem termokopel umumnya menanggapi rentang yang sangat luas suhu, dengan ekstrem mulai dari -400 ° F hingga 3200 ° F (-240 ° C sampai 1760 ° C). Sistem Thermoresistive mencakup berbagai -430 ° F ke 1800 ° F (-256 ° Cuntuk 982 ° C). Karena masalah nonlinier selama termistor, berbagai sistem memiliki rentang temperatur operasi sempit. Kisaran
ini
dapat
diperpanjang,
namun,
dengan
menggunakan
elemen
penginderaan alternatif dalam suatu sistem.Inframerah sensor menanggapi suhu dalam kisaran -20 ° F hingga 5400 ° F (-30 ° Csampai 3000 ° C). Jenis sensor
tidak ditempatkan dalam kontak langsung dengan panas sumber. Waktu respon pengontrol adalah ukuran waktu yang dibutuhka nelemen sensing untuk menghasilkan sinyal yang pada akhirnya akan memulai sistem perubahan negara. Untuk sebagian besar, faktor ini juga ditentukan oleh jenis elemen penginderaan yang digunakan oleh sistem. Response time biasanya berdasarkan waktu yang dibutuhkan sensor untuk memulai persen 63,2 perubahan nilai lebih outputnya dikalibrasi. Sensor listrik yang tipikal adalah dari jenis switch atau termostat bimetalstrip,
atau
termokopel,
thermoresistor
detektor,
dan
termistor.
Sensor
Nonelectrical adalah dari gas atau berisi cairan jenis. Waktu respon dari elemen penginderaan adalah faktor utama dalam pemilihan controller. Ketika kecepatan tinggi respon yang dibutuhkan, termistor dan thermoresistor elemen detektor biaya. Tanggapan kali mulai 0,035-5 detik (s) yang khas. Waktu respon dari termokopel yang berikutnya, dengan kisaran 0,04-7,5 s. Termostat dan thermoswitches agak lebih lambat, dengan waktu respon yang dimulai dari 1 s. Terisi elemen penginderaan tumpang tindih beberapa sensor listrik, dengan tanggapan
waktu
0,5
sampai
10-an
atau
lebih.
Untuk menunjukkan waktu respon dari sensor, kami akan menjelaskan bagaimana suatu termistor merespon elektrik. Thermistor perubahan nilai resistansi yang sesuai waktu,
dengan biasanya
suhu
lingkungan
dinyatakan
di
dalam
mana
ia
konstanta
ditempatkan. waktu.
Tanggapan
Waktu
konstan
termistor adalah waktu yang diperlukan, dalam detik, untuk itu untuk mengubah 63 persen dari nya nilai resistansi ketika mengalami sebuah lingkungan baru atau berbeda. Di hal ini, sebuah termistor diambil dari lingkungan 72 ° F dan ditempatkan di lingkungan dari 172 ° F akan berubah sampai suhu 135 ° F dalam satu waktu konstan. Hal ini didasarkan pada kenyataan bahwa 172 ° F dikurangi 72 ° F menghasilkan sejengkal 100 ° F, 63 persen dari 100 adalah 63, dan 72 ditambah 63 sama dengan 135. Ini berarti bahwa termistor berjalan melalui perubahan 63 persen pada suhu dan ketahanan dalam satu waktu yang konstan. Dalam prakteknya, lima konstanta waktu yang diperlukan untuk termistor untuk benar-benar mencerminkan suhu lingkungan yang baru berubah. Secara umum, waktu respon sangat tidak signifikan dalam sistem dimana suhu tetap cukup
konstan untuk waktu yang lama. Dalam sistem di mana perubahan suhu terjadi sering dan cepat, akan tetapi upaya waktu menjadi pertimbangan yang sangat penting dari sistem. Resolusi sensitivitas controller biasanya mengacu pada spesifik jumlah perubahan suhu yang dibutuhkan oleh controller tertentu untuk memulai perubahan negara. Ekspresi khas sensitivitas diberikan sebagai ditentukan jumlah derajat atau sebagai beberapa persentase dari total pengawasberbagai operasi skala. Dalam prakteknya, sensitivitas adalah ukuran yang baik dari pengontrol suhu bandwidth. Proses perubahan pengendali baik sensitivitas ke kontrol akurat panggilan untuk sejumlah desain hati-hatibprosedur. Sebagai aturan, ini berarti bahwa sensitivitas yang baik agak lebih mahal untuk dicapai. Untuk sebagian besar aplikasi, kepekaan kontroler 2 ° F untuk 5 ° F (1,1 ° C hingga 2,7 ° C) lebih dari cukup bila sistem yang benar diinstal. Beberapa perwakilan kepekaan untuk termostat dan thermoswitches yang 0 ° F sampai 1 ° F, 1 ° F sampai 5 ° F, 5 ° F sampai 10 ° F, dan 2 ° F sampai 8 F (0 ° ° C menjadi 0,5 ° C, 0,5 ° C menjadi 2,7 ° C, 2,7 ° C hingga 5,5 ° C, dan 1,1 ° C menjadi 4,4 ° C). Pada berisi cairan pengendali, sensitivitas perwakilan adalah 2 ° F sampai 8 ° F (1,1 ° C menjadi 4,4 ° C). Termistor dan elemen termokopel yang jauh yang paling sensitif dari semua detektor, dengan 1 ° F atau 0,2 persen dari rentang suhu menjadi nilai-nilai khas.
Mode Pengendalian
Cara kontrol menggambarkan metode yang kontroler menyesuaikan sistem suhu untuk mengembalikannya ke tingkat yang diinginkan. Dalam prakteknya, sistem termal menggunakan modus dua posisi (on-off), proporsi mengendalikan, atau kontrol PID. Dalam modus dua posisi kontrol, sumber adalah hanya dimatikan bila suhu beban telah melebihi setpoint nilai. Ketika suhu beban turun dibawah nilai setpoint, sumber dihidupkan lagi untuk kembali ke tingkat yang diinginkan
.
Gambar 4-8, menunjukkan respon suhu khas kontroler dua posisi. Sebagaimana modus
dicatat, ada banyak overshoot-menembak terlalu osilasi dalam
inikendali.
Modus
proporsi
kontrol
menyediakan
sarana
suhu
variabelpenyesuaian. Hal ini mengurangi overshoot-menembak terlalu masalah modus dua posisi operasi. Dalam sistem termal listrik, proporsi kontrol dicapai hanya dengan mengubah jumlah daya diterapkan pada elemen pemanas. Salah satu jenis kontrol proporsi disebut waktu tingkat kontrol. Tipe kontrol yang digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan tepat kontrol suhu proses. Proporsi Waktu beroperasi di sama cara sebagai on-off control ketika suhu proses berada di luar dari band proporsional. Bila suhu mendekati setpoint nilai dan memasuki band proporsional, perangkat beban diaktifkan dan off pada waktu yang ditetapkan. Pada batas bawah dari band, waktu ON adalah lebih besar daripada waktu OFF. Karena suhu mendekati setpoint, yang rasio pada perubahan waktu OFF, dan jumlah waktu menurun sebagai dari waktu meningkat. Hal ini menyebabkan perubahan dalam kekuatan efektif dikirimkan ke elemen pemanas beban kerja. Pada dasarnya, ia memiliki pengaruh penyumbatan kembali yang menghasilkan overshoot suhu kurang. Tindakan dan mematikan terus sampai waktu adalah sama. Ketika ini terjadi, ini menunjukkan bahwa sistem memiliki mencapai keadaan seimbang dan suhu berada pada titik tepat di bawah setpoint nilai. Ketika controller waktu proporsi mencapai keadaan seimbang atau menjadi stabil, ada terkulai sehingga atau offset dalam suhu nilai. Dalam profil proporsi waktu operasional pada Gambar 4-9, offset sedikit di bawah nilai setpoint. Kondisi ini akan terus sebagai selama tidak ada perubahan mendadak dalam beban kerja. Jika offset tidak dapat ditoleransi, ada cara untuk kompensasi untuk itu dengan menggabungkan proporsional mengontrol dengan yang lain modus operasi. Kontrol integral, misalnya, dapat ditambahkan ke kontrol proporsional untuk mencapai kontrol PI. Kontrol integral atau reset operasi di mana tingkat perubahan dalam output sebanding dengan input. Kontrol Integral dapat dicapai secara manual oleh operator. Penyesuaian ini membawa suhu di Gambar 4-8. Respon dari kontroler dua posisi.perjanjian dengan nilai setpoint. Ketika kontrol
manual yang digunakan,
menyebabkan suhu perjanjian dalam rentang yang
sempit dari nilai setpoint untukyang disesuaikan. Jika ada perubahan drastis dalam suhu, perjanjian antara setpoint dan suhu proses akan hilang. Pedoman penyesuaian ulang umumnya memerlukan pemantauan terus menerus dari output suhu. Gambar 4-10 menunjukkan profil waktu versus suhu proporsional kontrol dengan reset manual. Fungsi reset otomatis kontrol terpisahkan memungkinkan controller sirkuit untuk secara otomatis mengkompensasi offset sebelum itu ada. Sebuah integrator sirkuit secara otomatis mengkompensasi perbedaan antara setpoint dan suhu operasi. Operasi ini secara otomatis drive suhu sampai dengan nilai setpoint Gambar 4-11 menunjukkan waktu versustemperature profil dari kontroler proporsional ditambah integral. Perhatikan bahwa kondisi mengimbangi tidak ada dalam profil operasional. Semua prosedur kontrol suhu yang telah kita bahas sampai saat ini telah menunjukkan masalah overshoot suhu. Ini adalah titik di mana suhu naik jauh di atas nilai setpoint di normal operasi. Dalam beberapa operasi suhu, kondisi ini tidak bisa ditoleransi. Hal ini dapat dicegah atau dikurangi dengan menambahkan turunan atau tingkat mengontrol ke kontroler proporsional. Jenis kontroler kemudian menjadi proporsional ditambah turunan instrumen.
Gambar 4-9. Waktu proporsi profil operasional.
Gambar 4-10. Waktu versus suhu profil dari kontrol proporsional dengan manual reset.
Gambar 4-11. Waktu proporsi ditambah kontrol integral.
Kontrol derivatif merupakan fungsi antisipatif. Mengukur tingkat kenaikan suhu dan pasukan operasi menjadi sebuah proporsi tindakan atas dasar dipercepat untuk mengurangi peningkatan. Jenis sirkuit operasi mencegah tingkat besar overshoot selama start-up operasi dan mengurangi overshoot ketika gangguan cenderung mendorong suhu atas atau bawah. Tindakan derivatif adalah operasi kontrol di mana output adalah proporsional dengan perubahan tingkat input. Suhu pengendali yang menggabungkan proporsi, integral, dan operasi derivatif disebut instrumen PID. Jenis kontroler digunakan untuk proses sulit yang mengakibatkan gangguan sering, dan aplikasi dimana presisi pengaturan suhu diperlukan. Sebuah timeversus-suhu profil dari pengoperasian pengontrol PID ditunjukkan pada Gambar 4-12. Perhatikan bahwa suhu tidak memiliki terkulai dan mengurangi jumlah overshoot pada awal operasinya. Secara elektronik, jenis ini kontrol dapat dicapai dengan sirkuit terpadu standar.
Kontrol Beban
Unsur pengawasan akhir sistem termal listrik diarahkan oleh sinyal yang dikembangkan oleh controller. Elemen kontrol hanya berubah dan mematikan pada beberapa tingkat yang diinginkan atau disesuaikan untuk beberapa nilai yang mempertahankan
Gambar 4-12. PID pengontrol waktu / profil suhu. suhu sistem pada tingkat yang diinginkan. Elemen terakhir kontrol menentukan aksi kontrol dicapai dengan output. Secara elektronik, output kontrol dilakukan dengan relay elektromagnetik, solid-state relay, dan solidstate perpindahan perangkat. On-off control dan waktu tingkat kontrol dapat dilakukan dengan elektromagnetik relay. Relay elektromagnetik memiliki kumparan energi dengan kontak listrik yang merespon aksi dari koil. Perangkat ini memiliki bagian yang bergerak dan sus terhadap upaya getaran dan kegagalan mekanik. Itu kehidupan operasional relay dapat diperpanjang dengan mengurangi jumlah beban dikontrol oleh kontak. Relay, bagaimanapun, menghasilkan positi istirahat di rangkaian beban, yang merupakan karakteristik operasional penting. Relay dapat dipasang dalam posisi apapun, mudah untuk menginstal dan pelayanan, dapat memiliki sejumlah kontak normal terbuka dan normal tertutup, dan cukup murah Sebuah relay solid-state (RSK) umumnya digunakan dalam operasi controller untuk mengubah status atau beban listrik. Ia tidak memiliki bagian yang bergerak dan memberikan listrik isolasi antara output controller dan energi listrik sumber. Hal ini juga tahan terhadap guncangan mekanik dan getaran, memiliki cepat waktu respon, dan tidak memiliki masalah kontak bouncing. Switching perangkat dari RSK dapat menjadi sebuah transistor, penyearah silikon yang dikuasai, atau triac. Semua dari arus beban dikendalikan harus melalui perangkat switching. Sebagai aturan itu, dilengkapi dengan strip logam atau wastafel untuk pembuangan panas. Sebuah relay solid-state secara efektif dapat digunakan untuk menggantikan
elektromagnetik relay sebagai alat
kontrol kekuasaan. Kerugian meliputi
ketidakmampuan untuk memberikan istirahat sirkuit positif, biaya awal, ambien suhu kerusakan kerentanan, sementara garis tegangan kerusakan, dan kegagalan ketika mengalami kondisi dinilai terlalu tinggi. Solid-state perangkat switching yang banyak digunakan untuk mencapai kontrol beban dalam pengoperasian kontroler. Perangkat ini meliputi transistor, siliconcontrolled rectifier, dan triac. Kegagalan mekanik berkurang karena tidak ada bagian yang bergerak yang terlibat dalam prosedur kontrol. Solid-state beralihjuga bertanggung jawab untuk variabel kontrol beban. Hal ini memungkinkan berbagai proporsi operasi pengendalian dicapai. Salah satu jenis proporsikontrol dicapai dengan mengatur jumlah siklus listrik daya yang disediakan oleh sumber ke beban dalam periode waktu tertentu (lihat waktu tingkat suhu kontrol prosedur Gambar 4-13). Sistem yang mempekerjakan jenis kontrol menghasilkan tingkat yang sangat rendah dari gangguan listrik karena power dihidupkan dan dimatikan pada titik persimpangan nol. Beberapa produsen pengendali merujuk pada jenis kontrol sebagai nol tegangan switching (ZVS). Sebuah sirkuit ZVS tunggal terintegrasi yang tersedia untuk operasi ini.Sebuah metode alternatif untuk mencapai kontrol proporsi listrik mempekerjakan prinsip penembakan fase-sudut. Dalam metode ini, triac atau dual SCRs digunakan untuk mengaktifkan daya listrik ke elemen pemanas sistem untuk hanya sebagian dari siklus, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4-14. Tahap-sudut penembakan, sebagai aturan, menghasilkan beberapa paku sementara diucapkan di saluran listrik ac. Sebuahn sistem menggunakan jenis kontrol harus memiliki beberapa bentuk transientspikepenindasan. Tahap-sudut kelambatan meningkatkan efisiensi operasional dan memungkinkan kontrol yang tepat dari perangkat beban.
Gambar 4-13. Waktu-tingkat suhu kontrol.
Gambar 4-14. Tahap-sudut suhu kontrol. Sistem Pengisian
Selain proses kontrol listrik, kontrol proporsi dapat dilakukan dengan sistem diisi. Perubahan output sensor dapat digunakan untuk mengubah lengan wiper dari potensiometer. Dalam aksi ini, bermotor katup dapat disesuaikan dengan tingkat suhu yang berbeda. Melalui
Gambar 4-15. Proporsi potensiometer.
Gambar 4-16. Listrik suhu controller. proses kontrol, posisi katup dapat diubah untuk posisi apapun dari tertutupsampai 100 persen terbuka, tergantung pada penyimpangan setpoint. Gambar
4-15
menunjukkan
potensiometer
proporsi,
dan
Gambar
4-16
menunjukkan listrik pengontrol sirkuit yang dapat digunakan baik untuk posisi dua atau proporsi mengontrol. Sensor
Sensor-elemen operasi merupakan pertimbangan sangat penting ketika memilih pengendali sistem termal untuk aplikasi tertentu. Demikian hal waktu respon, suhu operasi jangkauan, sensitivitas resolusi, dan pengulangan tergantung pada elemen sensor. Selain itu, ukuran fisik sensor memiliki banyak hubungannya dengan lokasi komponen desain instalasi dan prosedur. Elemen penginderaan Dipenuhi
terutama
dirancang
untuk
merespon
perubahan
suhu
dengan
menghasilkan perubahan fisik dalam tekanan atau volumesensitive komponen. Controller jenis ini menggunakan elemen penginderaan atau bola lampu, tabung kapiler, dan komponen-tekanan atau volume yang sensitif seperti tabung Bourdon,
bellow, atau diafragma. Elemen penginderaan atau bola dari sistem penuh berisi cairan atau gas yang mengubah volume atau tekanan dengan suhu. Tekanan-atau volume sensitif bagian dari sistem merespon perubahan ini dengan memberikan gerakan atau perubahan fisik yang diterapkan pada elemen kontrol. Perbandingan nilai setpoint dan output sensor kemudian menentukan tindakan kontroler. Kelas I diisi sistem menggunakan cairan selain merkuri. Inerthidrokarbon, seperti xylene, adalah sangat umum. Sensor jenis ini memiliki tingkat ekspansi yang enam kali lebih besar dari merkuri. Karakteristik Adari sensor ini adalah ukurannya yang kecil. Kelas II elemen memiliki tekanan media mengisi baik cair dan bentuk gas. Kombinasi dari dua antarmuka dalam bola penginderaan untuk menghasilkan uap. Ada empat kombinasi yang berbeda dari cairan-gas elemen: label IIA, IIB, IIC, dan IID. Kelas III mengacu pada sistem berisi gas. Nitrogen digunakan untuk kondisi sampai 800 ° F, dan helium digunakan untuk temperatur yang sangat rendah. Tipe ini dari sensor dibuat agak besar dan agak lebih lama dari yang lain untuk mengurangi gangguan suhu sepanjang kapiler. Kelas IV sistem diisi menggunakan merkuri sebagai medium. Air raksa memiliki waktu respon yang cepat dan sangat akurat. Hal ini juga memberikan besar menghadapi kekuatan fisik untuk menjalankan elemen tekanan-sensing. Pada tinggi Termal Sistem 159 suhu, tekanan dapat mencapai 1.200 psi, sedangkan turun menjadi 400 psi pada ujung bawah kisaran suhu. Sistem merkuri umumnya diisi digunakan dalam aplikasi industri. Termostat
Secara umum, termostat dan sensor Sensor panas lebih lambat dalam menanggapi waktu dibandingkan dengan unsur-unsur penginderaan lainnya. Misalnya, termostat harus menghasilkan beralih tindakan fisik mendistorsi sebuah bimetal mengupas dengan penerapan panas. Sebagai aturan, beberapa derajat respon kapur diperlukan untuk menyebabkan elemen bahan bimetal untuk bereaksi. Standar waktu respon berkisar dari 1sampai 10 detik atau lebih. Sebuah cepat merespons Sensor panas memiliki ekspansi tinggi luar shell dan ekspansi rendah internal strut perakitan. Suhu di mana kontak membuat dan memutuskan dapat disesuaikan dengan sekrup suhu-penyesuaian. Sebuah termostat dengan perakitan disk bimetal ditunjukkan pada Gambar 4-17. Elemen penginderaan
memiliki efek positif sekejap bertulang. Tindakan ini dikenal untuk pengulangan dan kehandalan. Termostat jenis ini dikalibrasi di pabrik dan ditempatkan di sebuah kandang tamperproof. Termokopel
Sebuah termokopel penginderaan elemen terdiri dari dua logam berbeda kabel terhubung dalam kontak isotermal. Koneksi isotermal mungkin dicapai dengan pengelasan, peleburan, atau memutar dua kabel bersama-sama.
Gambar 4-17. Disk bimetal thermostat: Cutaway menggambar. (Courtesy Philips Technoiogies / Airpax Perlindungan Group) 160 Sistem Kontrol Proses Industri Ketika termokopel dihubungkan ke rangkaian, seperti pada Gambar 4-18, itu berfungsi sebagai persimpangan panas-sensing (TH). Jika satu persimpangan dipertahankan pada referensi suhu (TC), besarnya arus yang dihasilkan akan sebanding dengan suhu di persimpangan diukur (TH).Dalam
prakteknya,
output
dari
sensor
termokopel
diukur
dalam
milivolt.Dalam beberapa aplikasi, output dari termokopel millivolt sebuah ditransposisikan ke suhu untuk indikasi pada skala dikalibrasi. Dalam controller operasi,
tegangan
keluaran
termokopel
dibandingkan
dengan
setpoint
tegangan penyesuaian untuk menentukan tindakan kontroler. Beberapa jenis amplifikasi biasanya dibutuhkan untuk membuat perbandingan ini. Hari ini, opamps
digunakan
secara
eksklusif
untuk
mencapai
amplifikasi
ini.
Gambar 4-19 menunjukkan penguat masukan termokopel dengan dingin-junction kompensasi. Sirkuit ini memiliki 10-mV / ° C keluaran. Keuntungan dicapai oleh
penyesuaian jaringan umpan balik terdiri dari resistor R7 dan R8. LM335 adalah presisi dikalibrasi IC suhu. Ini menanggapi sebagai twoterminal zener dioda, tegangan tembus yang berbanding lurus untuk temperatur absolut di +10 mV / K. Perangkat ini memungkinkan dingin-junction suhu kompensasi dari termokopel. LM329B adalah presisi suhu kompensasi 6,9-V dioda zener referensi. Para LM308A adalah opamp yang merespon dengan baik untuk arus masukan yang rendah dan memiliki rendah mengimbangi tegangan. Dalam controller, output dari sirkuit ini terhubung ke satu input dari komparator tegangan. Masukan alternatif berasal dari sirkuit setpoint. Nilai-nilai dari kedua tegangan dibandingkan dan menentukan output dari sirkuit. Berbagai modifikasi dapat dibuat untuk memungkinkan ini sirkuit yang akan digunakan dalam controller.
Gambar 4-18. Termokopel sirkuit
Gambar 4-19. Termokopel penguat
Sensor Termoresistif
Thermoresistive penginderaan-elemen operasi didasarkan pada properti logam tertentu untuk mengubah perlawanan dengan perubahan suhu. Ini perubahan dalam perlawanan kemudian dapat digunakan untuk mengubah arus dalam listrik sirkuit. Mereka juga dapat digunakan untuk mengembangkan tegangan yang dapat mengubahdiperkuat ke tingkat yang akan memungkinkan kontrol. Dari semua bahan yang digunakan dalam elemen thermoresistive, platinum cenderung memiliki karakteristik yang paling diinginkan. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 4-20 perlawanan dari platinum linear untuksuhu dari 9 ° C sampai 800 ° C. Selain tinggi; platina tidak berubah secara fisik untuk suhu di bawah1200 ° C. Kekuatan tarik platinum 18.000 psi dan daya tahannya 60.0Ω/circular juta pada 0 ° C. Elemen thermoresistive Industri disebut ketahanan suhu detektor. Elemen-elemen ini memiliki waktu respon 0,035 untuk 5s untuk suhu -100 ° F hingga +1000 ° F, dengan toleransi 0,1 persen dan ± 0,01 pengulangan persen.Perubahan resistansi dari sebuah RTD cukup kecil di bawah operasi normal kondisi. Sebagai aturan, dapat digunakan untuk merasakan perubahan suhu secara langsung sebagai rasa variasi dalam tegangan resistor saat-driven, atau untuk output-resistensi perubahan dalam rangkaian jembatan. Biasanya, dikembangkan tegangan digunakan untuk mengontrol perangkat beban. Opamps digunakan secara eksklusif
hari ini di controller yang merespon sensor RTD. Gambar 4-21
menunjukkan sirkuit dari sebuah OpAmp referensi disesuaikan suhu-sensing sirkuit. RTD dari sirkuit ini terhubung dalam umpan balik jalan opamp. Hambatan dari RTD bervariasi dari 100 untuk 200Ω selama rentang suhu. Keuntungan dari opamp diubah oleh perubahan ini. 584 M adalah sebuah IC multireference adjustable yang diatur untuk 6.2-V output pada emitor dari transistor 2N2219. Potensiometer
R2
digunakan
untuk
mengubah
tegangan
referensi
ini.
Potensiometer R4 dan R6 mengatur rentang dan offset opamp. Penyesuaian rentang dibuat pertama, dengan mengubah R2 untuk menghasilkan output 1,8 V ketika 266 ° C diterapkan. Offset penyesuaian dibuat dengan mengubah nilai R4 sehingga output adalah 0 V pada 0 ° C. Skala dari rangkaian tersebut adalah agak sewenang-wenang. Pada umumnya, output rentang tegangan terutama didasarkan pada perangkat diberi makan oleh rangkaian. Sirkuit ini memungkinkan suhu 0 °
C sampai 266 ° C untuk diukur sebagai tegangan dari 0-1,8 V. Termistor adalah jenis tambahan elemen penginderaan thermoresistive dari jenis semikonduktor atau solid-state. Sesuai namanya, termistor adalah resistor sensitif temperatur. Perbedaan antara termistor dan platinum thermoresistive elemen yang ditunjukkan pada Gambar 4-20. Hambatan dari termistor
Gambar
4-20.
Perbandingan
resistensi/suhu
termistor
dan
platinum
detektor thermoresistive. tetes nilai dengan meningkatnya suhu. Karakteristik ini dikenal sebagai negatif suhu koefisien. Waktu respon dari termistor membandingkan baik dengan elemen thermoresistive. Perangkat ketahanan suatu termistor dapat dipilih dari sejumlah nilai yang berkisar dari beberapa MQ pada -100 ° C samp ai kurang dari 1Ω pada 400 ° C. Penggunaan termistor sebagai elemen kontrol untuk menggerakkan perangkat beban umumnya memerlukan beberapa tingkat amplifikasi. Sebagai aturan, jumlah amplifikasi diperlukan untuk mencapai kontrol didasarkan pada perangkat beban yang didorong oleh controller. Opamps yang umum digunakan dalam industri pengendali hari ini. Controller dapat digunakan untuk mencapai on-off, proporsional, atau sebanding dengan kontrol integral dan derivatif. Termistor ini perubahan diperkuat tegangan sebagai akibat dari perubahan suhu digunakan untuk memvariasikan beban ing perangkat sesuai dengan jenis modus controller
yang
dibutuhkan.
Gambar
4-22
menunjukkan
sirkuit
dari
disederhanakan on-off suhucontroller. Termistor ini digunakan dalam rangkaian jembatan. Menyeimbangkan jembatan adalah setara dengan menyesuaikan
setpoint dari sirkuit untuk beberapa diinginkan suhu. Perubahan suhu termistor menyebabkan jembatan untuk pergi tidak seimbang dan menghasilkan perubahan yang sesuai pada tegangan di input dari opamp. Tegangan ini kemudian diperkuat dan diterapkan ke beban perangkat. Jika beban, seperti elemen pemanas, dikendalikan oleh sebuah relay atau silikon dikontrol penyearah (SCR), on-off kontrol dapat dicapai. Ketika sebuah
Gambar 4-21. Referensi Adjustable Op Amp RTD suhu-sensing sirkuit. kekuasaan transistor atau IC digunakan untuk mengubah konduksi beban, beberapa derajat variabilitas tercapai. Hal ini memungkinkan kontrol proporsional atau PID.
INSTRUMENTASI SUHU Instrumentasi adalah istilah umum untuk perangkat atauprosedur yang digunakan dalam pengukuran dan evaluasi dari aplikasi proses industri. Suhuinstrumentasi lebih khusus karena berlaku untuk hal-hal yang digunakan untuk menguji dan mengevaluasi suhu sistem. Tepat Pengukuran suhu adalah faktor kunci dalam hampir semua manufaktur operasi, terlepas dari produk terkait. Dalam termal, sistem instrumentasi dapat diterapkan untuk setiap bagian diskrit sistem. Hal ini penting bahwa seseorang bekerja dengan jenis sistem (atau aplikasi kontrol proses yang merespon temperatur) memiliki pemahaman tentang dasar prinsip-prinsip instrumentasi.Cara yang umum untuk mengklasifikasi semua suhupengukuran instrumen adalah dengan rentang operasi suhu setiap perangkat. Gambar 4-23 menunjukkan sebuah operasi instrumen kisaran perbandingan
grafik. Perhatikan bahwa beberapa instrumen mungkin mampu mengukur suhu lebih sama diberikan jangkauan, tetapi tidak semua instrumen yang cocok untuk pengukuran
suhu
tertentu.Pemilihan
instrumen
tertentu
juga
harus
memperhitungkan seperti
Gambar 4-22. On-off suhu controller.
Gambar 4-23. Instrumen mengukur suhu jangkauan. (Courtesy Honeywell, Inc) hal waktu respon, akurasi, harapan hidup, dan metode dasar operasi. Secara umum, alat ukur harus kompatibel dengann kemampuan controller, proses, dan sistem.
INSTRUMENTASI NON ELEKTRIK
Pengukuran temperatur dibagi menjadi dua klasifikasi umum: non electrical instrumen dan instrumen listrik atau elektronik. Nonelectrical instrumentasi dikembangkan pertama dan mungkin memiliki lebih aplikasi hari ini daripada instrumentasi listrik atau elektronik. Nonelectrical instrumentasi dasarnya
mencontohkan
prinsip
ekspansi.
Perubahan
suhu
menyebabkan
perubahan dimensi dalam bahan padat, atau menyebabkan gas, uap, atau cairan untuk berkembang. Sebagai hasil dari tindakan ini, perubahan suhu bisa diubah menjadi perubahan fisik atau mekanis yang dapat dibaca pada skala dikalibrasi. Sistem Pengisian Termometer
Prinsip ekspansi volumetrik cair dengan suhu semakin meningkat ing adalah salah satu metode tertua yang digunakan untuk penentuan suhu. Batang kaca
termometer,
yang
menggunakan
prinsip
ini,
adalah
dikembangkan oleh GD Fahrenheit pada abad kedelapan belas. Dalam umum berbagai -500 ° F sampai 1000 ° F, jenis indikator tentang pentingnya dengan metode lainnya hari ini. Termometer sistem penuh-adalah tabung kaca, dengan lubang kecil bosan memanjang dan reservoir bola di salah satu ujungnya. Konstruksi ini ditunjukkan pada Gambar 4-24. Ketika reservoir diisi dengan cairan, udara yang tersisa dikeluarkan dari tabung dan bagian atas tabung disegel. Hal ini menciptakan sistem tertutup ekspansi termal.Dalam wadah tertutup yang memiliki luas volume tetap tapi lebih besar, cair akan memperluas menurut suhu lingkungan. Perluasan murni merkuri adalah 0,01 persen / ° F, dan linear dari pembekuan perkiraan yang titik -38 ° F hingga titik didih 1000 ° F. Aplikasi industri termometer yang umum. Beberapa termometer secara permanen terpasang ke suatu sistem, sementara yang lain portabel.Dalam kedua kasus, termometer terbatas untuk mengarahkan aplikasi membaca yang tidak mudah beradaptasi dengan situasi pengendalian rekaman atau otomatis.Dengan beberapa derajat modifikasi, adalah mungkin untuk beradaptasi termometer prinsip untuk melakukan operasi ini.
Gambar 4-24.Pengisian termometer Pengisian suhu-pengukuran instrumen adalah hasil dari modifikasi ini. Sebuah instrumen-pengukuran suhu diisi mirip dengan penginderaan elemen, tabung kapiler, dan tekanan-volume elemen dari sistem yang penuh- controller. Dalam instrumen-pengukuran suhu, hasil akhir yang operasi pembacaan dapat digunakan pada skala dikalibrasi. Suhu jangka perekam sering digunakan untuk menggambarkan jenis perangkat dalam industri. Khas industri penuh-sistem termometer biasanya mempekerjakan diagram lingkaran sebagai skala dikalibrasi, dengan pena rekaman melekat pada unsur tekanan. Gambar 4-25 menunjukkan pembesaran spiralnBourdon unsur alat rekaman. Instrumen jenis ini tersedia untuk kelas I, II, III atau operasi. Ini memiliki rentang dari -450 ° F sampai 1450 ° F.
Gambar 4-25. Dipenuhi sistem elemen tekanan pengukuran.
Termometer Bimetal
Termometer bimetal adalah nonelectrical suhu-pengukuran instrumen yang menemukan tentang jumlah yang sama dari penerimaan dalam industri sebagai termometer kaca bohlam. Termometer bimetal menggunakan koefisien
prinsip ekspansi linier. Prinsip ini menyatakan bahwa yang solid bahan akan mengubah
dimensi
ketika
suhunya
berubah.
Jika
dua
jenis dari sambungan logam terikat bersama-sama dan dipanaskan, yang dihasilkan Strip akan menekuk ke arah logam dengan ekspansi yang lebih rendah tingkat.
Jumlah
defleksi
yang
terjadi
yang
terjadi
sebanding
dengan
persegi panjang, dan perubahan total dalam suhu berbanding terbalik dengan untuk ketebalan material. Untuk mengambil keuntungan penuh dari prinsip ekspansi, elemen dari bimetal termometer harus agak lama. Dalam prakteknya, elemen tersebut dibentuk menjadi spiral datar atau heliks tunggal. Ujung luar dari elemen kemudian dipasang pada struktur dan tangan menunjukkan melekat ke dalam
akhir
longgar.
Peningkatan
suhu
menyebabkan
elemen
untuk
angin, yang menghasilkan defleksi jarum jam. Gerakan yang menunjukkan tangan register perubahan suhu pada skala dikalibrasi. Gambar 4-26 menunjukkan contoh termometer bimetal spiral elemen. Elemen penginderaan, dalam hal ini, terkena untuk cepat dan akurat respon terhadap suhu permukaan. Dimana aplikasi menuntut perlindungan yang lebih baik; elemen dapat terlindung oleh penutup . INSTRUMENTASI LISTRIK DAN ELEKTRONIKA
Instrumentasi listrik berbeda dari pengukuran nonelectrical teknik dalam beberapa cara. Pertama, listrik harus diberikan oleh sumber tambahan untuk membuat fungsi sistem. Kedua, transducer digunakan untuk mengubah variasi suhu menjadi sinyal listrik. Tipe ini instrumentasi juga memiliki keuntungan kecil massa unsur-unsur penginderaan dari daerah pengukuran. Selain itu, instrumentasi elektronik cocok baik untuk aplikasi portabel, yang meningkatkan fleksibilitas dari peralatan pengukuran. Instrumentasi listrik dan elektronik diklasifikasikan menurut operasi dasar prinsip unsur penginderaan. Ini termasuk resistensi perubahan,
generasi
tegangan,
radiasi,
dan
perbandingan
optik.Elemen
penginderaan atau transduser instrumen ini harus memiliki kemampuan untuk membedakan antara perubahan suhu dan menilai jumlah panas dalam obyek. Temperture-Transduser pengukurana dalah sama dengan yang digunakan dalam elemen sensor pengontrol. Di Bahkan, sensor elemen sering digunakan secara bergantian di controller dan suhu recorder, dan ini fungsi yang sering
dikombinasikan untuk mencapai kontrol dan suhu indikasi dalam jenis rekaman kontroler. Operasi dari beberapa instrumen penting tersedia secara komersial dan digunakan oleh industri sekarang akan dibahas.
Instrumentasi Thermoresistant
Thermoresistant instrumentasi didasarkan pada properti tertentu logam untuk mengubah perlawanan ketika mengalami untuk memanaskan. Secara umum, semua logam memiliki
Gambar 4-26. Sebuah bimetal termometer dengan spiral elemen: (A) Kembali melihat, (B) pandangan samping, (C) Ganda Fahrenheit dan Celcius skala.
ini pertimbangan karakteristik ke mana, tetapi tertentu yang
mempengaruhi logam yang digunakan. Yang paling signifikan dari pertimbangan ini adalah kemurnian dari logam dan kemampuannya untuk dibentuk menjadi kawat halus. Selain itu, logam harus merespon perubahan suhu yang cepat, memiliki berulang koefisien suhu, merespon pada rentang resistensi linier, dan memiliki resistensi yang tinggi terhadap rasio perubahan suhu.Sensor instrumen thermoresistant adalah sepotong panjang kawat, di bentuk kumparan, luka di sekitar inti keramik. Seluruh djemaah adalah kemudian dibungkus dalam selubung pelindung. Koneksi ke kumparan kawat dibuat dengan melewatkan lead melalui
inti keramik. Hal ini membentuk pertemuan stres lega. Untuk elemen resistensi detektor khas termal,panjang aktif sensor kecil dibandingkan dengan seluruh jemaah itu.Thermoresistive elemen penginderaan dibangun dari sejumlah logam biasa dan paduan, termasuk platinum, nikel, tungsten, dan tembaga. Vanadium, rhodium, perak, besi, dan tantalum digunakan sesekali. Platinum adalah yang terbaik cocok untuk aplikasi industri karena sudah tersedia di hampir keadaan murni dan dapat dengan mudah dibentuk menjadi kawat. Selain itu, ia memiliki linear perlawanan selama rentang yang sangat berguna. Keakuratan platinum sehingga baik yang berfungsi sebagai standar internasional untuk mengukur suhu antara -297,35 ° F dan 1102 ° F. Layar atau pembacaan instrumen thermoresistant diperoleh dengan menghubungkan output penginderaan-elemen ke sirkuit jembatan, dua, tiga, dan empat-kawat jembatan sirkuit konfigurasi yang digunakan saat ini. Sebuah twowire sederhana jembatan rangkaian ditunjukkan pada Gambar 4-27. Perhatikan bahwa elemen RTD adalah terhubung ke jembatan sebagai RX. Hubungan perlawanan dari rangkaian jembatan pada Gambar 4-27, ketika itu seimbang, akan ditampilkan dalam formula ini: R2/R3 = R1/RX Ketika keseimbangan terjadi, arus melalui R2 dan R3 sama bahwa melalui R1 dan RX (elemen RTD). Sebuah defleksi nol meter menunjukkan ini kondisi.Untuk menentukan suhu, resistansi sensor RTD harus pertama ditentukan. Dalam prakteknya, R3 disesuaikan untuk menghasilkan indikasi keseimbangan pada galvanometer setelah RTD telah berubah nilai. Ketika itu adalah seimbang, perlawanan dari RTD kemudian ditentukan dengan rumus: RTD = R3/R2 × R1
Gambar 4-27. Sebuah Dua-kawat jembatan-pengukuran suhu sirkuit.
Ketika nilai dari elemen RTD ditentukan, suhu bisa ditentukan oleh nilai ini pada grafik ketahanan suhu. Sirkuit suhu Khas jembatan sering R3 dikalibrasi
dalam suhu nilai-nilai, bukan perlawanan. Akibatnya, ketika sirkuit yang seimbang, suhu membaca langsung dari dial dikalibrasi atau pada skala. Sebuah, otomatis self-balancing, jembatan Wheatstone perlawanan termometer rangkaian ditunjukkan pada
(A) Gambar 4-28. Dengan jenis sirkuit, setiap kondisi
ketidakseimbangan yang disebabkan oleh panas diterapkan pada elemen perlawanan diakui dan dikoreksi oleh motor balancing slide-kawat resistor. Sebuah indikasi dari perubahan ini kemudian direkam pada skala cocok atau diagram. Pengoperasian termometer jembatan diri seimbang didasarkan pada tegangan dc dikembangkan di rangkaian jembatan sebagai akibat dari resistensi elemen. Setiap tegangan dc muncul di AA diubah menjadi tegangan ac dengan tindakan dari rangkaian opamp helikopter. Dengan masukan transformator tindakan, iniac melangkah dan diterapkan untuk penguat tegangan di BB. Output penguat tegangan di CC ini kemudian digunakan untuk menggerakkan power amplifier. Power-amplifier output pada DD kemudian mengontrol rotasi dan arah motor balancing. Mesin koneksi dari motor dan slide-kawat potensiometer dilakukan melalui e-E. Sebagai hasil dari tindakan ini, peningkatan atau penurunan resistensi elemen secara otomatis dialihkan ke fisik berubah dalam slide-kawat resistensi, yang nulls jembatan. Tindakan ini dapat juga digunakan untuk
menggerakkan
stylus
rekaman
atau
membelokkan
meter,
yang
mengindikasikan suhu dari elemen perlawanan. Suhu dari perekam jenis ini biasanya digunakan untuk memonitor nilai temperatur terus menerus dalam aplikasi
kontrol
proses.
Sebuah
Selain
keluarga
pengukuran-perangkat
thermoresistant adalah portabel jenis pembacaan digital instrumen. Instrumen tipe ini akan mengukur suhu pada rentang -200 ° F sampai 1000 ° F (-128 ° C sampai 537,7 ° C). Resolusi instrumen ini dengan platinum RTD Probe
Gambar 4-28. Otomatis self-balancing termometer. adalah 0,1 ° F (0,05 ° C). Model yang sama memiliki rentang dari -50 ° C sampai 500 ° C, 0 ° F untuk 2000 ° F, dan 0 ° C hingga 1370 ° C. Menempatkan probe sensor pada permukaan atau dalam bentuk cair,bubuk, udara, atau gas menyebabkan pembacaan digital instan yang akan diperoleh. Diagram blok sederhana dari termometer digital perwakilan ditunjukkan pada Gambar 4-29. Operasi dari sirkuit ini berpusat di sekitar analog-ke-digital (A / D) converter. Ini bagian dari sirkuit yang dirancang untuk mengubah suhu (informasi analog) menjadi sinyal digital. Berbagai Sebuah metode konversi yang berbeda dapat digunakan. Biasanya, A / D converter adalah tegangan ke frekuensi proses konversi: Perubahan suhu menyebabkan perubahan tegangan, yang kemudian diterjemahkan ke dalam fre quency. Itu frekuensi muncul sebagai serangkaian pulsa yang mewakili biner informasi. Data-data ini kemudian dihitung, diterjemahkan, dan diterapkan pada pembacaan sebagai tampilan suhu. Waktu respon layar sangat cepat. Beberapa model dari termometer ini akan memicu dan tahan sebentar pada suhu penginderaan maksimal. Kegunaan dari perangkat ini dan kesederhanaan operasional dan akurasi membuatnya menjadi industri yang sangat populer suhu-pengukuran instrumen. Thermocouple Indikator Indikator suhu Thermocouple menanggapi sifat listrik dari logam. Ketika dua logam berbeda yang dipanaskan pada umum connection, tegangan dc yang dihasilkan. Tegangan yang dihasilkan diukur pada ujung-ujung bebas dari kabel termokopel dapat digunakan untuk menunjukkan suhu diterapkan pada persimpangan
pengukuran. Gambar 4-30 menunjukkan disederhanakan sirkuit diagram dari indikator suhu termokopel. Dalam industri aplikasi, ini jenis instrumen yang biasa disebut millivolt sebuah pirometer atau hanya pirometer a.Komponen dasar dari sebuah
pirometer
termasuk
tipe
d'Arsonval
dari
galvanometer,
elemen
penginderaan termokopel, dan kompensasi ulang
Gambar 4-29. Blok diagram dari termometer digital. .
Gambar 4-30. Suhu pirometer.
sistor. Ketika panas diterapkan untuk persimpangan pengukuran termokopel, sebuahtegangan yang dihasilkan muncul di bagian ujung bebas, atau sambungan referensi. Tegangan ini menyebabkan arus yang sesuai pada rangkaian seri dibentuk oleh meter coil, resistor kompensasi, dan termokopel. Arus melalui kumparan meteran menghasilkan medan elektromagnetik yang bertentangan
dengan permanen magnet bidang magnet berbentuk tapal kuda sekitarnya koil.
Interaksi
antara
medan
elektromagnetik
yang
dihasilkan
dan
medan magnet permanen menyebabkan kumparan meter untuk memindahkan atau membelokkan.
Sebuah
menunjukkan
pointer
melekat
pada
kumparan
menampilkan jumlah defleksi pada derajat atau milivolt.Beberapa jenis termokopel yang tersedia saat ini untuk industri aplikasi. Kombinasi dari logam harus memiliki cukup linier suhu-millivolt hubungan untuk menjadi nilai dalam jenis pengukuran.
Gambar 4-31 menunjukkan suhu-millivolt karakteristik
Gambar 4-32. Termokopel menunjukkan perekam suhu untuk keseimbangan terus menerus.(Courtesy Honeywell, Inc)
dari jenis umum beberapa termokopel. Sebuah perekam yang menunjukkan sirkuit diagram untuk terus-balance termokopel suhu-pengukuran sistem ditunjukkan pada Gambar 4-32. Perhatikan bahwa sirkuit ini mirip dengan resistensi jembatan self-balancing Wheatstone termometer pada Gambar 4-28. Perbedaan utama antara dua sirkuit adalah di koneksi termokopel ke jembatan, tapi final pengoperasian
sirkuit
ini
pada
dasarnya
sama.
Tahap
konversi
dari rangkaian pada Gambar 4-32 menggunakan unit elektromagnetik bukan sebuah
Gambar
4-31.
Suhu-millivolt
karakteristik
termokopel
khas.
176 Sistem Kontrol Proses Industri OpAmp. Jenis konversi telah tersedia selama beberapa tahun, dan dapat diandalkan dan banyak digunakan dalam perekam suhu. Ketika pengukuran termokopel yang lebih akurat yang diinginkan, adalah umum untuk menggunakan dingin-junction kompensasi. Dalam situasi ini, referensi persimpangan ditempatkan antara termokopel dan perangkat meter atau pembacaan. Sambungan referensi kemudian dipertahankan pada suhu konstan 0 ° C (32 ° F). Variabel-satunya yang tetap adalah suhu dingin persimpangan dan hambatan dari referensi-junction kabel pembacaan timah. Khusus dingin persimpangan kompensator dan es-titik sel menyederhanakan pengukuran ini teknik. Instrumentasi Termistor
Termistor adalah salah satu temperature measuring paling sederhana dan paling serbaguna tersedia komponen. Komponen ini, menjadi perangkat solidstate, berbeda dari rekan RTD dengan memiliki suhu negatif koefisien hambatan. Akibatnya, peningkatan suhu menyebabkan yang sesuai penurunan resistensi. Efek ini adalah kebalikan dari yang di logam yang memiliki koefisien temperatur positif. Hambatan dari termistor terutama dikendalikan oleh suhu lingkungannya. Bila menggunakan termistor tertentu, adalah mungkin untuk memprediksi bagaimana akan merespon perubahan suhu. Referensi-suhu perlawanan dan suhu lingkungan di mana termistor ditempatkan harus diketahui untuk menentukan respon. Prediksi jenis ini dapat dicapai dengan menggunakan pabrikan
perlawanan- suhu tabel. Proses pengukuran suhu dengan termistor hanya melibatkan memantau perubahan sirkuit yang sesuai pada arus atau tegangan. Rangkaian pada Gambar 4-33 menunjukkan sumber energi dc, sebuah resistor variabel, sebuah termistor, dan microammeter a. Setiap perubahan suhu yang terjadi sekitar thermistor akan menghasilkan perubahan arus. Dengan meter dikalibrasi jenis
sirkuit,
rangkaian kawat,
nilai
suhu,
pembacaan
langsung
thermistor mungkin berlokasi
komponen
misalnya,
tanpa
hanya
mengganggu
menambahkan
dapat
diperoleh.
jarak jauh dari akurasi.
sedikit
yang lain
Tambahan
perlawanan
Dalam
tembaga
sirkuit
ke
biasanya tinggi resistansi sirkuit. Resistor variabel (R1) menyediakan kalibrasi untuk rangkaian termistor pada Gambar 4-33 Kisaran microammeter memiliki banyak hubungannya dengan pengaturan dari R1. Hal ini umumnya disarankan untuk membuat kalibrasi multipoint untuk sirkuit jenis ini, sebuah termistor khas tidak biasanya memiliki berbagai linearitas. Hal ini juga penting untuk memiliki tegangan sumber stabil ketika sirkuit yang digunakan untuk jangka waktu yang lama, ini akan menjamin kalibrasi yang tepat. Tegangan sumber harus disimpan minimal nilai untuk mengurangi efek pemanasan sendiri dari thermistor. Termistor biasanya digunakan dalam jenis jembatan konfigurasi sirkuit. Sebuah jembatan telah meningkatkan sensitivitas terhadap jenis rangkaian sirkuit. Jembatan dapat diberi energi dengan baik ac atau sumber daya dc. Mereka memiliki voltmeter atau ammeter indikator dan empat lengan perlawanan. Sensitivitas
Gambar 4-33. Suhu termistor-pengukuran sirkuit.
indikator menentukan suhu-range kemampuan sirkuit. Dalam beberapa kasus, defleksi skala penuh dari meteran mungkin sesuai dengan pembacaan hanya itu.Gambar 4-34 menunjukkan jembatan empat lengan sederhana thermistor
membentuk
salah
satu
lengan.
Sebuah
di mana
microammeter
atau
millivoltmeter digunakan sebagai indikator. Resistor variabel digunakan untuk menyeimbangkan jembatan. Jembatan mungkin seimbang untuk null pada suhu berapa saja dalam kisaran operasi thermistor. Bila jembatan ini nulled, rumus berikut ini berlaku: R1/R3 = R2/R4 Nilai R2 kemudian dapat ditentukan dengan rumus transposing sehingga: R2 = R1 × R4/R3 Jika R3 dan R4 adalah nilai yang sama, R4/R3 sama dengan 1. Ini berarti bahwa pengaturan R2 langsung menunjukkan perlawanan dari thermistor. Termistor resistensi untuk suhu apapun dapat secara akurat ditentukan jika presisi resistor disesuaikan digunakan untuk R2. Sebuah perlawanan dekade kotak atau dikalibrasi slide-kawat resistor biasanya
digunakan
untuk
tujuan
ini.
Hambatan
nol
kemudian
dapat
dikonversikan ke satuan suhu, dalam derajat. Dalam komersial jembatan termistor disiapkan, pengaturan perlawanan dari R2 dapat lulus
Gambar 4-34. Termistor jembatan. langsung dalam derajat. Nilai suhu yang diambil langsung dari pengaturan dari resistor. Ketika termistor dua digunakan dalam jembatan, diferensial perbandingan dapat dibuat. Jika kedua termistor ditempatkan di lengan yang berbeda dari jembatan, ketidakseimbangan sirkuit lebih besar terjadi dengan setiap perubahan suhu; jadi jika termistor cocok digunakan, adalah mungkin untuk mendeteksi suhu perubahan sekecil 0,0005 ° C. Gambar 4-35 menunjukkan
termistor dua jembatan sirkuit. Ketika termistor yang digunakan untuk menggerakkan perangkat yang mencapai beberapa bentuk pengukuran, umumnya membutuhkan amplifikasi. Dalam hal ini, termistor sedang digunakan untuk mendapatkan data, seperti perubahan suhu, untuk mencapai kontrol sirkuit atau perangkat beban. Suatu pengendalian disederhanakan termistor rangkaian ditunjukkan pada Gambar 4-36. Ketika sirkuit diberi energi oleh saklar, resistor R1 harus disesuaikan untuk menghasilkan indikasi null pada milliammeter. Ini mengkalibrasi sirkuit untuk suhu lingkungan. Tamak termistor dengan tangan akan menyebabkan ketidakseimbangan dan menghasilkan arus membaca di milliammeter tersebut; menghapus tangan akan menyebabkan sirkuit membaca untuk kembali ke keadaan nol. Sebagai aturan, setiap perubahan dalam perlawanan termistor akan menyebabkan respon dalam output dari sirkuit ini. Resistor R2 bisa dipertukarkan untuk input dc relay solid-state dan memberikan kontrol dari beban yang cukup besar.Suhu termistor-pengukuran sirkuit pada dasarnya sensitif, stabil, dan cepat merespon. Mereka membutuhkan sirkuit agak sederhana, memimpin
Gambar 4-35. Diferensial termistor jembatan. panjang bukan masalah yang signifikan, dan polaritas perangkat tidak efektif mengubah operasi sirkuit. Selain itu, termistor tidak memerlukan referensi suhu atau dingin-junction kompensasi, dan agak murah. Kelemahan nya adalah non-linear di atas rentang yang luas dan ketidakstabilan untuk suhu lebih dari 200 ° C. Kemampuan termistor untuk menghasilkan perubahan dalam perlawanan
yang hampir seluruhnya merupakan fungsi temperatur membuatnya perangkat penting pengukuran.
Gambar 4-36. Termistor kontrol sirkuit RADIASI PIROMETER
Pyrometry
Radiasi
mengacu
pada
metode
untuk
mengukur
suhu
dari suatu obyek dengan jumlah energi panas terpancar dari permukaannya, Melalui metode pengukuran, suhu dapat ditentukan tanpa kontak langsung dengan objek. Jenis khusus dari sistem optik dipekerjakan yang mengumpulkan energi terlihat dan inframerah dan fo cuses pada detektor elemen, yang mengubah energi ini terkonsentrasi menjadi listrik sinyal. Sinyal tersebut kemudian diperkuat dan diterapkan pada elemen pembacaan atau tampilan, yang menunjukkan suhu dengan defleksi meter, rekaman grafik mekanisme, layar digital, atau terminal komputer. Gambar 4-37 menunjukkan diagram dari sistem pirometer radiasi. Detektor
energi
dari
pirometer
radiasi
sering
mempekerjakan
perangkat yang dikenal sebagai sebuah thermopile. Secara teknis, thermopile adalah sejumlah termokopel diskrit terhubung bersama-sama secara seri. Energi panas adalah difokuskan melalui lensa optik ke pusat thermopile tersebut. Komposit output dari perangkat ini adalah tegangan dc yang berbanding lurus dengan jumlah energi panas yang jatuh di permukaan.
Gambar 4-37. Sederhana radiasi pirometer suhu-pengukuran sistem. Sebuah pirometer radiasi dapat mengukur suhu antara 70 ° F dan3500 ° F (21 ° C ke 1926 ° C) dengan sasaran sekecil 6mm. Diagram tersebut unit ditunjukkan pada Gambar 4-38. Unsur foton detektor khusus digunakan dalam unit ini untuk mengubah energi panas menjadi energi listrik dc. Sinyal terganggu 1.380 kali per detik dengan helikopter, yang mengubah dc yang menjadi sinyal ac. Sinyal ini kemudian diperkuat oleh high gain operasional penguat dan diterapkan pada demodulator. Sinyal lain helikopter, dengan pulsa dalam sinkronisme dengan sinyal asli, diterapkan pada demodulator masukan. Output demodulator adalah sinyal dc yang diterapkan pada meter atau perakitan pembacaan. Instrumen tipe ini cocok untuk mengukur suhu di atmosfer tungku, objek bergerak di rolling mills, atau mereka di luar jangkauan alat ukur suhu-konvensional.
Termometri Inframerah
Sejumlah kemajuan yang unik di optoelektronik teknologi telah mengakibatkan dalam berbagai inframerah (IR) termometer untuk industri dan ilmiah digunakan. Jenis pengukuran noncontact izin instrumen permukaan yang panas, bergerak perangkat, dan wilayah yang tidak terjangkau di lokasi terpencil. Ini akan mengukur suhu tinggi dan rendah pada jarak pendek dan dapat disesuaikan untuk jarak jauh target. Pengukuran memiliki akurasi dalam 1 persen untuk suhu sampai 5400 ° F (3000 ° C), dengan waktu respon 250 ms. Hampir semua unit jenis ini memiliki pilihan laser-penampakan yang membuatnya mudah untuk menentukan target kecil pada jarak dalam kondisi cahaya rendah. Teori operasional sebuah termometer inframerah adalah optoelektronik prinsip. Energi yang dipancarkan oleh semua benda memiliki suhu lebih besar dari nol mutlak. Emisi energi meningkat sebagai objek akan lebih panas. Hal ini memungkinkan pengukuran suhu dengan menentukan jumlah energi yang dipancarkan dari permukaan objek.
Para
dipancarkan
energi
radiasi
di
bagian
inframerah
dari
spectrum
elektromagnetiktrum. Sebuah versi genggam dari pirometer radiasi dengan pembacaan digitalsering digunakan. Perangkat ini biasanya menggunakan vakumdisimpan khususultrastable IR sensor dari-logam komplementer-semikonduktor oksida-(CMOS)-sirkuit terpadu keluarga. Instrumen ini terutama dirancang untuk mengukur suhu sampai 3200 ° F (1760 ° C) melalui api dan asap tebal.
Gambar 4-38. Diagram dari sebuah pyrometer inframerah Itu sering merespon energi di kisaran 3,5-4,1 mikron. Rentang respon sempit meminimalkan kesalahan yang disebabkan oleh pantulan dari dinding dan api. Pembacaan suhu dari instrumen yang diperbarui tiga kali per detik. Instrumen ini mengukur suhu objek sampai 150 ft pergi dan akan merespon diameter target hanya1 dalam dari jarak 10 ft termometer pistol gaya ringan adalah tujuan umum instrumen yang merespon gelas cair, keramik, logam, terak, dan anil bahan.
RINGKASAN
Dari semua proses manufaktur yang digunakan dalam industri saat ini, suhu yang paling sering digunakan. Lebih dari 50 persen dari pengukuran dibuat dalam industri bidang yang berhubungan dengan melibatkan beberapa bentuk pengukuran suhu. Dalam sistem termal, sumber energi beroperasi dengan mengubah energi dari satu bentuk ke sesuatu yang berbeda. Energi kimia dan listrik merupakan sumber energi khas utama untuk panas. Jalur transmisi sistem termal mungkin cair, padat, atau gas. Transfer energi terjadi melalui konduksi, konveksi radiasi, atau. Pengendalian sistem termal dirancang untuk mengubah jalan aliran panas antara sumber dan beban perangkat. Controller biasanya bertanggung jawab untuk operasi sistem. Itu beban sistem termal menerima panas dari sumber dan melakukan bekerja fungsi. Indikator sistem terutama bertanggung jawab
untuk
mengukur
suhu.
Industri
termal-sistem
sumber
biasanya
menggunakan bahan bakar fosil atau listrik untuk menghasilkan panas. Bahan bakar
fosil
sistem
menggabungkan
bahan
bakar
dan
oksigen
ke
menghasilkan panas. Energi listrik digunakan untuk menghasilkan panas di 3500 ° F untuk 5000 ° F jangkauan. Arc, perlawanan, dan pemanasan induksi yang dihasilkan oleh listrik. Controller digunakan dalam sistem panas untuk mencapai fungsi kontrol. Sebuah controller indra suhu sistem dan memutuskan jumlah panas diperlukan untuk memenuhi tuntutan setpoint operasi. Kontroler akurasi ditentukan oleh gradien suhu, lag termal, lokasi komponen dan controller seleksi. Instrumentasi Suhu mengacu pada hal-hal yang terutama dirancang untuk menguji dan mengevaluasi suhu sistem. Nonelectrical instrumen menanggapi prinsip ekspansi ketika perubahan suhu terjadi. Unsur memiliki diisi cair, gas, atau uap disegel dalam elemen tertutup; dan ketika panas diterapkan, materi disegel mengembang sesuai. Termometer gelas diisi tabung menanggapi prinsip ini. Sebuah sistem yang penuh- termometer mempekerjakan elemen sensing, tekanan-menanggapi elemen, dan perangkat grafik atau pembacaan. Termometer bimetal adalah nonelectrical instrumen di mana bahan berbeda berkembang pada tingkat yang berbeda dan menyebabkan e lemen yang bengkok atau berubah bentuk. Instrumentasi
