Sistem Termal ( Temperatur )
-
Upload
andri-amanatullah -
Category
Documents
-
view
493 -
download
44
Transcript of Sistem Termal ( Temperatur )
SISTEM TERMAL
Tujuan Penulisan
Setelah mempelajari makalah ini, diharapkan pembaca akan mengerti tentang :
1. Operasi dari sebuah sistem thermal dasar. 2. Beberapa sistem termal yang digunakan di industri. 3. Bagaimana pengendalian dicapai dalam suatu sistem termal. 4. Bagaimana on-off kontrol dicapai. 5. Mengidentifikasi berbagai mode kontrol dari sistem termal. 6. Peran instrumentasi elektronik dalam sebuah sistem termal. 7. Peran termal-sistem sensor dan transduser. 8. Bagaimana radiasi infra merah digunakan untuk 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 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 dalamgulungan kawat dan frekuensi tegangan ac tinggi diterapkan untuk koil.Kelvin (K)-Sebuah skala temperatur absolut didasarkan pada 100 Celcius unitantara 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 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 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 solid-state 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 untuk mentransfer panas ke sekitarnya atau badan lain
Gradien-A Termal ukuran nilai suhu, dimulai dari sumber dan bergerak menuju beban.
Lag-A Termal keterlambatan dalam distribusi panas yang terjadi antara sumberdan beban. Termistor Sebuah resistor sensitif temperatur. ThermocoupleSebuah 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 dalamdiberikan 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 nilaidari suatu proses turun di bawah beberapa nilai setpoint yang telah ditentukan.
Zero-tegangan switching-Sebuah prosedur kontrol waktu-proporsi yangmenyebabkan 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 akan mengarah ke pengukuran yang lebih baik. Sistem yang
memanfaatkan pengolahan termal harus memproduksi atau menghasilkan panas,
untuk memberikan jalan dimulai dari tindakan kontrol dan memanfaatkan energi
untuk mencapai fungsi kerja tertentu, sehingga akhirnya dapat merekam suhu
variasi melalui teknik 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 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 dasar dari semua sistem yang difungsikan. 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, dan tindakan 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 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 mal
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 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 Bagian-
bagian 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 operasi-
mode 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 bimetal-
strip, 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 dengan suhu lingkungan di mana ia ditempatkan. Tanggapan
waktu, biasanya dinyatakan dalam konstanta waktu. 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 dicatat, ada banyak overshoot-menembak terlalu osilasi dalam
modus 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 sampai 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 suhu-
pengukuran 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 solid-
state, 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 nilai suhu, pembacaan langsung dapat diperoleh. Dalam
jenis sirkuit, thermistor mungkin berlokasi jarak jauh dari yang lain
rangkaian komponen tanpa mengganggu akurasi. Tambahan tembaga
kawat, misalnya, hanya menambahkan sedikit perlawanan 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 di mana
thermistor membentuk salah satu lengan. Sebuah 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 vakum-
disimpan 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
elektronik membutuhkan listrik untuk menghasilkan indikasi suhu. Indikator
termokopel menanggapi tegangan dc dihasilkan oleh panas. Nilai-nilai tegangan,
dalam rentang millivolt, dijabarkan ke nilai-nilai suhu yang ditampilkan oleh
meter, perekam strip, atau readouts digital.Termistor yang solid-state elemen yang
memiliki temperatur negatif koefisien. Peningkatan suhu termistor menyebabkan
penurunan dalam perlawanan termistor. Sirkuit Bridge biasanya digunakan untuk
menghasilkan pembacaan sinyal. Pirometer radiasi mengukur suhu suatu benda
dengan merasakan jumlah energi panas yang memancar dari permukaannya.
Sebuah optikm sistem berfokus energi infra merah pada elemen detektor yang
mengubahnya menjadi sinyal listrik. Sinyal pada akhirnya berlaku sendiri ke
perangkat pembacaan. Pirometer radiasi menikah dalam aplikasi tujuan umum s
ampaisampai 1000 ° F dan dalam aplikasi logam panas hingga 3500 ° F. Fitur
yang unik instrumen ini adalah bahwa mereka dapat mengukur suhu suatu yang
bergerak objek tanpa menyentuh objek.