کیا پی ایف اے ہیٹر کے اندرونی تھرموکوپل (ٹپ بمقابلہ مڈ پوائنٹ) کی سمت بندی کنٹرول لوپ کے استحکام کو تبدیل کرتی ہے؟

پی ایف اے ہیٹر اکثر درست درجہ حرارت کنٹرول ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں - سیمی کنڈکٹر گیلے بنچ، فارماسیوٹیکل ری ایکٹر، تجزیاتی آلات۔ ان میں عام طور پر ان بلٹ تھرموکوپل ہوتا ہے، جو دھاتی کور میں یا کور اور PFA میان کے درمیان مربوط ہوتا ہے۔ تھرموکوپل کی محوری پوزیشن (ٹپ بمقابلہ وسط پوائنٹ) کا کنٹرول لوپ کے استحکام پر بڑا اثر پڑتا ہے۔ ایک ٹپ-پوزیشن والا تھرموکوپل (ہیٹر کے دور دراز کے آخر میں) ہیٹر پر سب سے زیادہ گرم جگہ کی پیمائش کرتا ہے، بجلی کی تبدیلیوں پر تیزی سے ردعمل دیتا ہے، لیکن درجہ حرارت کے مقامی تغیرات کو بھی ماپتا ہے جو بلک فلو کی نمائندہ نہیں ہو سکتی ہیں۔ درمیانی-پوائنٹ پر ایک تھرموکوپل (سرد سرے سے ہیٹر کی لمبائی کا 50-70%) اوسط درجہ حرارت دیتا ہے، یہ آہستہ لیکن کم شور کے ساتھ جواب دیتا ہے۔ زیادہ تر مائع حرارتی ایپلی کیشنز کے لیے مڈ وے اورینٹیشن بہتر ہے، بہتر کنٹرول لوپ استحکام (کم دوغلی، کم اوور شوٹ) فراہم کرتا ہے کیونکہ یہ مقامی ہاٹ پیچ اور تھرمل گریڈینٹ کو فلٹر کرتا ہے۔ ٹپ اورینٹیشن کی سفارش صرف اس وقت کی جاتی ہے جب ہیٹر بخارات والے علاقے میں ہو یا جب ٹپ درجہ حرارت کی اہم حد ہو (مثلاً، مقامی ابلنے کو روکنے کے لیے)۔ ہم کنٹرول کے استحکام میں فرق کو مڈ وے بمقابلہ ٹپ پلیسمنٹ کے لیے متناسب بینڈ کی ضرورت میں 30-50% کمی کے طور پر شمار کرتے ہیں۔

ہیٹر کی پوری لمبائی میں تھرمل ڈائنامکس
مائع میں ڈوبے ہوئے عمودی PFA ہیٹر کے لیے درجہ حرارت کی تقسیم غیر-یکساں ہے۔ عام طور پر، ٹپ (نیچے) وسط پوائنٹ سے 5-15 ڈگری ٹھنڈا ہوتا ہے، کیونکہ ٹپ سرد سرے سے دور ہوتی ہے (جو گرمی کو ٹینک سے دور کرتی ہے)، اور مختلف بہاؤ کی رفتار کے زون میں ہو سکتی ہے۔ باؤنڈری لیئر میں حرارت کی ترسیل کم ہونے کی وجہ سے مائع کی سطح (گرم لمبائی کے اوپر) کے قریب کے علاقے میں درجہ حرارت اکثر 5-10 ڈگری زیادہ ہوتا ہے۔ کور میں درجہ حرارت (پی ایف اے کے اندر دھات) کافی زیادہ متغیر ہے: 80 ڈگری پانی میں 3 ڈبلیو/سینٹی میٹر پر، مڈ وے کور 150 ڈگری، ٹپ کور 140 ڈگری، اور زیادہ گرم زون کور 160 ڈگری ہو سکتا ہے۔ ٹپ پر ایک تھرموکوپل کم درجہ حرارت (سطح کی تبدیلیوں سے کم متاثر) کی نگرانی کرتا ہے جو زیادہ مستحکم ہوتا ہے۔ مرکز میں زیادہ گرم، زیادہ جواب دینے والے درجہ حرارت کے لیے تھرموکوپل ہے۔ مائع کی سطح کے قریب ایک تھرموکوپل سب سے زیادہ گرم، انتہائی تبدیل ہونے والے درجہ حرارت کی پیمائش کرے گا۔

جب پی آئی ڈی کنٹرولر کے لیے فیڈ بیک سینسر کے طور پر کام کیا جاتا ہے، تو تھرموکوپل کی جگہ کا تعین عمل کی متغیر خصوصیات کو کنٹرول کرتا ہے۔ ایک مڈ وے سینسر میں زیادہ تھرمل ماس ہوتا ہے (سینسر اور سیال کے درمیان زیادہ دھات اور پی ایف اے) اور اس لیے زیادہ وقت مستقل (τ=10-30 سیکنڈ) ہوتا ہے۔ ٹپ سینسرز کا تھرمل ماس چھوٹا ہوتا ہے (پتلی نوک پر کم مواد) اور کم وقت کا مستقل (τ=3–10 سیکنڈ)۔ جتنا کم وقت مستقل ہوتا ہے جواب اتنا ہی تیز ہوتا ہے، لیکن کنٹرول لوپ شور کے لیے اتنا ہی زیادہ حساس ہوتا ہے، اور اگر PID کے فوائد کو درست طریقے سے ٹیون نہیں کیا جاتا ہے تو اس کے دوہرنے کا امکان اتنا ہی زیادہ ہوتا ہے۔

کنٹرول استحکام کا موازنہ
بلک مائع بہاؤ کے حوالے سے تھرموکوپل لوکیشن عام وقت کا مستقل درجہ حرارت
ٹپ (5 سینٹی میٹر کے اندر سرے کے قریب) 3–8 بلک + 5–15 ڈگری اونچائی (ٹپ متغیر بہاؤ کے سامنے) کم متناسب فائدہ (P)، اعلی انٹیگرل ٹائم (I) دوغلا پن کا رجحان (بہت زیادہ حاصل کرنا)
لوئر کوارٹر (ٹپ 25%) 6–12 بلک + 8–20 ڈگری درمیانہ درمیانہ P، درمیانہ IStable اعتدال پسند
ہائیر P، لوئر I (تیز ردعمل، کوئی دولن نہیں) سب سے زیادہ مستحکم،

ایک سے زیادہ سینسر اوسطاً 10-20 (اوسط) اوسط سے اوپر کی کم از درمیانی سب سے زیادہ مستحکم (شور کو کم کرتا ہے)

ایک کنٹرول شدہ تجربہ 6 کلو واٹ PFA ہیٹر (لمبائی 1.5 میٹر، عمودی) کے ساتھ 500 L الیکٹروپلاٹنگ ٹینک میں مڈ پوائنٹ تھرموکوپل پوزیشن کے مقابلے میں متضاد ٹپ انجام دیا گیا۔ اسی پی آئی ڈی کنٹرولر کو استعمال کیا گیا تھا (ہر سینسر سائٹ کے لیے آزادانہ طور پر خودکار)۔ نتائج: