Kokios yra kelių{0} zonų temperatūros valdymo vienoje šildymo plokštėje parinktys?

Didelė plokštė su tik viena šildymo zona dažnai turi šaltesnį perimetrą, nes krašto nuostoliai yra didesni. Kelių-zonų valdymas leidžia padalyti plokštę į zonas, kurios yra atskirai reguliuojamos, todėl kraštinės zonos gali būti šiek tiek karštesnės, kad būtų kompensuojama, arba atskirti sritis, kad būtų išlaikytos skirtingos nustatytos vertės sudėtingiems procesams. Kelių-zonų sistemos užtikrina vienodumą ir proceso lankstumą tiksliai kaitinant, pvz., puslaidininkinių plokštelių gamyboje, laminavimo, vakuuminio formavimo ar laboratorinių karštų plokščių, kurių negali suteikti vienos -zonos sistema.

Kelių{0}}zonų kaitvietės gamyba
Kelių-zonų kaitvietę sudaro daugybė nepriklausomų šildymo kontūrų, įmontuotų plokštės korpuse. Kiekviena grandinė dažnai yra varžinis kaitinimo elementas (išgraviruota folija, viela arba atspausdintas storos -plėvelės pėdsakas) tam tikrame išdėstyme. Kiekviena zona turi savo specializuotą temperatūros jutiklį (paprastai termoporą arba varžos temperatūros detektorių (RTD)) ir yra valdoma specialia grįžtamojo ryšio kilpa. Zonos yra viena nuo kitos elektra izoliuotos, tačiau turi bendrą šilumą laidžią plokštelę (aliuminį, varį arba nerūdijantį plieną).

Kur yra šildymo elementai, nustatomos zonų ribos. Kiekviena zona turi būti 2–3 kartus didesnė už plokštės storį, kad būtų užtikrintas pakankamas nepriklausomumo laipsnis. Ši euristika sumažina šiluminį kryžminį pokalbį tarp gretimų zonų. Kuo plonesnės plokštės ar mažesnės zonos, tuo daugiau sąveikos sukuriama ir tuo sunkesnis nepriklausomas valdymas.

Tipiški zonavimo metodai
Pramoninėse ir laboratorinėse kaitlentėse naudojamos trys pagrindinės zonavimo schemos. Pasirinkimą lemia procedūros reikalavimai.

Perimetro zonos padidinimas (kraštų kompensavimas)
Šiluma, prarandama iš plokštės periferijos, yra daug didesnė nei iš jos centro, nes periferijoje yra didesnis paviršius, kurį supantis vėsesnis oras gali veikti. Todėl vienos zonos plokštės pakraščiuose temperatūra sumažėja. Kelių-zonų konstrukcijoje išorinė zona (arba tam tikras krašto žiedas) varomas didesne galia arba nustatyta aukštesnėje temperatūroje nei vidinės zonos. Tai lemia krašto nuostolius ir sukuria homogeninį temperatūros lauką visame plokštės paviršiuje.

Populiari konfigūracija yra 3 zonų žiedinė plokštė, vidinė apskrita zona, vidurinė žiedinė zona ir išorinė žiedinė zona. Priklausomai nuo plokštelės dydžio ir aplinkos sąlygų, išorinė zona yra 5–15 laipsnių šiltesnė nei nustatyta taškas viduryje. Stačiakampių plokščių atveju perimetro zona supa centrinę.

Gradiento valdymas
Kai kurioms operacijoms reikalingas tikslingas temperatūros gradientas visoje plokštėje. Tokie atvejai apima kietėjimo profilius, kai medžiagą reikia kaitinti laipsniškai, iš vienos pusės į kitą, arba terminį komponentų bandymą pagal reguliuojamą temperatūros rampą visoje porcijoje. Gradientas valdomas nustatant skirtingas gretimų zonų temperatūras. Zonų skaičius apibrėžia gradiento smulkumą.

Keturių-zonų linijinę plokštę galima atitinkamai nustatyti 50 laipsnių , 70 laipsnių , 90 laipsnių ir 110 laipsnių kampu (1 zona į vieną galą, 4 zona į kitą galą). Plokštės medžiaga praleidžia šilumą, tačiau atskira valdymo kilpa kiekvienoje zonoje palaiko vietinę kontrolinę vertę, nepaisant šilumos srauto iš gretimų zonų. Valdiklio derinimo adresai šiluminį skersinį ryšį; gradiento programos paprastai reikalauja didesnio proporcinio pelno.

Konkrečių dalių zonos
Automatiškai apdorojant galima kaitinti tik tas plokštės dalis, kuriose yra ruošinys. Pavyzdžiui, didžiulė plokštė su keliomis mažomis sekcijomis gali turėti atskiras zonas kiekvienai daliai išdėstyti. Sekcijos po dalimi įjungiamos siekiant taupyti energiją ir išvengti laisvų dalių perkaitimo. Tas pats metodas naudojamas karšto sandarinimo arba klijavimo įrangoje, kur reikia šildyti tik vietą, kuri liečiasi su dalimi.

Reikalingas dalių buvimo jutimas (pvz., optiniai ar mechaniniai jutikliai) ir valdymo mechanizmas, leidžiantis įjungti arba išjungti konkrečias dalis{2}}zonas. Pati šildymo plokštė turi turėti pakankamai smulkų zonų padalijimą, atitinkantį daikto išdėstymą.

Kelių{0}}zoninių plokščių valdymo sistemos specifikacijos
Kiekvienai zonai reikalingas atskiras temperatūros jutiklis ir atskira valdymo kilpa. Yra du valdymo sistemos variantai:

Kelių-kanalų PID valdiklis - Vienas prietaisas, kuris naudoja kelis termoporos arba RTD įėjimus ir suteikia kelis valdymo išėjimus (paprastai kietojo kūno reles arba tiristorius). Kiekvienas kanalas veikia nepriklausomai su savo PID parametrais. Šie valdikliai yra 2, 4, 8 arba 16 zonų versijose.

PLC su analoginiu I/O - Programuojamas loginis valdiklis (PLC) turi daugybę temperatūros įvesties modulių ir išvesties modulių, kurie programinėje įrangoje paleidžia nepriklausomas PID kilpas. Šis sprendimas yra lankstesnis daliniams-buvimo jutikliams, duomenų registravimui ir sąsajoms su aukštesnio lygio sistemomis.

Dėl šiluminio perjungimo kelių{0}}zonų derinimas yra sudėtingesnis nei vienos zonos derinimas. Elektros keitimas vienoje zonoje trikdo kaimynines zonas. Šiuolaikiniai PID valdikliai turi automatinio-derinimo funkcijas, kurios gali susidoroti su nedideliu pertrūkimu, tačiau stipriam sujungimui gali prireikti atsiejimo metodų arba modeliu{4}}pagrįsto valdymo.

3 zonų stačiakampės plokštės schemos paaiškinimas
Žemiau yra tipinė kelių zonų stačiakampė kaitinimo plokštė krašto kompensavimui (nėra vaizdo, bet pateikiamas tekstinis išdėstymas):

Plokštės bendrieji matmenys: 600 mm x 400 mm x 20 mm (aliuminis)

1 zona (centras): stačiakampė 300 mm × 200 mm zona centre. Šią sritį tolygiai dengia šildytuvo raštas.

2 zona (vidurinė): žiedinis 50 mm pločio stačiakampis visuose keturiuose 1 zonos kampuose. Šildytuvo raštas yra kitokia kilpa

3 zona (kraštas): atokiausias 50 mm perimetras. Šildytuvo raštas sutelktas kraštuose.

Kiekvienos zonos geometriniame centre implantuojama termopora. Kiekviena iš trijų zonų yra valdoma nepriklausomai 3 kanalų PID valdikliu. 3 zona nustatyta aukščiau už objektyvą 10 laipsnių, 2 zona yra 3 laipsniais aukštesnė už taikinį, o 1 zona nustatoma pagal tikslą, kad plokštės temperatūra būtų pastovi. Tikroji paviršiaus temperatūra, išmatuota infraraudonųjų spindulių kamera, atskleidžia ±1 laipsnio homogeniškumą ant plokštelės.

Dizaino problemos ir terminis skerspjūvis
Šiluminė izoliacija tarp zonų niekada nėra tobula. Šiluma visada teka iš karštesnio regiono į šalia esantį vėsesnį regioną. Šis skersinis pokalbis reiškia, kad nustatytos vertės pasikeitimas vienoje zonoje pakeis jos kaimynų temperatūrą. Tačiau tinkamas nepriklausomumas pasiekiamas naudojant atitinkamą zonos plotį ($\\geq 2-3$ $\\times$ plokštės storis) ir kruopštų PID derinimą.

Jei zonos yra per siauros arba plokštė per plona, ​​sistema veikia kaip viena zona su daugybe šildytuvų,{0}}tai nugali kelių zonų valdymo tikslą. Todėl kelių zonų šildymo plokštės dizainas turėtų būti pagrįstas baigtinių elementų analize arba eksperimentiniais bandymais, siekiant nustatyti minimalų zonos plotį reikiamam veikimui.

Kitas yra šildytuvo vatų tankio pasiskirstymas. Krašto zonoms gali prireikti didesnio vatų tankio (W/cm 2 ), kad būtų suteikta papildoma galia, reikalinga kraštams reguliuoti. Galios santykis tarp kraštinės ir centrinės zonų paprastai yra nuo 1,5:1 iki 3:1, priklausomai nuo plokštės dydžio ir krašto izoliacijos.

Kelių{0}}zonų valdymo privalumai ir trūkumai Privalumai:

Geresnis temperatūros tolygumas (kraštų kompensacija)

Galimybė nustatyti gerai{0}}apibrėžtus temperatūros gradientus

Konkrečios zonų išjungimo, skirtos energijos taupymui,{0}} dalis

Greitesnis šiluminis atsakas, jei tik dalis plokštės turi keisti temperatūrą

Apribojimai:

Brangesnis (daug jutiklių, šildytuvų ir valdymo kanalų)

Sudėtingesnė sąranka ir derinimas

Terminis skerspjūvis riboja teorinę nepriklausomybę

Padidintas minimalus plokštės dydis kelioms zonoms

Išvada
Kelių zonų temperatūros reguliavimas, užtikrinantis didesnį vienodumą ir lankstumą didelio formato šildymo plokštėse. Trys pagrindinės zonavimo metodikos yra perimetro zonos padidinimas kraštų kompensavimui, gradiento valdymas tyčiniams temperatūros profiliams ir tam tikros zonos{1}}, skirtos energiją taupančiam apdorojimui. Kiekviena zona yra valdoma savo jutikliu ir valdymo kilpa, paprastai įgyvendinama kelių kanalų PID valdikliais arba PLC. Terminis skerspjūvis tarp zonų yra neišvengiamas, tačiau jį galima sušvelninti naudojant zonų plotį, bent 2-3 kartus didesnį už plokštės storį ir kruopščiai sureguliavus valdiklį. Pažangus valdymas yra labai svarbus proceso tikslumo veiksnys nuo puslaidininkių gamybos iki pramoninio laminavimo. Procesams, kuriems reikalingas ±1 laipsnio homogeniškumas arba programuojami temperatūros gradientai, pasirenkamas sprendimas yra teisingai sukonstruota kelių zonų šildymo plokštė.