Маъруз бошқариш тизимига кириш режа: 1

Кимё технологиясида-асосий кўрсаткичлардан бири бу ҳароратдир.
Ҳарорат бу фундаментал физик катталик бўлиб, жисим микроскопик тизимидаги термодинамик холат акслантиради. Ҳароратни ўлчашда, унинг шкаласини (ҳароратни сон кўринишда белгилаш усули), шакиллантириш мухим ўрин тутади. Жисмнинг бирор сониядаги турғун холатдаги ҳарорат кўрсаткичи ўлчовчи қурилма шкаласида белгилаб чиқилади.
Умуман ҳароратни ўлчашда 3 та ҳарорат шкаласи қўлланилади. Энг кўп қўлланиладиган харакат шкаласи А. Цельсин 1742 й. таклиф этган, унинг юирли таянч нуқтаси, музнинг эриш ҳарорати (О ⁰ С) ва иккинчиси, сувнинг қайнаш (100⁰С) температураси. Г. Ференгейт биринчи таянч нуқта сифатида солянная кислота музлаш нуқтасини қабул қилади. 1848 й. Кельвин термодинамик ҳарорат шкаласини таклиф қилди, бу усул термодинамиканинг иккинчи қонунига асосланган.
Ҳароратни бир ҳарорат шкаласидан иккинчи ҳарорат шкаласига ўтказиш қуйидагича хисобланади:
_{ }⁰C)=_{ }⁰F)-32]
_{ }⁰С)+273,16
Хозирги кунда халқаро шкала МТШ-90 (ITS-90) қабул қилиниб, хамма таянч нуқталар ҳарорати кўрсатилган, шу таблицага асосан барча ҳарорат ўлчовчи қурилмалар шкаласи тузилади.
Ҳароратни ўлчовчи қурилмалар термометр деб аталади, улар контактли ва контактсиз бўлиши мумкин.
Термометрлар қаерда ишлатилишига қараб турли кўриниш ва усулларда тайёрланиши мумкин, энг кўп тарқалган термометрлар: дилатометрик, биметалли, шишали, манометрик, термопаралар, қаршилик термометрлари, термисторлар, ярим ўтказгичли, фотоэлектрик ва х.к. Термометрлар вақт ўтиши билан баъзи турлари йўқолиб, янги қулай, хавфсиз, аниқлиги юқори бўлган термометрлар пайдо бўлмоқда.
Кенгайиш термометрлар.
Бу термометрлар ишлаши жисмларнинг бир хил ҳароратда турлича кенгайишига асосланган. Кенгайишга асосланган термометрлар: шишали термометрлар; диламетрик ва биметалик. Шишали термометрлар ишлаш принципига; шишали найчага термосуюқлик қуйилади, найчадан хаво чиқарилиб ковшанланади. Термосуюқлик (симоб, амальгимиталий, спирт ва х.к.) шиша найча қиздирилса суюқлик шишага нисбатан хажм ўзгариши юқори бўлганлиги сабабли юқорига кўтарилади, натижада хар бир ҳарорат учун маълум масофа еблгилаб чиқиш мумкин бўлади, бу беогиларни ҳарорат шкаласи (кўрсаткичи) деб қабул қилинса, термометр хосил бўлади. Бундай термометрлар кўпинча корхона ишга туширилаётганда ва тажриба вақтида ишлатилган, технологик жараён даврида қўллаш ман этилган, суюқлик термометрлари медицинада кенг ишлатилган. Хозирги кунда жуда кам ишлатилади.
Динамик ва биметалик термометрлар.
Бу термометрларнинг ишлаш принципи турли металларнинг ҳароратга нисбатан турлича чизиқли ўзгаришига асосланган. Метал стерженларнинг ҳарорат ўзгариши катта бўлмаган 100:250 (^oC) чегиради чизиқли ўзгариши қуйидаги формула ёрдамида аниқланади.

Бу ерда _{ } ^oC стерен узунлиги, _{ }(^oC) стержен узунлиги,
_{ }ўзгаришдаги чизиқли узайиш коэффициенти.

8.1-расм. Дилотометрик термометр схемаси	8.2-расм. Биметаллик термометр схемаси

Дилотометрик термометр чизмаси 8.1-расмда келтирилган, бу қурилма асосан метал стержендан иборат бўлиб, у ўлчанаётган мухитга туширилади, мухитдан химоя қилиш учун тубка (1) билан ўралган. Ҳарорат ўзгарганда стержен узаяди (_{ }) ва ричаг 3 орқали ҳарорат шкаласидаги стреккини суриб ҳароратни кўрсатади. Дилатометрик термометрлар кўпинча кўрсатувчи қурилма эмас балки бошқарувчи қурилма сифатида ишлатилади. Масалан электро чайнакда сув қайнагач, уни ўчиради, агар чойнакдаги сув совуса ёқади. Саноатда бундай термометрлар ҳарорат бошқариш тизимларида кўп ишлатилади. Билитал термометр, расм 8-2; келтирилган , бу термометр икки металл стержендан тузилган, бу стерженлар бир-бирига махкам ёпиштирилган. Ҳарорат ўзгарганда икки стержен икки хил металлдан тузилгани учун, уларнинг чизиқли узайиши (_{ } тенг эмас натижада бир кўпроқ узаяди, иккинчиси камроқ, улар ўзаро боғланган бўлганликлари учун, стержен бир томонга оғади, натижада оғиш катталиги шкала ёрдамида ҳароратни кўрсатади. Биметал-термометрлар саноатда ҳароратни бошқариш тизимида қўлланилади. (масалан:Дазмолда)
2. Термоэлектрик ўзгартиргичлар.
Термоэлектрик термометр бу ҳароратни ўлчовчи қурилма бўлиб, термопара ва электрўлчовчи қурилмадан (миллиамперметр, автоматик потенциометр ва х.к.) иборат. Термометрлар пассив датчиклар дейилади, чунки ҳарорат кўтарилганда датчикда кучланиш пайдо бўлади, бу кучланишни ўлчаб ҳарорат хақида ахборот олинади.
Термо ЭДС ҳосил бўлиши. Металл симларда озод электронларнинг мавжудлигидир. Бу озод электронлар мусбат ионлар орасида хаотик (тартибсиз) харакат натижасида, озод электронлари бир металлдан иккинчисига (озод электронлар кам бўлганда) ўтади ва озод хадлар ўлчовчи қурилма орқали уланганда, тўпланган электронлар мувозанатга келишга харакат қилади ва зажирдан ток оқади. Хозирги кунда термопаралар турлари хақида маълумотларни справочниклардан топиш мумкин. [1,9,10]. Термопараларнинг баъзи кўп учрайдиган типларини кўриб чиқамиз.
Тип Т. Си ва константал. Бу термопара агрессив мухитда хам ишлаши мумкин, 0-370 ^oC оралиқда ҳароратни ўлчайди.
Тип J. Fe ва канстантал, вакумда, агрессив мухитда, 0-760 ^oC оралиқда ишлаши мумкин.
Тип E. 10% Ni/Cч ва канстантал, Бу термопара-200-900 ^oC қўлланилади.
Тип K. 10% Ni/Cч ва 5% Ni [Al] Si, бу термопара-200-1200 ^oC қўлланилади.
Тип R ва S. Pi/Rh ва Ri бу термопара-0-1480 ^oC оралиқда қўлланилади.
Тип B. Pi/Rh ва 6% Pi/Rh бу термопара-870-1700 ^oC оралиқда қўлланилади.
Ҳароратни термопара датчиги ёрдамида ўлчаганда уни албатта потенциометр (компенсиацион усул) ёрдамида кўрсатувчи қурилмага улаш керак, 8.3 расм ҳароратни ўлчашнинг автоматик потенсиометр ёрдамида ўлчаш схемаси келтирилган.

8.3-расм. Ҳароратни ўлчовчи автоматик потенсиометр.

Қаршилик термометрлар.

Азалдан маълумки электр токини ўтказувчи металлнинг асосий кўрсаткичи унинг токка нисбат қаршилик (R) кўрсаткичи. Ўз навбатида қаршилик (R) ўзгариши ҳароратга боғлиқлигидир, ушбу хусусиятдан фойдаланиб ҳарорат ўлчовчи датчиклар (R=_{ }яратилган ва бу датчиклар қаршилик термометрлари деб аталади. Иккинчи томондан қаршилик термометрлари бирор занжирга уланиб ундан ток ўтганда қаршилик қизий бошлайди. Энди унинг қизиш даражаси (ҳарорати) мухитга боғлиқ бўлиб қолади, яъний қаршиликдан иссиқликни олиб кетишга боғлиқ бўлиб қолади. Иссиқликни олиб кетаётган оқим тезлигига, солиштирма зичлиги, иссиқлик сиғими ва х.к. Асосий кўрсатгич бўлиб қолади, натижада оқим тезлиги, солиштирма зичлиги, иссиқлик сиғимини ўлчаш имконияти пайдо бўлади, қаршилик термометрлари шу айтилган кўрсаткичларни ўлчаш учун қўлланилса улар терморезистор деб атайдилар.
Терморезисторлар металлдан ва ярим ўтказгичлардан тайёрланади. Металл терморезисторлар тоза мис, платина, никел ва темирдан баъзида молибден ва вольфрамдан хом ашё тайёрланади.
Автоматлаштириш жараёнларида ярим ўтказгичли терморезисторлар қўллаб қўлланилади. Кўпинча улар қисқартириб термистор деб аталади. Термисторлар асосан марганец, некел, кобальт, германий ва кремный оксидлардан тайёрланади. Термисторлар наминал қаршилик юқори бўлиб, ҳарорат ошганда қаршилиги камаяди.

8.4-расм. ММТ1, КМТ-1 термисторлар чизмаси келтирилган.

8.4-расм. Термисторлар тизими схемаси келтирилган.

Бу термисторлар ярим ўтказгичли стержин 1 ва контактли қалпоқга 2 иборат бўлиб, эмал краска билан бўялган, 3 ток ўтказувчи симлардир. Термисторлар асосий элментлардан ташқари, металл фалга 4, химояловчи чехол 5, шишали изолятор 6, каби элементлардан иборат.
Терморезисторлар датчик сифатида икки режимда ишлатилади. Биринчи режимда ҳарорат датчикни ўраб турувчи мухит ҳароратига тенг бўлади, терморезистордан ўтаётган ток жуда кам бўлади ва терморезисторни қизитмайди. Иккинчи усулда терморезистор ўтаётган ток ёрдамида қиздирилади ва терморезистор ҳарорати ташқи мухитга боғлиқ бўлиб қолади.
Биринчи режимда ишлайдиган терморезисторлар. Ҳарорат датчиги бўлиб қолади қаршилик термометри дейилади. Иккинчи режимда ишлайдиган датчиклар терморезисторлар деб аталади.
Терморезистор ва термисторлар датчик ўлчаш тизимида сифатида қўлланилганда (интерфес) электрик схема сифатида кўприкли (мостовая схема) схемадан фойдаланилади. (8.5-расм) 8.5-расмда иккита кўприкли схема келтирилган.

8.5-расм. Кўприкли схема: А-созловчи кўприк. B-сақланмайдиган кўприк.
Схема келтирилган, кўприкларни бир неуровновешенный, датчикда ҳарорат ўзгарганда кўприк диоганалидаги ўзгарган потенциал чиқишга узатилади. Иккинчи (Б) схема уровновешенный мост дейилади, бу холда ҳарорат ўзгарганда кўприк диоганалидаги ўзгарган потенциал бошқа бир қаршилик ўзгартирилиб ўзгарган потенциал нол холга келтирилади ва чиқиш сигнали сифатида ўзгарган қаршилик катталиги инобатга олинади.
Иссиқлик алмашиниш жараёнларини ростлаш.
Иссиқлик алмашиниш қурилмаларини (теплообменник), ростлаш тизимини тузиш учун қурилма узатиш функциялари (W(P), (математик модели) ўзгармас вақти коэффициенти (Т₀) ва кечикиш коэффициентларига (Т₃) эътибор бериш керак бўлади.
Саноат теплообменниклари кам инерцияли (иситиш жараёни тез ўтади) ҳисобланади, шу сабабли бу жараённи бошқариш ва созлашга эътибор беришга тўғри келади ва қуйидаги талаблар қўйилади:
-бирламчи ўзгартиргичлар (датчик, кучайтирувчи, ўлчовчи қурилма) иложи борича инерциясиз қурилмалардан иборат бўлиши керак;
-ростлаш тизими ҳисобланаётганда, ўлчовчи қурилма, ижроси қурилмаларнинг ва ахборот узатиш каналлари инерцияси ошиб кетмаслиги керак.
Юқоридаги айтилганларни ҳисобга олиб саноат теплообменникларини бошқаришнинг бир неча усулини (вариантини) таклиф этиш мумкин.
Биринчи вариант. Теплообменник чиқиш ҳароратни статик хатосиз бошқариш керак бўлса, бир контурли АБТ таклиф этилди.
Тизимда ПИ ёки ПИД ростлагич қўлланилади. 8.6-расмда АБТ иситувчи пар сарфи бошқарилади. Камчилиги агар ташқи туртки кўпайиб кетса бошқариш сифати ёмонлашади.

8.6-расм. Бир контурли ёпиқ АБТ.
Иккинчи вариант. Агар ташқи туртки кўпайиб кетса ҳароратни бошқариш тизимини иситилаётган оқим сарфи (F) бўйича ёки пар сарфи бўйича ростлаш тизимига коррекция (тўғирлаш) киритилади, бу амал ростлагич орқали бажарилади (8.7-расм). Бошқариш тизими кўп каскадли дейилади.

8.7-расм. Каскадли АБТ, ички контур орқали бошқариш.
Бу усулда иситилаётган оқим сарфи F_ж ва F_n- пар сири нисбати қурилмадан чиқаётган оқим ҳарорати (t_вых) бошқариш тезлиги таъсир этиб туради (коррекция) дейилади.
Учинчи вариант. Агар бошқариш жараёнида ташқи туртки иситувчи пар босимига ёки ҳароратига таъсир этса унда бошқариш тизимини ўзгартириб расм 8-8 кўрсатилгандек ташкил этиш мумкин. Бу холда пар ҳароратини ички канал бўйича тезроқ бошқариш мумкин бўлади.

8.8 -расм. Мураккаб каскадли АБТ.
Тўртинчи вариант. Бошқариш тизимидан юқори сифат талаб этилса, қўшимча бошқариш канали ташкил этиш мумкин. Бунинг учун кириш каналидан иситиладиган оқимдан, бир қисми ажратиб олиниб, иситилаётган оқимга чиқишдан олдин қўшилади. Бу холда суюқлик оқими талаб этилган ҳароратдан кўпроқ иситилиб, совуқ оқим ёрдамида керакли ҳарорат киритилади (8.9-расм).

8.9-расм. Ҳароратни байпас канали орқали бошқариш.
Бошқариш тизимида ростлаш сифати t_вых сифати юқори, чунки иккинчи контурдаги қурилма (совуқ оқим трубаси) динамик энергияси нолга интилади. (t₀→0, _{ }