冷却器温度控制

工业冷水机通常用液冷仪器和工具在闭环中循环恒温流体，以增加工艺的重复性和再现性。冷水机的基本部件包括用于循环流体的泵、用于在冷水机中容纳一定量冷流体的储液器、用于冷却流体的制冷系统和温度控制模块。(见图1)。

标准的离心温度控制器可用作温度控制模块。控制器可从任何数量的制造商提供各种选项。所有包括温度显示器，都安装了面板，接受电阻温度检测器（RTD）或热电偶的温度输入。还提供各种通信选项。许多控制器的有用功能是比例 - 积分 - 衍生（PID）自动调谐函数。这允许用户让控制器计算对系统干扰的最佳响应。干扰以不同的过程负载，设定点变化和噪声形式出现。自动调谐完成后，用户可能需要对调谐参数进行一些额外的调整，以确保过程流体的温度在过程控制限制内。这并不一定完成用工具调整冷却器的工作。必须知道自动调谐功能将尝试在评估的一个操作点调调温度控制器。 Process dynamics are often affected by conditions that only exist at certain times or under specific circumstances. If these special conditions can be sensed or predicted in some way, a method of adaptive (feed forward) control is needed to supplement the reactive (feedback) control used in a typical control scheme. Chillers serving applications with these advanced needs are often better suited by the use of Programmable Logic Controllers (PLCs) and Operator Interface Terminals (OITs). (See Figure 2.)

PLC的使用提供了灵活性，以满足更苛刻的控制环境的需要。它允许在自适应控制方案中无缝集成非工艺温度相关的工艺测量，如压力、流量、环境温度等，或关键事件，如泵过载、安全关闭等。plc还提供了数据采集和通信的手段。它们可以通过无数的通信选项轻松地连接到主机系统。各种现场总线连接可用(Profibus, DeviceNet, Lonworks等)以及非专有串行和以太网连接。这允许用户更好地集成冷水机与工具。虽然温度控制是许多工业过程的关键功能，但温度稳定性对某些过程也是至关重要的。稳定性的提高通常与成本的增加相关。在特定的热负荷下，许多应用要求温度稳定到给定设定点温度的±0.5°C。这种稳定性可以通过测量热源的温度和循环制冷系统中的开关阀来实现。 (See Figure 3.) A basic PID algorithm in the temperature control module cycles the on-off valve as needed. The reservoir provides a volume of constant temperature fluid to help reduce the impact of any small temperature changes due to heat load changes from the tool.

虽然储层有助于保持提供给工具的流体的恒定温度，但它也掩盖了从工具返回的流体的巨大温度峰值。这些变化是由不同的热负荷引起的。例如，运行中的激光可以向流体添加恒定的300 W热负载5分钟。然后激光功率可以在500 W下运行5分钟，然后再降到300 W下运行5分钟。这个循环可能会一遍又一遍地重复。增加67%的热负荷会突然改变返回到冷水机的流体温度。由于储层中的流体温度变化较慢，温度控制模块对这些变化的响应也较慢。通过测量制冷系统出口和储液器之前的流体温度，可以提高动态过程的温度稳定性。(参见图4)。温度控制模块可以看到流体温度的峰值，并做出相应的响应。 The temperature stability of the fluid being supplied to the tool can be doubled by simply changing the measurement point. (See Figure 5.)

值得注意的是，如果冷水机设计为±0.5°C稳定性使用开关阀(如制冷电磁阀)，进一步增加稳定性将导致更频繁的循环，并减少阀门的寿命。当使用现成的温度控制器上的自动调节功能时，可能会发生这个问题。因此，冷水机应该只提供保持过程控制所需的稳定性。

另一个与冷水机温度控制相关的常见问题是冷水机和工具之间的环境或环境温度损失。这种情况通常发生在工艺流体比室温更热或更冷，并且冷水机和工具之间的距离和管道较大的情况下。有时，冷却器甚至在不同的楼层，而不是工具本身。例如，当流体以15℃的温度从冷水机中流出时，由于室内空气提高了流体温度，当流体到达工具时，温度可能会上升到20℃。该工艺要求流体在15°C而不是20°C的恒定温度下被输送到工具中。针对这个问题，可以在5℃的温度控制模块中输入偏移量。输入冷水机的设定点温度为15°C，但冷水机实际控制到10°C。该过程将获得所需的15°C流体，冷水机将在显示器上或通过通信传递15°C值。

有许多过程对温度更为敏感，例如那些用于医疗设备、某些激光器和半导体设备的过程。对于循环冷水机，稳定到±0.1°C的给定设定点温度在指定的热负荷并不少见。然而，正如前面提到的，建议您确保给定流程确实需要这种级别的稳定性，因为冷水机组组件或开发成本都会增加。温度控制模块中的PID算法将控制制冷系统中的开关阀或调节阀。一个调节阀通常是一个步进阀，在操作点提供更好的控制。在阀门的整个使用寿命中，它也不像开关阀那样仅限于特定的循环次数。与开关阀相比，调节阀需要更长的时间才能完全开启和关闭。因此，如果设定值发生了阶跃变化，制冷机将需要更长的时间才能上升到新的温度。

当控制多个流体回路或在具有高度可变热负荷的大温度范围内运行时，冷水机组的温度控制可能会很复杂。在这种情况下，使用plc和OITs，因为它们可以被编程控制多个控制设备，并有多个PID环路。这些设备提供了极大的灵活性，因为它们只受为它们创建的程序的限制。

总之，仔细确定系统操作点和所需的稳定性是很重要的。如果不正确地指定这些参数，可能会导致工具温度失控，或增加不必要的成本。经验丰富的冷水机制造商可以根据正确的输入提供正确的定制或标准冷水机选择。