ORANSAL BASINÇ REGÜLATÖRLERİ

1. Elektronik Hava Basınç Regülatörüne Giriş

Endüstriyel uygulamalarda %0.1 ultra yüksek hassasiyetli basınç kontrolü ihtiyacını karşılamak üzere bir çözüm önerilmektedir. Özellikle kritik imalat süreçlerinde, milibar seviyesindeki sapmalar bile ürün kalitesini veya proses güvenliğini tehlikeye atabilir. Bu raporda, çözüm detaylı bir şekilde açıklanmakta, oluşturulan değerlendirme test cihazı ve elde edilen test sonuçları sunularak, %0.1 ultra yüksek hassasiyetli basınç kontrolünün bu entegre sistemle nasıl başarıldığı gösterilmektedir.

2. Elektronik Hava Basınç Regülatörü Sorununa Nasıl Çözüm Bulunur?

Çözümün temelini standart bir elektronik hava basınç regülatörü oluşturmaktadır. Ancak, bu regülatörlerin genel kontrol hassasiyeti (%0.25) tek başına ultra yüksek hassasiyetli kontrol sağlamaya yetmediğinden, sisteme daha hassas bir basınç sensörü ve özel bir PID kontrolörü entegre edilmiştir. Bu yaklaşımın fizibilitesini ve ultra yüksek hassasiyetli PID kontrolörünün etkisini doğrulamak amacıyla bir değerlendirme testi gerçekleştirilmiştir.

Değerlendirme Test Cihazının Ana Bileşenleri:

Bileşen	Özellik	Rolü
Basınç Sensörü	%0.05 hassasiyet; 0.1~1MPa mutlak basınç aralığı; 0~10V voltaj çıkışı.	Sistemdeki gerçek basıncı ölçerek PID kontrolöre geri besleme sağlar. Hassasiyeti, hedeflenen kontrol hassasiyetinden yüksektir.
Elektronik Hava Basınç Regülatörü	%0.25 hassasiyet; 0.1~1MPa mutlak basınç aralığı; 0~10V kontrol voltajı.	Basıncı ayarlayan ana aktüatör. PID’den gelen komut sinyali ile çalışır.
PID Kontrolörü	24 bit ADC, 16 bit DAC; 0~10V ADC/DAC aralığı.	Kontrol algoritmasını yürüten beyin. Yüksek bit derinliği, ölçüm ve çıkış hassasiyetini maksimize eder.
Çok Kanallı Veri Toplayıcı	Agilent 34972A (beş buçuk/altı buçuk haneli toplama yeteneği).	Deneysel verilerin yüksek çözünürlükte toplanması ve kaydedilmesi.
Üç Yönlü Boru Bağlantı Elemanı	Basınç kabı olarak kullanılır.	Sensör ve regülatöre bağlantıyı sağlayarak kontrol döngüsünü tamamlar.
Bilgisayar		Kontrolör ve veri toplayıcı ile iletişim, veri toplama ve depolama.

Daha önceki analizlerimiz sonucunda, %0.1 kontrol hassasiyetine ulaşmak için endüstriyel entegre PID kontrolörü cihazının karşılaması gereken teknik göstergeler şunlardır:

• Harici sensörün hassasiyeti %0.1’den daha iyi olmalıdır.
• Harici aktüatör (regülatör) yüksek hassasiyete sahip olmalıdır.
• PID kontrolörünün ADC bit sayısı en az 16 bit, ideal olarak 24 bit olmalıdır.
• PID kontrolörünün kayan noktalı işlemi, çıkış yüzdesinin %0.01 ila %0.05 arasında ayarlanabilmesini sağlamalıdır.
• PID kontrolörünün DAC bit sayısı en az 14 bit, ideal olarak 16 bit olmalıdır.

Bu gereksinimlere yanıt olarak, 16 bit çıkış hassasiyetine ve buna paralel olarak geliştirilmiş yüksek hassasiyetli kayan noktalı işlemlere sahip bir PID kontrolörü kullanılmıştır. Bu iyileştirme, kontrol çıkışının minimum yüzdesini %0.1‘den %0.01‘e düşürmüş ve kontrol çıkış yüzdesini iki ondalık basamağa taşımıştır.

3. Elektronik Hava Basınç Regülatörünün Test Sonuçları

Yukarıdaki test düzeneği kullanılarak 0.1~0.6MPa gösterge basıncı aralığında sabit basınç kontrol testleri yapılmıştır. Ayar noktaları 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 ve 0.6 MPa olarak belirlenmiştir.

Temel Gözlemler:

1. Genel Aralıkta Stabilite: 0.1~0.6MPa basınç aralığının tamamında, basınç dalgalanma oranı %0.1 aralığında kontrol edilebilmiştir.
2. Yüksek Hassasiyetli Kontrol: Özellikle 0.3~0.6MPa gibi daha yüksek basınç aralığında, dalgalanma oranı %0.05 içinde istikrarlı bir şekilde kontrol edilmiştir. Bu, hedefin önemli ölçüde aşıldığını göstermektedir.
3. Çıkış Yüzdesi Etkisi: Basınç sabitlendikten sonra, kontrolörün çıkış yüzdesindeki değişim aralığının temel olarak $\pm 0.01\%$ olduğu bulunmuştur. Bu sonuç, 16 bit DAC ve artırılmış kayan noktalı aritmetik hassasiyetinin, kontrol hassasiyetini önemli ölçüde artırdığını kanıtlamaktadır.
4. Düşük Basınçta Optimizasyon: 0.1~0.2MPa düşük basınç aralığında, ilk başta %0.1 dalgalanma oranı elde edilmiş; ancak PID parametrelerinin optimize edilmesiyle 0.2MPa ayar noktasındaki dalgalanma oranı etkili bir şekilde %0.05‘e düşürülmüştür.
5. 0.1MPa Sınırlamaları: En düşük ayar noktası olan 0.1MPa‘da dalgalanma oranı temel olarak %0.1‘de kalmış veya zaman zaman aşmıştır. Bu durum, ortam sıcaklığı, basınç sensörünün ve elektronik oransal valfin bu aralıktaki sınırlı başlangıç hassasiyeti gibi harici faktörlerin etkisine bağlanmıştır.

4. Sonuç

Bu çözüm ve değerlendirme test sonuçları, önerilen entegre sistemin %0.1 ultra yüksek hassasiyetli basınç kontrolünü başarıyla gerçekleştirdiğini kanıtlamaktadır.

Özel Sonuçlar:

1. Harici ultra yüksek hassasiyetli basınç sensörü ile yüksek bitli PID kontrolörünün entegrasyonu, elektronik hava basınç regülatörünün kontrol hassasiyetini etkili bir şekilde yükselterek %0.1 ultra yüksek hassasiyetli kontrolü sağlamıştır.
2. Çözüm, özellikle 0.2MPa üzerindeki basınç aralığında, %0.05 gibi daha yüksek bir kontrol hassasiyetine ulaşarak hedeflenen teknik göstergeleri aşmıştır.
3. Genel kontrol hassasiyetini belirleyen kritik teknik göstergeler, PID kontrolörünün ölçüm hassasiyeti (ADC), kontrol hassasiyeti (DAC) ve kayan noktalı işlem hassasiyetidir. Kullanılan 24 bit ADC, 16 bit DAC ve %0.01 çıkış yüzdesi yeteneğine sahip kayan noktalı işlem, ultra yüksek hassasiyetli kontrol gereksinimlerini tamamen karşılamaktadır.
4. Bu çözüm ve deneysel doğrulama, endüstriyel alanda kullanılan %0.1 ultra yüksek hassasiyetli PID kontrolörünün düşük maliyetle ultra yüksek hassasiyetli kontrolü sağlayabileceğini ve diğer endüstriyel parametrelerin kontrolü için de uygulanabileceğini göstermiştir.