בקרת טמפרטורה בתעשייה: עקרונות, סוגי בקרים וחיישנים נפוצים

בקרה מדויקת של טמפרטורה היא גורם מרכזי בתהליכים תעשייתיים, רפואיים, אלקטרוניים ועוד. מערכות בקרה מודרניות שואפות לשמור על יציבות טמפרטורה תוך תגובה מהירה לשינויים ולסטיות. כדי להבין כיצד זה מתבצע, חשוב להכיר את סוגי הבקרים הקיימים ואת סוגי הרגשים (חיישני הטמפרטורה) הנפוצים בתעשייה.

סוגי בקרת הטמפרטורה

בקר On/Off – בקרה בדידה (דיגיטלית)

בקר זה מפעיל או מכבה את גוף החימום או הקירור לפי השוואה פשוטה לערך היעד.
לדוגמה: אם הערך הנמדד נמוך מהיעד, החימום נדלק; אם הוא גבוה – החימום כבה.

• יתרונות: עלות נמוכה, אמינות גבוהה, קל לתפעול.
• חסרונות: תנודות משמעותיות בטמפרטורה (Hysteresis), לא מתאים לתהליכים רגישים.

בקר פרופורציונלי (P)

שיטה זו מווסתת את עוצמת הפלט בהתאם להפרש בין ערך היעד לבין הערך הנמדד. ככל שהשגיאה גדולה יותר – התגובה חזקה יותר.

• יתרונות: תגובה חלקה יותר מבקר On/Off, הפחתת תנודתיות.
• חסרונות: אינו מבטל שגיאת קבע (Offset), יתכן פער קבוע בין הטמפרטורה הרצויה והאמיתית.

בקר PID – פרופורציונלי, אינטגרלי, ונגזרתי

זהו הבקר המתקדם ביותר, שמוסיף מרכיב אינטגרלי (I) לצמצום שגיאה לאורך זמן, ונגזרתי (D) להקטנת תנודות מהירות. הבקר מחשב את הפלט בהתבסס על השגיאה הנוכחית, הצטברות שגיאות קודמות וקצב השינוי שלהן.

• יתרונות: רמת דיוק גבוהה ביותר, יציבות מצוינת בתנאי תהליך משתנים.
• חסרונות: דורש כוונון (Tuning), מחיר גבוה יותר, מורכב יותר לתפעול.

סוגי רגשי טמפרטורה

RTD –  נגדים תלויי טמפרטורה  (PT100, PT1000)

רגשים אלה מבוססים על התנגדות של פלטינה, שמשתנה בצורה ליניארית יחסית עם הטמפרטורה.

• PT100:  התנגדות של 100Ω ב-0°C
• PT1000:  התנגדות של 1000Ω ב-0°C

יתרונות: דיוק גבוה, יציבות מצוינת, תגובה ליניארית.
חסרונות: עלות גבוהה יחסית, רגישות לכבלים ארוכים בעיקר בPT100

טרמוקפלים (Thermocouples)

חיישנים מבוססי מפגש בין שני מוליכים שונים, המייצרים מתח תרמואלקטרי (EMF) בהתאם לטמפרטורה.

• יתרונות: טווח טמפרטורות רחב (לעיתים מעל 1000°C), מבנה פיזי עמיד, תגובה מהירה.
• חסרונות: דיוק נמוך יותר מ-RTD, צורך בפיצוי קצה קר (Cold Junction Compensation), פחות ליניאריים.

סוגים נפוצים:

• סוג K: לשימוש כללי עד למעל 1000 מעלות
• סוג J: רגישות טובה אך מתאים לטווח נמוך יותר
• סוג T: לתחומים נמוכים במיוחד
• סוג N: עמידות משופרת לחמצון

חיישני NTC (Negative Temperature Coefficient)

חיישני טמפרטורה שבהם ההתנגדות יורדת ככל שהטמפרטורה עולה.

• יתרונות: רגישות גבוהה, מחיר נמוך, גודל קומפקטי.
• חסרונות: תגובה לא ליניארית, טווח מצומצם, פחות מדויק לאורך זמן.

שימושים: מוצרים צרכניים, מדחומים פשוטים, מכונות קפה, מדיחים ועוד.

חיישני PTC (Positive Temperature Coefficient)

בחיישנים אלה ההתנגדות עולה כאשר הטמפרטורה עולה. לעיתים משמשים גם כרכיב הגנה (כמו "פיוז").

• יתרונות: יציבות טובה, מתאימים גם לאיתור חימום יתר.
• חסרונות: פחות מדויקים, תגובה איטית, לא תמיד ליניאריים.

שימושים: הגנה על מנועים, אלקטרוניקה תעשייתית, בקרת בטיחות.

הבחירה בבקר ובחיישן המתאימים אינה מקרית – היא נובעת מהבנת הדרישות המדויקות של היישום: דיוק, תגובה מהירה, עלות, עמידות, ותחום עבודה.

• תהליכים פשוטים יכולים להסתפק בבקר On/Off עם חיישן NTC.
• תהליכים תעשייתיים רגישים ידרשו בקר PID עם PT100 או טרמוקפל איכותי.

מערכת בקרה טובה מתחילה בהבנה הנדסית עמוקה – לא רק של המכשור, אלא של התהליך כולו.