Üç boyutlu ısıtma yapan bir elektrik fırının tasarımı ve gerçek zamanlı denetimi

Abstract

Günümüzde elektrik fırınları hem ticari hem de günlük hayatta sıklıkla kullanılan cihazların başında gelmektedir. Elektrikli fırınlar biri tabanında diğer tavanında olmak üzere iki ısıtıcı rezistansa sahiptir. Aynı zamanda sıcaklık kontrolü genelde fırın içerisinden tek noktadan ölçüm alınarak, kapalı çevrim açık-kapalı kontrol yöntemi ile sağlanmaktadır. Hem tek noktadan ölçüm alınması ve hem de kontrol yöntemi olarak açık-kapalı denetim yapılması fırın içerisindeki sıcaklığın referans değerden oldukça sapmasına yol açmaktadır. İlave olarak ısıtıcıların yalnızca fırının alt ve üst yüzeyinde bulunması, pişirme haznesinin homojen ısıtılmasını mümkün kılmamaktadır. Bu çalışmada, yukarıda bahsedilen sorunları ortadan kaldırmak için üç boyutlu ısıtma yapabilen bir elektrik fırınının tasarımı, üretimi, testi ve analizi yapılmıştır. Gerçekleştirilen elektrik fırınının altı yüzeyinde de ısıtıcı ve sıcaklık algılayıcı bulunmaktadır. Fırının pişirme haznesi altı yüzeyden de ısıtılmakta ve fırın içi sıcaklığı her yüzeyden algılayıcılarla ölçülmektedir. Böylece pişirme haznesinin üç boyutlu homojen veya heterojen ısıtılması mümkün olmaktadır. Gerçekleştirilen ısıtıcıda, sıcaklık kontrolü gerçek zamanlı ve sayısal olarak yapılmıştır. Sıcaklık denetiminde açık-kapalı, oransal, oransal integral, oransal türev ve oransal integral türev yöntemleri kullanılmıştır. Belirlenen bir referans sıcaklık değeri ve farklı ısıtma şekilleri için ölçümler alınmış ve bu ölçümler analiz edilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalar, fırının ayarlanan referans değer ve seçilen ısıtma şekli için kabul edilebilir bir hata ile istenen ısıtma dağılımını sağladığı görülmüştür. Nowadays electric ovens are one of the most frequently used devices in both commercial and daily life. Electric ovens have two heating resistances, one on the bottom and the other on the roof. At the same time, the temperature control is usually achieved by taking measurements from a single point in the furnace and by the closed-loop on-off control method. Both single-point measurement and on-off control as a control method cause the temperature in the furnace to deviate significantly from the reference value. In addition, the presence of the heaters only on the top and bottom surfaces of the furnace does not make it possible to homogenize the cooking chamber. In this study, the design, production, testing and analysis of an electric furnace capable of three-dimensional heating were carried out to remove the above-mentioned problems. There is also a heater and temperature sensor on the bottom surface of the electric furnace. The oven cooking chamber is also heated from all surfaces and the oven temperature is measured from each surface by sensors. Thus, it is possible to heat the cooking chamber three-dimensionally homogeneously or heterogeneously. In the realized heater, temperature control is done in real time and digitally. On-off, proportional, proportional integral, proportional derivative and proportional integral derivative methods are used in temperature control. Measurements were taken for a determined reference temperature value and for different heating patterns and these measurements were analyzed. Experimental work carried out has shown that the furnace provides the desired heating distribution with an acceptable error for the set reference value and the selected heating mode.