Ako vybrať typ a umiestnenie termočlánku pre ohrievaciu platňu vystavenú rýchlemu tepelnému cyklovaniu?

Ohrievacia platňa, ktorá sa za pár sekúnd zmení z 50 na 250 stupňov a späť, potrebuje senzor, ktorý dokáže držať krok. Typ termočlánku a miesto, kde sa presne nachádza v doske, rozhodujú o tom, či je regulátor pred alebo za tepelným procesom. Pomalé teplotné snímače majú za následok prekmity, podkmity a dlhé časy usadzovania v aplikáciách, kde sa vyžaduje rýchly tepelný cyklus, ako je testovanie polovodičových plátkov, odozva vstrekovania alebo zrýchlené starnutie materiálov. Správny výber a umiestnenie termočlánku môže zmeniť nepredvídateľnú operáciu na prísne kontrolovanú.

Prečo je čas odozvy dôležitý pri rýchlej cyklistike
či je ohrievacia platňa nasmerovaná na rýchlu zmenu teploty, riadiaca slučka použije nameranú teplotu na rozhodnutie, či sa má vypnúť napájanie alebo použiť chladenie. Ak termočlánok načíta teplotu výrazne mimo fázu so skutočnou teplotou pracovného povrchu, regulátor bude pokračovať v ohrievaní po dosiahnutí požadovanej hodnoty (prekročenie) alebo začne predčasne chladiť (podkmit). V najhoršej situácii môže teplota dosky vykazovať osciláciu okolo požadovanej hodnoty bez toho, aby sa ustálila.

Dôležitým parametrom je časová konštanta senzora - čas, ktorý senzor potrebuje na dosiahnutie 63,2 % skokovej zmeny teploty. Ak doska nabieha rýchlo (povedzme 10 až 20 stupňov za sekundu), potom snímač s 3 sekundovou časovou konštantou zaostáva o desiatky stupňov. Senzor s časovou konštantou 0,3 sekundy sleduje skutočný povrch podstatne bližšie.

Typ spojenia je rovnako dôležitý ako druh termočlánku v technike lisovacích{0}}inštrumentov. Výber typu termočlánkového typu rýchlo cyklujúcej vykurovacej platne by mal byť založený na rýchlej tepelnej odozve, mechanickej odolnosti a prípadnej elektrickej izolácii.

Typy termočlánkových spojov: neuzemnené, uzemnené a odkryté
Existujú tri bežné štýly spojenia pre opláštené termočlánky. Každý z nich reaguje inak na teplo a elektrinu.

Štýl spoja Popis Časová konštanta (štandardná 6 mm sonda) Elektrická izolácia Najlepšia pre uzemnené vodiče privarené k vnútornej strane hrotu plášťa; spoj v priamom kontakte s plášťom 0,1 – 0,5 sŽiadny (plášť pri spoločnom signáli) Najrýchlejšia odozva, kde elektrický šum nie je problémom
Neuzemnené drôty zvarené dohromady, ale izolované od plášťa MgO; spoj zapustený do zhutneného prášku 2 – 4-krát pomalší ako uzemnený (0,5 – 2 sekundy) veľmi dobrý (uzemňovací plášť možno oddeliť) Vyžaduje sa pomalé cyklovanie s elektrickou izoláciou
Odkryté Spojenie je mimo plášťa a je priamo vystavené médiu<0.1 secPoor (can short exposed wire)Gas temperature measurement ; not used inside metal plates
Pre ohrievaciu platňu, ktorá je vystavená rýchlemu tepelnému cyklovaniu, je takmer vždy správnou voľbou uzemnený termočlánok. Priamy kontakt kovu-na-kov medzi drôtmi termočlánku a plášťom zaisťuje najrýchlejší možný prenos tepla z materiálu dosky do spoja snímača. Ak sa však plášť dotkne platne (ako sa predpokladá), signál termočlánku má rovnaký zemný potenciál ako platňa, ak nie je elektrická izolácia. To môže spôsobiť zemné slučky, ak vstup do ovládača nie je dobre oddelený. Uzemnené križovatky sú bezpečné a efektívne s väčšinou moderných PID regulátorov a systémov zberu dát, ktoré majú izolované vstupy.

Ak spojenie nie je uzemnené, bude oveľa pomalšie, typicky 2- až 4-násobok časovej konštanty uzemnenej sondy rovnakého priemeru. Toto dodatočné oneskorenie môže destabilizovať regulačnú slučku pre rýchle cyklovanie. Neuzemnené spoje sú najlepšie vyhradené pre situácie, kde je nevyhnutná elektrická izolácia (napr. vysokofrekvenčné indukčné ohrievanie) a kde je rýchlosť cyklovania mierna.

Druh termočlánku: K, J alebo iný?
druh K (Chromel-Alumel) je najbežnejšie používaný druh na ohrev platní v rozsahu od 50 stupňov do 400 stupňov . Má dobrú presnosť (±2,2 stupňa alebo ±0,75%), veľkú odolnosť proti oxidácii a nízku cenu. K dispozícii sú uzemnené zostavy termočlánkov typu K s plášťami s malým priemerom.

Ďalšou možnosťou je typ J (Iron{0}}Constantan). Má vyššie termoelektrické napätie (asi o 5 % vyšší výkon na stupeň ako typ K pri 200 stupňoch), čo môže v niektorých ovládačoch umožniť o niečo rýchlejšiu elektrickú odozvu vďaka lepšiemu pomeru signálu-k{5}}šumu. Typ J má však nižšiu maximálnu teplotu (približne 750 stupňov v porovnaní s 1 200 stupňami pre typ K) a železná noha je náchylná na oxidáciu, takže v cyklistických aplikáciách nie je taká dlhá-. Typ K sa odporúča pre väčšinu platní na rýchle{11}}cyklovanie kvôli jeho spoľahlivosti a rozsiahlej dostupnosti.

Typ T (meď-konštantan) možno zvážiť pre kryogénne cykly (od -50 stupňov až po vysoké teploty), ale má hornú hranicu asi 350 stupňov.

Umiestnenie: V blízkosti pracovnej plochy je všetko
Najväčší termočlánok na svete je zbytočný, ak ho prilepíte príliš ďaleko od povrchu, ktorý sa skutočne dotýka obrobku. Teplo sa má prenášať z vykurovacích telies cez hrúbku dosky na pracovnú plochu a nakoniec na dielec. Snímač by mal byť umiestnený čo najbližšie k pracovnej ploche, aby snímal teplotu, ktorú diel vidí.

Odporúčaný spôsob umiestnenia:

Vyvŕtajte slepý otvor, začnite od zadnej strany vyhrievacej platne do vzdialenosti 1-2 mm od pracovnej plochy.

Vložte termočlánok (uzemnený spoj, malý priemer - zvyčajne 1,5 mm až 3 mm) do otvoru tak, aby sa hrot dotýkal spodnej časti otvoru.

Vyplňte zostávajúci prstencový priestor vysokoteplotnou tepelne vodivou zmesou (napr. pastou z nitridu bóru, striebrom naplneným mazivom alebo tepelne vodivým epoxidom určeným pre maximálnu pracovnú teplotu). Tým sa zmenšujú vzduchové medzery, ktoré sú inak tepelnými izolantmi.

Pridržte termočlánok na mieste pomocou pružinovej kompresnej spojky alebo malej príchytky, aby zostal v kontakte, keď sa platňa rozťahuje a zmršťuje.

Ak je snímač umiestnený príliš hlboko, povedzme v blízkosti vykurovacích komponentov alebo v polovici hrúbky dosky, potom dôjde k tepelnému oneskoreniu, ktoré je úmerné vzdialenosti od povrchu. Pri rýchloohreve je možné pozorovať teplotný spád 5–10 stupňov zo strany ohrievača na pracovnú stranu dosky s hrúbkou 20 mm. Ak by bol snímač umiestnený 5 mm od ohrievačov, zaznamenal by oveľa vyššiu teplotu ako pracovná plocha a regulátor by vypol ohrev príliš skoro a ponechal by chladnú pracovnú plochu.

Senzor, ktorému trvá odozva 0,3 sekundy namiesto 3 sekúnd, je zásadný." Ovládač načíta skutočnú povrchovú teplotu takmer rýchlo, pretože rýchly uzemnený spoj je umiestnený 1,5 mm od pracovného povrchu. Prekmit je možné ovládať na 1-2 stupne Pomalý neuzemnený snímač v hĺbke 10 mm zvyčajne vykazuje prekmit 15-20 stupňov počas rýchlej rampy

Ďalšie aspekty spoľahlivej prevádzky
Veľkosť termočlánku
Sondy s menším priemerom majú menšiu tepelnú hmotnosť a reagujú rýchlejšie. Uzemnený termočlánok s priemerom 1,5 mm má časovú konštantu približne jednu{2}} tretinu časovej konštanty 6 mm sondy. Malé sondy sú však mechanicky krehké. Sonda s priemerom 3 mm je rozumným kompromisom rýchlosti a trvanlivosti pre vyhrievaciu platňu, ktorá sa často tepelne rozťahuje a zmršťuje.

Ochrana proti šmyku a vibráciám
Vodič termočlánku vychádza zo zadnej strany platne a je potrebné ho zmierniť. Rýchly teplotný cyklus spôsobí, že doštička sa roztiahne a stlačí, čo môže ohnúť zvodný drôt v mieste vstupu.