Hvordan velge termoelementtype og plassering for en varmeplate som er utsatt for rask termisk sykling?

En varmeplate som går fra 50 grader til 250 grader på sekunder og tilbake igjen trenger en sensor som kan følge med. Type termoelement og nøyaktig hvor det er i platen bestemmer om kontrolleren er foran eller bak den termiske prosessen. Sakte temperatursensorer resulterer i oversving, undersving og lange setningstider i applikasjoner der rask termisk syklus er nødvendig, som testing av halvlederskiver, respons-sprøytestøping eller akselerert aldring av materialer. Riktig valg av termoelement og plassering kan gjøre en uforutsigbar operasjon til en tett kontrollert en.

Hvorfor responstid er viktig i rask sykling
om en varmeplate er rettet til å endre temperatur raskt, bruker kontrollsløyfen den målte temperaturen til å bestemme om strømmen skal kuttes eller kjøles. Hvis termoelementet leser en temperatur som er vesentlig ute av fase med den faktiske arbeidsflatetemperaturen, vil kontrolleren fortsette oppvarmingen etter at settpunktet er nådd (overshoot) eller begynne å kjøle for tidlig (undershoot). I verste situasjon kan platetemperaturen utvise en svingning rundt settpunktet uten å sette seg.

Den viktige parameteren er sensorens tidskonstanten - tiden det tar sensoren å nå 63,2 % av en trinnvis endring i temperaturen. Hvis platen ramper raskt (f.eks. 10 til 20 grader per sekund), vil en sensor med en 3 sekunders tidskonstant forsinke med titalls grader. En sensor med en tidskonstant på 0,3 sekunder følger den faktiske overflaten betydelig nærmere.

Krysstypen er like viktig som typen termoelement i press-instrumenteringsteknikk. Valget av en termoelementtype hurtigsyklende varmeplateplassering bør være basert på rask termisk respons, mekanisk robusthet og elektrisk isolasjon, om nødvendig.

Typer termoelementforbindelser: ujordet, jordet og eksponert
Det er tre vanlige koblingsstiler for mantel termoelementer. De reagerer forskjellig på varme og elektrisitet.

KoblingsstilBeskrivelse Tidskonstant (standard 6 mm sonde) Elektrisk isolasjon Best for jordede ledninger sveiset til innsiden av kappespissen; kobling i direkte kontakt med kappe 0,1 – 0,5 sIngen (kappe ved signal felles)Raskeste respons, der elektrisk støy ikke er et problem
Ujordede ledninger sveiset sammen, men isolert fra kappe av MgO; knutepunkt innebygd i komprimert pulver 2 – 4 ganger langsommere enn jordet (0,5 – 2 sekunder) veldig bra (jordkappen kan skilles) Langsom sykling kreves med elektrisk isolasjon
Eksponert Krysset er utenfor kappen og er direkte eksponert for mediet<0.1 secPoor (can short exposed wire)Gas temperature measurement ; not used inside metal plates
For en varmeplate som er utsatt for rask termisk syklus er det riktige valget nesten alltid et jordet koblingstermoelement. Den direkte metall-til-kontakten mellom termoelementtrådene og kappen sikrer raskest mulig varmeoverføring fra platematerialet til sensorforbindelsen. Men hvis kappen berører platen (som den skal), er termoelementsignalet på samme jordpotensial som platen, hvis det ikke er elektrisk isolasjon. Dette kan forårsake jordsløyfer hvis inngangen til kontrolleren ikke er godt atskilt. Jordede koblinger er trygge og effektive med de fleste moderne PID-kontrollere og datainnsamlingssystemer som har isolerte innganger.

Hvis krysset ikke er jordet, vil det være mye tregere, typisk 2 til 4 ganger tidskonstanten til en jordet sonde med samme diameter. Denne ekstra forsinkelsen kan destabilisere kontrollsløyfen for rask sykling. Ujordede veikryss er best reservert for situasjoner der elektrisk isolasjon er et must (f.eks. høy-induksjonsoppvarming) og hvor sykkelhastigheten er moderat.

Type termoelement: K, J eller annet?
type K (Chromel-Alumel) er den mest brukte typen for å varme opp plater i området 50 grader til 400 grader . Den har god presisjon (±2,2 grader eller ±0,75%), god oksidasjonsmotstand og billig pris. Tilgjengelige er jordede koblingstype K termoelementsammenstillinger med kappe med liten diameter.

En annen mulighet er Type J (Iron-Constantan). Den har en høyere termoelektrisk spenning (omtrent 5 % mer utgang per grad enn Type K ved 200 grader), noe som kan tillate en noe raskere elektrisk respons i enkelte kontrollere på grunn av et bedre signal-til-støyforhold. Type J har imidlertid en lavere maksimumstemperatur (omtrent 750 grader sammenlignet med 1200 grader for Type K) og jernbenet er utsatt for oksidasjon, og derfor er det ikke så lenge-levd i sykkelapplikasjoner. Type K er foreslått for de fleste{11}}hurtigsykkelplater på grunn av dens pålitelighet og omfattende tilgjengelighet.

Type T (Kobber–Konstantan) kan vurderes for kryogene sykluser (fra -50 grader opp til høye temperaturer), men har en øvre grense på omtrent 350 grader.

Plassering: Nær arbeidsflaten er alt
Det største termoelementet i verden er ubrukelig hvis du stikker det for langt unna overflaten som faktisk berører arbeidsstykket. Varmen skal overføres fra varmeelementene gjennom platens tykkelse til arbeidsflaten og til slutt til delen. Sensoren bør plasseres så nært som mulig til arbeidsflaten for å registrere temperaturen delen ser.

Plassering Foreslått metode:

Bor et blindhull, start fra baksiden av varmeplaten, til innenfor 1-2 mm fra arbeidsflaten.

Sett termoelementet (jordet kobling, liten diameter - vanligvis 1,5 mm til 3 mm) inn i hullet slik at spissen berører bunnen av hullet.

Fyll det gjenværende ringformede rommet med en termisk ledende forbindelse ved høy temperatur (f.eks. bornitridpasta, sølvfylt fett eller termisk ledende epoksy klassifisert for maksimal arbeidstemperatur). Dette reduserer luftspalter som ellers er termiske isolatorer.

Hold termoelementet på plass med en fjærbelastet kompresjonsfitting eller en liten festeklips for å holde den i kontakt når platen utvider seg og trekker seg sammen.

Hvis sensoren er plassert for dypt, for eksempel nær varmekomponentene eller halvveis gjennom tykkelsen på platen, så er det introdusert en termisk etterslep som er proporsjonal med avstanden fra overflaten. Ved rask oppvarming kan en temperaturgradient på 5–10 grader observeres fra siden av varmeren til arbeidssiden av en 20 mm tykk plate. Hvis en sensor ble plassert 5 mm fra varmeovnene, ville den føle en mye varmere temperatur enn arbeidsflaten, og kontrolleren ville slå av varmen for tidlig og etterlate en kald arbeidsflate.

En sensor som bruker 0,3 sekunder på å reagere i stedet for 3 sekunder utgjør hele forskjellen." Kontrolleren leser den sanne overflatetemperaturen nesten raskt, ettersom et raskt jordet veikryss er plassert 1,5 mm unna arbeidsflaten. Oversving kan kontrolleres til 1-2 grader En treg ujordet sensor på 10 mm dybde viser typisk overskridelse på 20 grader i løpet av en rask rampe på 15 grader.

Ytterligere hensyn for pålitelig drift
Termoelement størrelse
Prober med mindre diameter har mindre termisk masse og reagerer raskere. Et jordet termoelement med 1,5 mm diameter har en tidskonstant rundt en-tredjedel av en 6 mm sonde. Men små sonder er mekanisk sprø. En sonde med 3 mm diameter er et rimelig kompromiss med hastighet og holdbarhet for en varmeplate som ofte utvider seg og trekker seg sammen termisk.

Beskytter mot skjær og vibrasjoner
Termoelementledningen kommer ut på baksiden av platen og må avlastes. Rask temperatursyklus får platen til å utvide seg og komprimeres, noe som kan bøye ledningstråden ved inngangsstedet.