Temperatuurdetectiestrategieën voor toepassingen met vierkante patroonverwarming van 6x6 mm

Een procesingenieur kijkt naar de temperatuurgegevens van een vitale mal en ziet dat de geregistreerde temperaturen heel anders zijn dan de daadwerkelijke kwaliteit van de onderdelen die worden gemaakt. De controller geeft aan dat de temperaturen stabiel zijn, maar uit onderdelen uit diverse holtes blijkt dat de afmetingen veranderen, wat betekent dat de temperaturen veranderen. Het probleem ligt niet bij de verwarmingselementen of de controller, maar bij de manier waarop de temperatuur wordt gemeten. De sensoren geven ons niet de juiste informatie over de temperaturen die de kwaliteit van de onderdelen echt beïnvloeden. Dit voorbeeld laat een fundamenteel probleem zien bij het ontwerpen van thermische systemen: het vinden van de juiste temperatuur op de juiste plaats.

Als het gaat om toepassingen met vierkante patroonverwarmers van 6x6 mm, kan het kiezen van het juiste soort sensor, waar deze moet worden geplaatst en hoe deze moet worden geïntegreerd, een grote impact hebben op de precisie van de regeling en de consistentie van het proces. Thermokoppels en weerstandstemperatuurdetectoren zijn twee van de meest voorkomende typen sensoren. Thermokoppels zijn het meest voorkomende type verwarmingsapparaat dat in fabrieken wordt gebruikt, omdat ze snel reageren, hoge temperaturen aankunnen en niet te duur zijn. Type J- en Type K-thermokoppels kunnen het temperatuurbereik aan dat de meeste verwarmingstoepassingen van 6x6 mm nodig hebben. Type K heeft een groter bereik, terwijl Type J iets nauwkeuriger is bij lagere temperaturen.


Het besturingssysteem regelt alleen de temperatuur waarop de sensor is ingesteld. Een thermokoppel dat dichtbij de verwarmer in het werkstuk wordt geplaatst, reageert meestal op de activiteit van de verwarmer, maar geeft niet veel informatie over de temperatuur die het proces beïnvloedt. Een thermokoppel in de verwarmer reageert meteen op veranderingen in de verwarmer, maar geeft mogelijk niet de werkelijke temperatuur van de werking weer. De beste manier om erachter te komen wat de procestemperatuur is, is door een thermokoppel in het werkstuk te plaatsen, uit de buurt van de verwarmingselementen. Het duurt echter lang voordat het thermokoppel verandert wanneer de verwarmingselementen veranderen. De beste plaatsing zorgt voor een evenwicht tussen deze criteria voor de baan die voorhanden is.

Bij vierkante patroonverwarmers van 6x6 mm maakt het kleine formaat van het gereedschap het doorgaans moeilijk om een ​​positie voor de sensoren te vinden. Er is mogelijk niet genoeg ruimte voor individuele sensorgaten zonder het gereedschap zwakker te maken of andere onderdelen in de weg te zitten. In deze situaties is het plaatsen van het thermokoppel in de verwarming zelf een slimme manier om het probleem op te lossen. Bij verwarmers met geïntegreerde thermokoppels is een sensor ingebouwd in de verwarmingsmantel, meestal aan de punt of langs de lengte die wordt verwarmd. Deze opstelling geeft temperatuurfeedback precies daar waar verwarming plaatsvindt, zonder extra ruimte in het overvolle gereedschap te gebruiken.

Ook is er de keuze tussen geaarde en ongeaarde thermokoppelopstellingen. De sensorverbinding van een geaard thermokoppel staat in elektrisch contact met de verwarmingsmantel. De junctie wordt direct blootgesteld aan de temperatuur van de mantel en daarom reageren ze zo snel. Maar ze kunnen elektrische ruis opvangen van de voeding van de verwarming, waardoor de bedieningselementen instabiel kunnen worden. Wanneer thermokoppels niet geaard zijn, is de sensorverbinding niet verbonden met de mantel. Ze reageren iets langzamer, maar zenden duidelijkere signalen uit die beter functioneren met gevoelige controllers. Voor de meeste verwarmingstoepassingen van 6x6 mm zijn ongeaarde sensoren de beste keuze, omdat ze zowel betrouwbaar zijn als goed presteren.

Meerdere sensorlocaties geven u informatie die een enkele sensor niet kan. Als een gereedschap meer dan één verwarmingszone heeft, moet elke zone zijn eigen sensor hebben die informatie naar de controller voor die zone stuurt. In belangrijke situaties zorgt het gebruik van twee sensoren in elke zone-één voor controle en één voor verificatie- ervoor dat het besturingssysteem sensorproblemen kan opsporen voordat deze de productie beïnvloeden. Sommige systemen gebruiken de tweede sensor om zich te beschermen tegen hoge temperaturen door de verwarming uit te schakelen als de temperatuur een veilig niveau overschrijdt, ongeacht wat de regelsensor zegt.

Veel mensen realiseren zich niet hoe belangrijk het is om sensoren te kalibreren. Thermokoppels zijn alleen nauwkeurig binnen een bepaald bereik, meestal een paar graden erboven of eronder. Als u de temperatuur zeer nauwkeurig moet aanpassen, kunt u door het kalibreren van sensoren tegen een erkende standaard ervoor zorgen dat de weergegeven temperatuur hetzelfde is als de werkelijke temperatuur. U dient deze kalibratie van tijd tot tijd te controleren, omdat thermokoppels in de loop van de tijd kunnen afwijken, vooral wanneer ze in de buurt van hun maximale temperatuurlimieten worden gebruikt.

De manier waarop de sensor en controller zijn aangesloten, heeft invloed op hoe nauwkeurig de metingen zijn. Thermokoppelsignalen worden gemeten in millivolt, dus elke weerstand in de verbindingslijn kan fouten veroorzaken. Als u de juiste thermokoppelverlengdraad gebruikt, en geen gewone koperdraad, blijft het signaal sterk. Door de aansluitingen schoon te maken en aan te draaien, voorkomt u dat de spanning daalt, wat anders tot meetonnauwkeurigheden zou leiden. Het gebruik van connectoren gemaakt van materialen van thermokoppel-kwaliteit voor belangrijke taken zorgt ervoor dat de verbinding zelf geen problemen veroorzaakt.

Weten wat temperatuurmeting werkelijk betekent, voorkomt dat mensen het bij het verkeerde eind hebben. Een thermokoppel vertelt je alleen de temperatuur op de specifieke plek waar het zich bevindt. Als het gereedschap temperatuurverschillen vertoont, kan het zijn dat de temperatuur die u meet niet dezelfde is als de temperatuur op andere plaatsen. Dit betekent dat in grote apparatuur met meer dan één verwarmer de controller de temperatuur ziet op basis van waar de sensoren zich bevinden ten opzichte van de verwarmers. Een sensor die zich dicht bij een verwarming bevindt, meet een hogere temperatuur dan een sensor die ver weg is. Beide metingen zijn geldig waar ze zich bevinden, maar geen van beide toont het hele hulpmiddel.

De keuze van de sensoren heeft invloed op de besturingstechniek. Met de aan-uit-regeling wordt de verwarming helemaal aan of helemaal uitgeschakeld, afhankelijk van of de geregistreerde temperatuur onder of boven het instelpunt ligt. Deze eenvoudige methode werkt voor gereedschappen met veel thermische massa, maar zorgt ervoor dat de temperatuur verandert bij kleinere gereedschappen. Proportionele regeling wijzigt het vermogen van de verwarmer, afhankelijk van hoe ver de gemeten temperatuur van het instelpunt verwijderd is. Dit vermindert de schommelingen. PID-regeling maakt gebruik van proportionele, integrale en afgeleide termen om de temperatuur stabiel te houden en te voorspellen wanneer deze zal veranderen. Om goed te kunnen presteren, hebben de meer geavanceerde besturingssystemen temperatuurmetingen nodig die nauwkeurig en snel zijn.

Omdat de vierkante patroonverwarmer van 6x6 mm zo klein is, is het erg belangrijk om de sensoren correct te kiezen en in te stellen. Er is niet veel thermische massa om temperatuurveranderingen te compenseren, dus het regelsysteem moet er snel op kunnen reageren. Omdat er niet veel ruimte is voor sensoren, is elke millimeter sensorpositie belangrijk. Door de juiste keuzes te maken, verandert temperatuurbeheersing van een oorzaak van procesvariatie in een betrouwbare manier om de kwaliteit gedurende elke productiecyclus hetzelfde te houden.