Kako odabrati vrstu i položaj termoelementa za grijaću ploču koja je podvrgnuta brzom toplinskom ciklusu?

Grijaća ploča koja ide od 50 stupnjeva do 250 stupnjeva u sekundi i natrag treba senzor koji može držati korak. Vrsta termoelementa i gdje se točno nalazi na ploči odlučuju hoće li regulator biti ispred ili iza toplinskog procesa. Senzori spore temperature rezultiraju prekoračenjem, podbacivanjem i dugim vremenima taloženja u primjenama gdje je potrebno brzo termičko cikliranje, kao što je ispitivanje poluvodičkih ploča, injekcijsko prešanje ili ubrzano starenje materijala. Ispravan odabir i postavljanje termoelementa može nepredvidivu operaciju pretvoriti u strogo kontroliranu.

Zašto je vrijeme odziva važno u brzoj vožnji bicikla
je li grijaća ploča usmjerena na brzu promjenu temperature, kontrolna petlja koristi izmjerenu temperaturu kako bi odlučila hoće li prekinuti napajanje ili primijeniti hlađenje. Ako termoelement očitava temperaturu koja je znatno izvan faze sa stvarnom temperaturom radne površine, regulator će nastaviti grijati nakon što se postigne zadana vrijednost (prekoračenje) ili započeti prerano hlađenje (podbacivanje). U najgoroj situaciji temperatura ploče može pokazivati ​​oscilacije oko zadane vrijednosti bez da se ikada smiri.

Važan parametar je vremenska konstanta senzora - vrijeme koje je potrebno senzoru da dosegne 63,2% koraka promjene temperature. Ako se ploča brzo povećava (recimo 10 do 20 stupnjeva u sekundi), tada će senzor s vremenskom konstantom od 3 sekunde zaostajati za desetke stupnjeva. Senzor s vremenskom konstantom od 0,3 sekunde prati stvarnu površinu znatno bliže.

Tip spoja jednako je bitan kao i vrsta termoelementa u tehnici-instrumentacije. Odabir postavljanja grijaće ploče s brzim ciklusom tipa termoelementa trebao bi se temeljiti na brzom toplinskom odzivu, mehaničkoj robusnosti i električnoj izolaciji, ako je potrebno.

Vrste spojeva termoelemenata: neuzemljeni, uzemljeni i izloženi
Postoje tri uobičajena stila spajanja za obložene termoparove. Svaki od njih drugačije reagira na toplinu i elektricitet.

Stil spajanja OpisVremenska konstanta (standardna sonda od 6 mm)Električna izolacija Najbolja za uzemljene žice zavarene na unutarnju stranu vrha plašta; spoj u izravnom kontaktu s omotačem 0,1 – 0,5 s Nema (omotač na signalu zajednički) Najbrži odziv, gdje električni šum nije problem
Neuzemljene žice zavarene zajedno, ali izolirane od omotača MgO; spoj umetnut u zbijeni prah 2 – 4 puta sporije od uzemljenja (0,5 – 2 sekunde) vrlo dobar (plašt uzemljenja se može odvojiti) Potrebno je sporo cikliranje s električnom izolacijom
Izložen Spoj je izvan omotača i izravno je izložen mediju<0.1 secPoor (can short exposed wire)Gas temperature measurement ; not used inside metal plates
Za grijaću ploču koja je izložena brzom termičkom ciklusu, pravi izbor je gotovo uvijek termoelement s uzemljenim spojem. Izravan kontakt metal-na-metal između žica termopara i plašta osigurava najbrži mogući prijenos topline od materijala ploče do spoja senzora. Ali ako omotač dodirne ploču (kao što bi trebalo), signal termopara je na istom potencijalu uzemljenja kao ploča, ako nema električne izolacije. To može uzrokovati petlje uzemljenja ako ulaz u regulator nije dobro odvojen. Uzemljeni spojevi sigurni su i učinkoviti s većinom modernih PID regulatora i sustava za prikupljanje podataka koji imaju izolirane ulaze.

Ako spoj nije uzemljen, bit će mnogo sporiji, obično 2 do 4 puta više od vremenske konstante uzemljene sonde istog promjera. Ova dodatna odgoda može destabilizirati kontrolnu petlju za brzi ciklus. Neuzemljeni spojevi najbolje su rezervirani za situacije u kojima je električna izolacija obavezna (npr. visoko-frekventno indukcijsko grijanje) i gdje su ciklične brzine umjerene.

Vrsta termoelementa: K, J ili drugo?
vrsta K (Chromel-Alumel) najčešće je korištena vrsta za zagrijavanje ploča u rasponu od 50 stupnjeva do 400 stupnjeva. Ima dobru preciznost (±2,2 stupnja ili ±0,75%), veliku otpornost na oksidaciju i jeftinu cijenu. Dostupni su sklopovi termoparova tipa K s uzemljenim spojem s omotačima malog promjera.

Druga mogućnost je tip J (željezo-konstantan). Ima veći termoelektrični napon (oko 5% više izlaza po stupnju od tipa K na 200 stupnjeva), što može omogućiti nešto brži električni odziv u nekim kontrolerima zbog boljeg omjera-na-šum. Međutim, tip J ima nižu maksimalnu temperaturu (otprilike 750 stupnjeva u usporedbi s 1200 stupnjeva za tip K), a željezna noga je sklona oksidaciji, stoga nije toliko dugo-životna u biciklističkim aplikacijama. Vrsta K preporučuje se za većinu brzih{11}}pločica za biciklizam zbog svoje pouzdanosti i velike dostupnosti.

Tip T (bakar–konstantan) može se uzeti u obzir za kriogene cikluse (od -50 stupnjeva do visokih temperatura), ali ima gornju granicu od oko 350 stupnjeva.

Postavljanje: blizu radne površine je sve
Najveći termoelement na svijetu beskoristan je ako ga zalijepite predaleko od površine koja zapravo dodiruje obradak. Toplinu treba prenijeti s grijaćih tijela kroz debljinu ploče na radnu površinu i konačno na dio. Senzor treba postaviti što je moguće bliže toj radnoj površini kako bi se osjetila temperatura koju dio vidi.

Predloženi način postavljanja:

Izbušite slijepu rupu, počevši od stražnje strane grijaće ploče, unutar 1-2 mm od radne površine.

Umetnite termoelement (uzemljeni spoj, mali promjer - obično 1,5 mm do 3 mm) u rupu tako da vrh dodiruje dno rupe.

Preostali prstenasti prostor ispunite toplinski provodljivom smjesom visoke temperature (npr. pastom bor nitrida, mašću punjenom srebrom ili toplinski provodljivim epoksidom namijenjenim za maksimalnu radnu temperaturu). Time se smanjuju zračni raspori koji su inače toplinski izolatori.

Držite termoelement na mjestu kompresijskim priključkom s oprugom ili malom pričvrsnom kopčom kako bi ostao u kontaktu kada se ploča širi i skuplja.

Ako je senzor postavljen preduboko, recimo blizu grijaćih komponenti ili na pola puta kroz debljinu ploče, tada dolazi do toplinskog kašnjenja koje je proporcionalno udaljenosti od površine. Kod brzog zagrijavanja može se uočiti temperaturni gradijent od 5-10 stupnjeva od strane grijača do radne strane ploče debljine 20 mm. Kad bi senzor bio postavljen 5 mm od grijača, osjetio bi mnogo višu temperaturu od radne površine i regulator bi prerano isključio grijanje i ostavio hladnu radnu površinu.

Senzor kojem je potrebno 0,3 sekunde da odgovori umjesto 3 sekunde čini veliku razliku." Kontroler očitava stvarnu površinsku temperaturu gotovo brzo, budući da se brzi uzemljeni spoj nalazi 1,5 mm od radne površine. Prekoračenje se može kontrolirati na 1-2 stupnja. Tromi neuzemljeni senzor na dubini od 10 mm obično pokazuje prekoračenje od 15-20 stupnjeva tijekom brze rampe.

Dodatna razmatranja za pouzdan rad
Veličina termoelementa
Sonde manjeg promjera imaju manju toplinsku masu i brže reagiraju. Uzemljeni termoelement promjera 1,5 mm ima vremensku konstantu oko jedne-trećine vremenske konstante sonde od 6 mm. Ali male sonde su mehanički krte. Sonda promjera 3 mm razuman je kompromis brzine i trajnosti za grijaću ploču koja se često termički širi i skuplja.

Zaštita od smicanja i vibracija
Žica termoelementa izlazi sa stražnje strane ploče i potrebno ju je ublažiti. Brze promjene temperature uzrokuju širenje i sabijanje ploče što može savijati provodnu žicu na ulaznom mjestu.