Rilevamento e controllo della temperatura per riscaldatori a cartuccia lunga
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Il sistema di controllo della temperatura che fa funzionare un riscaldatore a cartuccia è ciò che lo fa funzionare. Anche se il riscaldatore è impostato correttamente e funziona bene, non funzionerà bene se il sistema di controllo non ottiene dati accurati sulla temperatura o non riesce a rispondere correttamente. Ciò è particolarmente importante per i riscaldatori a cartuccia lunghi, come quelli lunghi 1000 mm o 1200 mm, poiché il comportamento termico su un lungo tratto non è sempre lo stesso. Una termocoppia in un punto fornisce solo una piccola immagine di ciò che sta accadendo nell'intero riscaldatore.
Una singola termocoppia installata da qualche parte nella cavità o sulla superficie dello stampo è il modo più frequente per controllare le cose. Il controller legge la temperatura e modifica la potenza del riscaldatore per adattarla. Funziona bene quando l'ambiente termico del riscaldatore rimane lo stesso fino in fondo. Ma in molte situazioni del mondo reale-, le perdite di calore sono diverse a ciascuna estremità della cavità. La punta potrebbe perdere calore nell'aria circostante. Potrebbe esserci molto metallo attorno alla parte centrale che trattiene il calore. Il telaio della macchina potrebbe raffreddare l'estremità del cavo. Una singola termocoppia non può distinguere.
La termocoppia legge la temperatura più fredda quando è posta all'estremità della cavità. Il controller risponde dando più potenza, il che potrebbe rendere troppo calda la zona centrale. La punta potrebbe raffreddarsi mentre la termocoppia è al centro, ma il controller è soddisfatto. Ciò crea una differenza di temperatura nella cavità che può influire sulla qualità del prodotto, sul tempo necessario per prepararlo e sulla durata del riscaldatore. Le parti più calde del riscaldatore hanno temperature interne maggiori, il che accelera l'ossidazione e fa sì che il riscaldatore si guasti troppo presto.
Il rilevamento e il controllo multi-zona sono la risposta per applicazioni importanti. Posizionando più termocoppie a diverse profondità lungo la cavità si ottiene un'immagine migliore del profilo termico. Un controller in grado di leggere più di un ingresso può mediarli per creare un segnale di controllo o gestire autonomamente diverse zone di riscaldamento. Il controllo di zona indipendente è l'opzione migliore, ma è anche la più costosa perché richiede un riscaldatore con diversi circuiti interni e un controller con diverse uscite. Fare la media di diverse letture di termocoppie è un buon modo per assicurarsi che nessuna decisione venga presa da un luogo caldo o freddo.
Quando non è possibile utilizzare più di una termocoppia, il posizionamento della termocoppia diventa un'importante decisione di progettazione. Il sensore dovrebbe essere posizionato dove mostra meglio le esigenze termiche complessive del processo. In molte situazioni di stampaggio, questo punto si trova a circa due-terzi della distanza dall'estremità del piombo alla punta. Questo punto solitamente bilancia la perdita di calore sulla punta con la ritenzione di calore al centro. L'utilizzo di termocoppie temporanee a diverse profondità durante la configurazione iniziale può aiutarti a trovare la migliore posizione permanente.
Anche il tipo di sensore di temperatura utilizzato è importante. Le termocoppie sono il tipo più diffuso di sensore di temperatura utilizzato con i riscaldatori a cartuccia. Sono resistenti, economici e possono misurare un'ampia gamma di temperature. Le termocoppie di tipo J possono funzionare a temperature fino a 750 gradi, mentre il tipo K può funzionare a temperature fino a 1200 gradi. Gli RTD (rilevatori di temperatura a resistenza) sono più precisi e stabili, ma sono anche più fragili e costano di più. Per la maggior parte degli usi di riscaldamento industriale, una termocoppia di tipo J o di tipo K posizionata correttamente funziona perfettamente.
Un’altra cosa a cui pensare è come controllarlo. Quando il riscaldatore è acceso e spento, possono verificarsi sbalzi di temperatura che possono stressare il riscaldatore e il suo funzionamento. Con il controllo proporzionale, dove la potenza cambia continuamente, la temperatura viene controllata notevolmente meglio. Per i riscaldatori a cartuccia con molta potenza, si consiglia vivamente di utilizzare il controllo proporzionale utilizzando un relè a stato solido (SSR). Se utilizzati per il controllo proporzionale, i contattori meccanici funzionano troppo lentamente e si usurano troppo presto.
Anche il tempo di risposta del sistema di controllo deve corrispondere al modo in cui l'applicazione funziona con il calore. Uno stampo grande con lunghi riscaldatori a cartuccia non sposta i livelli di potenza molto rapidamente. Se regoli un sistema di controllo in modo troppo aggressivo, andrà troppo lontano e poi andrà avanti e indietro. Se un sistema viene regolato in modo troppo conservativo, ci vorrà troppo tempo per raggiungere il suo setpoint. Per un funzionamento stabile ed efficiente, è importante ottimizzare correttamente i parametri proporzionale, integrale e derivativo (PID). Molti controller più recenti dispongono di funzioni di auto-tuning che trovano automaticamente le giuste impostazioni per il sistema.
Il ritardo è un grosso problema per i riscaldatori piuttosto lunghi. Il calore proveniente dall'estremità del cavo deve percorrere la lunghezza del riscaldatore prima di modificare la temperatura sulla punta. Se il sistema di controllo non tiene conto di questo ritardo, potrebbe causare instabilità. Alcuni controller avanzati utilizzano algoritmi predittivi o schemi di controllo in cascata per compensare lunghi ritardi. Un sistema a cascata ha due circuiti: un circuito interno che regola la potenza del riscaldatore in base a un sensore vicino al riscaldatore e un circuito esterno che controlla la temperatura del processo in base a un sensore nel pezzo.
Una cattiva regolazione della temperatura è una delle ragioni segrete per cui i riscaldatori si rompono. Quando un riscaldatore si accende e si spegne spesso, subisce uno stress termico ogni volta che si dilata e si restringe. Questa tensione può frantumare l'isolante MgO o usurare il filo della resistenza dopo migliaia di cicli. Un sistema di controllo proporzionale ben regolato che mantiene stabile la temperatura riduce i cicli e prolunga la durata del riscaldatore. Investire in un buon controller e posizionare la termocoppia nel posto giusto ti ripagherà in termini di maggiore durata del riscaldatore, processi più coerenti e meno arresti imprevisti. Il monitoraggio e il controllo della temperatura non sono opzionali; sono necessari per ottenere il massimo da qualsiasi riscaldatore a cartuccia, soprattutto da quelli che necessitano di produrre calore uniforme su una lunga distanza.
