Risoluzione dei problemi relativi al controllo irregolare della temperatura con tubi di riscaldamento in PTFE

La temperatura del bagno è ovunque, a volte supera i 20 gradi, a volte lotta per raggiungere il setpoint. Il tubo di riscaldamento in PTFE sembra funzionare ma c'è qualcosa che non va nel circuito di controllo. Da dove comincio a guardare?
La stabilità della temperatura è uno sport di squadra. Se un giocatore fallisce, tutta la squadra soffre. Un sistema di tubi riscaldanti in PTFE è costituito da tre componenti che devono funzionare in perfetta armonia: il sensore di temperatura (termocoppia o RTD), il controller (tipicamente PID) e il riscaldatore. Il sensore è gli occhi del sistema-se vede male, il sistema sbaglia. Il controller legge i segnali e modifica la potenza del tubo. Il riscaldatore fornisce l'energia stessa. Un problema in un collegamento dà gli stessi sintomi: fluttuazioni irregolari della temperatura, superamento o risposta ritardata. Il tubo in sé di solito non rappresenta il problema, poiché la guaina in PTFE stessa è chimicamente inerte e termicamente sensibile. Una diagnosi sistematica rileverà quasi sempre un problema nel sensore, nel cablaggio, nella messa a punto, nell'alimentazione o nel degrado parziale dell'elemento.
Iniziamo dal sensore, il colpevole più comune. Verificare che il tipo di sonda sia compatibile con l'ingresso del controller (termocoppia di tipo J o K, Pt100 RTD). La punta del sensore deve essere completamente immersa nel fluido in flusso e ad almeno 5–10 cm di distanza dalla superficie riscaldante e dalla parete del serbatoio. Un sensore a contatto con il tubo in PTFE o il fondo del serbatoio rileverà la temperatura della superficie e non la temperatura del fluido sfuso e il controller potrebbe superare i limiti o oscillare. Confrontare il valore visualizzato con un termometro di riferimento calibrato indipendente nella stessa zona. Sensore con deriva superiore a 2 gradi (segno di invecchiamento del sensore o perdita di calibrazione). Successivamente, verificare il cablaggio del sensore. Viti dei terminali allentate, contatti corrosi o cavi di prolunga danneggiati potrebbero fornire segnali intermittenti che il controller interpreterà come rapide variazioni di temperatura. Reinstallare tutti i collegamenti e sostituire eventuali cavi scoloriti o fragili.

Il sensore è ora confermato. Passare al controllore. Gran parte del comportamento caotico è dovuto a una cattiva regolazione del PID. Un guadagno troppo proporzionale provoca overshoot e oscillazione; troppa azione integrale rende il sistema lento nel correggere gli offset. I controller moderni dispongono della funzionalità-di ottimizzazione automatica. Eseguire la sintonizzazione automatica-con il bagno a livello operativo e carico regolari, con l'agitazione in funzione. Il controller calcola e carica nuove impostazioni PID specifiche per la massa termica effettiva e la perdita di calore del sistema. Sintonizzazione automatica-e ciclo di riscaldamento-completo. La temperatura dovrebbe raggiungere gradualmente il punto di regolazione e stabilizzarsi entro ±1–2 gradi senza oscillazioni. Ampie oscillazioni sono comuni se il controller è un semplice termostato on/off anziché un PID a causa dell'isteresi. La migliore soluzione a lungo termine è l'aggiornamento a un controller PID completo.
Quindi sembrano verificarsi problemi di alimentazione. I tubi riscaldanti in PTFE sono carichi resistivi e l'uscita è una funzione del quadrato della tensione. La potenza del riscaldatore varierà considerevolmente se la fornitura varia di oltre il +- 10%, cosa comune negli impianti con grandi carichi intermittenti. Registra la tensione della linea per un periodo di 30-minuti, inclusa l'attività tipica dell'impianto, utilizzando un voltmetro-con registrazione dati o un analizzatore della qualità dell'alimentazione. Se la varianza è persistente è necessario un regolatore di tensione o un circuito specializzato. Infine, testare l'elemento riscaldante stesso. Un tubo parzialmente guasto può ancora assorbire corrente, ma a causa di punti caldi o sezioni di filo danneggiate all'interno dell'isolamento MgO, potrebbe fornire una potenza irregolare o ridotta. Confrontare il tempo di riscaldamento dalla temperatura ambiente a quella operativa osservato con il valore di riferimento originale registrato al momento della messa in servizio. Un tempo di rampa più lungo o l'incapacità di raggiungere la temperatura massima sotto carico suggeriscono un deterioramento dell'elemento. In tali circostanze, eseguire un test di resistenza all'isolamento e, se necessario, sostituire il tubo.
Spesso il problema si risolve con una riparazione pratica e non con la sostituzione dell'hardware. Installare il sensore in un pozzetto termometrico per fornire protezione meccanica e per calcolare la media della temperatura del fluido. Posizionare il pozzetto termometrico in una zona-ben miscelata, lontano dai flussi di ingresso o di uscita. Per i sistemi con livelli di liquido variabili, è necessario aggiungere un interblocco di basso livello per impedire il riscaldamento finché il sensore non viene immerso. È molto più probabile recuperare un controllo stabile con queste piccole modifiche piuttosto che cambiando il tubo in PTFE stesso.
Il tubo di riscaldamento raramente porta ad una temperatura instabile. L'ispezione sistematica del sensore, del controller e dell'alimentatore può in genere consentire agli utenti di ripristinare un controllo stabile senza sostituire il tubo. Il sensore è gli occhi del sistema. Se rileva un errore, il sistema agisce in modo improprio." Una tecnica sistematica, che testa ogni collegamento nel circuito di controllo, isola rapidamente il vero motivo, riporta il bagno a una tolleranza stretta ed elimina sostituzioni non necessarie del riscaldatore. Ciò si traduce in una temperatura di processo costante, una maggiore durata delle apparecchiature e meno tempi di fermo durante la produzione.