Jak zaprojektować otwory pomiarowe w gorących kanałach, aby zoptymalizować dokładność pomiaru termopary

Rozmiar, głębokość, wykończenie powierzchni i położenie otworu pomiarowego wykonanego na dyszach i kolektorach bezpośrednio wpływają na rezystancję kontaktu termicznego pomiędzy głowicami wykrywającymi termoparę a stalą formy, co jest kluczowym czynnikiem powodującym nieodłączne opóźnienie temperaturowe i stałe przesunięcie. Wielu projektantów form rezerwuje jedynie proste otwory przelotowe bez określonych kryteriów wymiarowych, co skutkuje ciągłą rozbieżnością pomiarów, której nie można uniknąć za pomocą kalibracji lub pasty termoprzewodzącej. W tym artykule sformułowano ujednolicone wytyczne projektowe dotyczące pomiarów otworów w termoparach wstęgowych z płaską-głowicą, sondą prostą i-kątowymi.

1. Zasady projektowania otworu pomiarowego termopary sondy prostej

Często dostępne rozmiary osłon: 0,8 mm, 1,0 mm, 1,5 mm
• Tolerancja średnicy wewnętrznej otworu: +0.03~+0.06mm większa od średnicy zewnętrznej osłony, zbyt duży luz powoduje opór cieplny powietrza, zbyt mała średnica powoduje zakleszczenie sondy podczas demontażu.
• Efektywna głębokość: Odległość od zewnętrznego otworu otworu do dolnej ślepej powierzchni powinna być taka, aby końcówka czujnikowa sondy znajdowała się w odległości 1–2 mm od ściany kanału przepływowego, aby zapobiec bezpośredniej erozji stopionego materiału i gromadzeniu się węgla blokującego końcówkę; głębokość nie powinna być mniejsza niż 5-krotność średnicy osłony, aby zapewnić odpowiednią powierzchnię przewodzenia ciepła.
• Wykończenie powierzchni: Ra Mniejsze lub równe 0,8 µm polerowanie wykańczające. Chropowatość obróbki zgrubnej z łatwością wychwytuje pył węglowy i generuje warstwy bariery cieplnej.
• Rozmieszczenie otworów: Nie należy umieszczać otworów pomiarowych w obszarach naprężeń cienkościennych kolektora ani w cienkich częściach końcówki dyszy, aby uniknąć pogorszenia wytrzymałości konstrukcyjnej i ryzyka wycieku stopionego materiału.

2.Zasady projektowania płaskiej powierzchni pomiarowej termopary z płaską-głowicą
• Grubość płaszczyzny: Minimalna głębokość podłoża z litej stali poniżej powierzchni styku wynosi co najmniej 1,2 mm, cienkie płyty stalowe charakteryzują się szybką utratą ciepła i dużymi wahaniami pomiaru temperatury.
• Rozmiar płaszczyzny: o 0,5 mm większy niż zarys płaskiej główki ze wszystkich stron, brak ostrych-prawostronnych krawędzi stopni, aby w rogach nie gromadził się osad węglowy.
• Wymagania dotyczące płaskości: Tolerancja płaskości Mniejsza lub równa 0,02 mm. Wypaczona płaszczyzna powoduje częściową przerwę stykową po ściśnięciu sprężyny, co skutkuje nierównym przenoszeniem ciepła.
• Unikaj otworów przelotowych: użyj płaskiej platformy pomiarowej z ślepymi otworami,-otwory przelotowe mogą spowodować utratę ciepła i niski odczyt temperatury.

3. Zasady projektowania-prostokątnego wąskiego, płytkiego rowka wstęgi termopary
• Głębokość rowka: 0,3~0,4 mm (taka sama jak grubość taśmy), nadmierna głębokość powoduje powstanie szczeliny powietrznej pod taśmą.
• Szerokość rowka: 0,2 mm większa niż szerokość taśmy, co zapewnia niewielki luz podczas montażu i brak deformacji wytłaczanej płaskiej folii.
• Polerowanie dolnych rowków: elektropolerowanie do lustrzanego wykończenia w celu usunięcia mikro-wgłębień zatrzymujących pył węglowy.

Typowe błędy projektowe i towarzyszące im skutki odchyleń

1. Nadmierny luz otworu pomiarowego (przerwa > 0,1 mm): Naprawiono ujemny dryft temperaturowy 1 ~ 2,5 stopnia, reakcja opóźniona o ponad 3 sekundy.

2. Głębokość otworu jest niewystarczająca, końcówka czujnika znajduje się zbyt blisko kanału wody chłodzącej: Straty ciepła powodują, że zmierzona temperatura jest zawsze niższa niż rzeczywista temperatura stopu.

3. Szorstka, niewypolerowana ściana wewnętrzna otworu: szybko gromadzą się osady węgla, cykl czyszczenia skraca się do połowy, dryfuje tydzień po tygodniu.

4. Otwór stopiony wykopany do kanału przepływowego: Stop wpływa do otworu, zestala się i pokrywa końcówkę sondy, całkowicie blokując przenoszenie ciepła

5. Jeżeli odległość pomiędzy kilkoma otworami pomiarowymi będzie mniejsza niż 20mm, wystąpią wzajemne zakłócenia przewodzenia ciepła, co będzie miało wpływ na odczyt temperatury sąsiednich stref.

Dopasowanie środków optymalizacyjnych do gotowych form z niestandardowymi otworami pomiarowymi

Jeżeli w formie zastosowano zbyt duże, szorstkie otwory pomiarowe, szczelinę należy wypełnić metalową tuleją o wysokiej przewodności cieplnej (cienką tuleją ze stopu miedzi) w celu usunięcia izolacji powietrznej, a podczas montażu termopary należy nałożyć zagęszczoną pastę termoprzewodzącą, aby skompensować opór cieplny chropowatej powierzchni. Wymień termopary kulkowe o niskiej masie termicznej na zbyt-płytkie otwory, aby wyeliminować opóźnienia wynikające z braku powierzchni styku cieplnego.

Integracja standardu projektu z listą kontrolną rysunków form

Podczas badania rysunku 3D gorącego kanału projektant musi uwzględnić charakterystykę otworu pomiarowego: rodzaj termopary, średnicę płaszcza, średnicę otworu wewnątrz, głębokość efektywną, chropowatość powierzchni oraz odległość punktów pomiarowych od siebie. Współrzędne wszystkich punktów pomiarowych wielownękowych, zrównoważonych kolektorów powinny być symetryczne, tak aby warunki wymiany ciepła dla każdej termopary były takie same. Znormalizowana obróbka otworów pomiarowych może zmniejszyć nieodłączne przesunięcie pomiaru termopary o około 70% na etapie projektowania formy.333