Pomiar i kontrola temperatury w przypadku grzejników z długim wkładem

System kontroli temperatury, który uruchamia grzałkę kasetową, sprawia, że ​​działa. Nawet jeśli grzejnik jest prawidłowo skonfigurowany i działa dobrze, nie będzie działał dobrze, jeśli system sterowania nie uzyska dokładnych danych o temperaturze lub nie będzie mógł poprawnie zareagować. Jest to szczególnie ważne w przypadku długich grzejników kasetowych, np. o długości 1000 mm lub 1200 mm, ponieważ zachowanie termiczne na dużej długości nie zawsze jest takie samo. Jedna termopara w jednym miejscu daje jedynie mały obraz tego, co dzieje się w całej grzałce.

Pojedyncza termopara zainstalowana gdzieś w zagłębieniu lub na powierzchni formy to najczęstszy sposób kontrolowania wszystkiego. Sterownik odczytuje tę temperaturę i dopasowuje do niej moc grzejnika. Działa to dobrze, gdy środowisko termiczne grzejnika pozostaje takie samo przez cały czas. Jednak w wielu rzeczywistych-sytuacjach straty ciepła są różne na każdym końcu zagłębienia. Końcówka może tracić ciepło do otaczającego ją powietrza. Wokół środkowej części może znajdować się dużo metalu, który utrzymuje ciepło. Rama maszyny może chłodzić koniec przewodu. Pojedyncza termopara nie jest w stanie odróżnić.


Termopara odczytuje najniższą temperaturę, gdy jest umieszczona na końcu wnęki. Sterownik reaguje, zwiększając moc, co może spowodować, że środkowy obszar będzie zbyt gorący. Końcówka może być zimna, gdy termopara znajduje się pośrodku, ale sterownik jest zadowolony. Powoduje to powstanie różnicy temperatur we wnęce, która może mieć wpływ na jakość produktu, czas jego wykonania i żywotność grzejnika. Cieplejsze części grzejnika mają wyższą temperaturę wewnętrzną, co przyspiesza utlenianie i powoduje zbyt wczesną awarię grzejnika.

Wielostrefowe wykrywanie i kontrola-to odpowiedź dla ważnych zastosowań. Umieszczenie wielu termopar na różnych głębokościach wzdłuż wgłębienia daje lepszy obraz profilu termicznego. Sterownik, który może odczytać więcej niż jedno wejście, może je uśrednić w celu wytworzenia jednego sygnału sterującego lub samodzielnie sterować różnymi strefami grzewczymi. Niezależne sterowanie strefowe to najlepsza opcja, ale też najdroższa, bo wymaga grzejnika z kilkoma obwodami wewnętrznymi i sterownika z kilkoma wyjściami. Dobrym sposobem jest sprawdzenie średniej z kilku odczytów termopary, aby upewnić się, że żadna lokalizacja nie jest gorąca ani zimna.

Jeśli nie jest możliwe użycie więcej niż jednej termopary, umieszczenie termopary staje się ważną decyzją projektową. Czujnik należy umieścić w miejscu, które najlepiej pokazuje ogólne zapotrzebowanie termiczne procesu. W wielu sytuacjach związanych z formowaniem punkt ten stanowi około dwie-trzeciej odległości od końca prowadzącego do końcówki. To miejsce zwykle równoważy utratę ciepła na końcówce z zatrzymywaniem ciepła w środku. Użycie tymczasowych termopar na różnych głębokościach podczas wstępnej konfiguracji może pomóc w znalezieniu najlepszej stałej pozycji.

Ważny jest także rodzaj zastosowanego czujnika temperatury. Termopary są najpopularniejszym rodzajem czujników temperatury stosowanych w grzejnikach kasetowych. Są wytrzymałe, tanie i mogą mierzyć szeroki zakres temperatur. Termopary typu J mogą pracować w temperaturach do 750 stopni, natomiast typu K mogą pracować w temperaturach do 1200 stopni. Czujniki RTD (rezystancyjne czujniki temperatury) są dokładniejsze i stabilniejsze, ale są też delikatniejsze i droższe. W przypadku większości zastosowań w ogrzewaniu przemysłowym prawidłowo umieszczona termopara typu J lub typu K sprawdza się dobrze.

Kolejną rzeczą do przemyślenia jest to, jak to kontrolować. Włączanie i wyłączanie grzejnika może powodować zmiany temperatury, które mogą obciążać grzejnik i jego działanie. Dzięki sterowaniu proporcjonalnemu, w którym moc stale się zmienia, temperatura jest znacznie lepiej kontrolowana. W przypadku grzejników kasetowych o dużej mocy zdecydowanie zaleca się stosowanie sterowania proporcjonalnego za pomocą przekaźnika półprzewodnikowego-(SSR). W przypadku sterowania proporcjonalnego styczniki mechaniczne pracują zbyt wolno i zużywają się zbyt wcześnie.

Czas reakcji układu sterowania musi także odpowiadać sposobowi, w jaki aplikacja radzi sobie z ciepłem. Duża forma z długimi grzejnikami kasetowymi nie powoduje bardzo szybkiej zmiany poziomu mocy. Jeżeli zbyt agresywnie wyregulujesz układ sterowania, posunie się on za daleko i będzie się przesuwał w przód i w tył. Jeśli system jest dostrojony zbyt konserwatywnie, osiągnięcie wartości zadanej zajmie zbyt dużo czasu. Aby zapewnić stabilną i wydajną pracę, ważne jest prawidłowe dostrojenie parametrów proporcjonalności, całki i różniczkowania (PID). Wiele nowszych kontrolerów ma funkcje-automatycznego dostrajania, które automatycznie znajdują odpowiednie ustawienia dla systemu.

Opóźnienie czasowe jest dużym problemem w przypadku grzejników, które są dość długie. Ciepło pochodzące z końca przewodu musi pokonać całą długość grzejnika, zanim zmieni temperaturę na końcówce. Jeśli system sterowania nie uwzględni tego opóźnienia, może to spowodować niestabilność. Niektóre zaawansowane sterowniki wykorzystują algorytmy predykcyjne lub schematy sterowania kaskadowego, aby nadrobić duże opóźnienia. System kaskadowy składa się z dwóch pętli: wewnętrznej, która reguluje moc grzejnika w oparciu o czujnik znajdujący się w pobliżu grzejnika oraz zewnętrznej pętli, która kontroluje temperaturę procesu w oparciu o czujnik w przedmiocie obrabianym.

Zła regulacja temperatury jest sekretną przyczyną awarii grzejników. Kiedy grzejnik często się włącza i wyłącza, ulega naprężeniom termicznym za każdym razem, gdy rozszerza się i kurczy. To napięcie może rozbić izolator MgO lub zużyć drut oporowy po tysiącach cykli. Dobrze wyregulowany, proporcjonalny system sterowania, który utrzymuje stabilną temperaturę, ogranicza cykle pracy i wydłuża żywotność grzejnika. Inwestycja w dobry sterownik i umieszczenie termopary we właściwym miejscu zwróci się w postaci dłuższej żywotności grzejnika, bardziej spójnych procesów i mniejszej liczby nieoczekiwanych przestojów. Monitorowanie i kontrola temperatury nie są opcjonalne; są one niezbędne, aby w pełni wykorzystać możliwości każdego grzejnika kasetowego, zwłaszcza takiego, który musi wytwarzać równomierne ciepło na dużą odległość.