Temperaturerfassungsstrategien für quadratische Heizpatronenanwendungen mit 6 x 6 mm

Ein Verfahrenstechniker betrachtet die Temperaturdaten einer wichtigen Form und stellt fest, dass die aufgezeichneten Temperaturen stark von der tatsächlichen Qualität der hergestellten Teile abweichen. Der Controller zeigt an, dass die Temperaturen stabil sind, aber Teile aus verschiedenen Hohlräumen zeigen, dass sich die Abmessungen ändern, was bedeutet, dass sich die Temperaturen ändern. Das Problem liegt nicht bei den Heizungen oder dem Regler, sondern bei der Art und Weise, wie die Temperatur gemessen wird. Die Sensoren liefern uns nicht die richtigen Informationen über die Temperaturen, die sich wirklich auf die Qualität der Teile auswirken. Dieses Beispiel zeigt ein grundlegendes Problem beim Entwurf thermischer Systeme: die richtige Temperatur am richtigen Ort zu finden.

Wenn es um quadratische 6x6-mm-Heizpatronenanwendungen geht, kann die Wahl des richtigen Sensortyps, seine Platzierung und seine Integration einen großen Einfluss auf die Präzision der Steuerung und die Konsistenz des Prozesses haben. Thermoelemente und Widerstandstemperaturdetektoren sind zwei der am weitesten verbreiteten Sensortypen. Thermoelemente sind die am häufigsten in Fabriken eingesetzten Heizgeräte, da sie schnell reagieren, hohen Temperaturen standhalten und nicht zu teuer sind. Thermoelemente vom Typ J und Typ K können die Temperaturbereiche bewältigen, die die meisten 6x6-mm-Heizungsanwendungen benötigen. Typ K hat einen größeren Bereich, während Typ J bei niedrigeren Temperaturen etwas genauer ist.


Das Steuersystem regelt lediglich die Temperatur, auf die der Sensor eingestellt ist. Ein Thermoelement, das im Werkstück in der Nähe der Heizung platziert wird, reagiert hauptsächlich auf die Aktivität der Heizung, liefert jedoch nicht viele Informationen über die Temperatur, die den Prozess beeinflusst. Ein Thermoelement im Inneren des Heizgeräts reagiert sofort auf Änderungen im Heizgerät, zeigt jedoch möglicherweise nicht die tatsächliche Betriebstemperatur an. Der beste Ansatz, die Prozesstemperatur zu ermitteln, besteht darin, ein Thermoelement in das Werkstück einzubauen, entfernt von den Heizgeräten. Allerdings dauert es lange, bis sich das Thermoelement ändert, wenn die Heizungen gewechselt werden. Die beste Platzierung schafft einen Ausgleich zwischen diesen Kriterien für die jeweilige Stelle.

Bei 6 x 6 mm großen quadratischen Heizpatronen ist es aufgrund der geringen Größe der Werkzeuge normalerweise schwierig, eine Position für die Sensoren zu finden. Möglicherweise ist nicht genügend Platz für einzelne Sensorlöcher vorhanden, ohne dass das Werkzeug dadurch schwächer wird oder andere Teile im Weg stehen. In solchen Situationen ist die Platzierung des Thermoelements im Heizgerät selbst eine clevere Möglichkeit, das Problem zu lösen. Heizgeräte mit integrierten Thermoelementen verfügen über einen im Heizmantel integrierten Sensor, normalerweise an der Spitze oder entlang der zu erhitzenden Länge. Diese Anordnung sorgt für eine Temperaturrückmeldung genau dort, wo die Erwärmung auftritt, ohne zusätzlichen Platz im überfüllten Werkzeug zu beanspruchen.

Es besteht auch die Wahl zwischen geerdeten und ungeerdeten Thermoelementaufbauten. Der Sensoranschluss eines geerdeten Thermoelements steht in elektrischem Kontakt mit der Heizungshülle. Die Verbindungsstelle ist direkt der Manteltemperatur ausgesetzt, weshalb sie so schnell reagiert. Allerdings könnten sie elektrische Störungen von der Stromversorgung des Heizgeräts auffangen, wodurch die Steuerung instabil werden kann. Wenn Thermoelemente nicht geerdet sind, ist die Sensorverbindung nicht mit der Ummantelung verbunden. Sie reagieren etwas langsamer, senden aber klarere Signale, die bei empfindlichen Controllern besser funktionieren. Für die meisten 6x6-mm-Heizungsanwendungen sind ungeerdete Sensoren die beste Wahl, da sie sowohl zuverlässig als auch leistungsstark sind.

Mehrere Sensorstandorte liefern Ihnen Informationen, die ein einzelner Sensor nicht liefern kann. Wenn ein Werkzeug über mehr als eine Heizzone verfügt, sollte jede Zone über einen eigenen Sensor verfügen, der Informationen an die Steuerung dieser Zone sendet. In wichtigen Situationen ermöglicht die Verwendung von zwei Sensoren in jeder Zone -einer zur Steuerung und einer zur Überprüfung-, dass das Steuerungssystem Sensorprobleme erkennt, bevor sie sich auf die Produktion auswirken. Einige Systeme verwenden den zweiten Sensor zum Schutz vor hohen Temperaturen, indem sie die Heizung ausschalten, wenn die Temperatur sichere Werte überschreitet, unabhängig davon, was der Steuersensor sagt.

Vielen Menschen ist nicht bewusst, wie wichtig es ist, Sensoren zu kalibrieren. Thermoelemente sind nur innerhalb eines bestimmten Bereichs genau, normalerweise einige Grad darüber oder darunter. Wenn Sie die Temperatur sehr genau einstellen müssen, können Sie durch die Kalibrierung von Sensoren anhand eines anerkannten Standards sicherstellen, dass die angezeigte Temperatur mit der tatsächlichen Temperatur übereinstimmt. Sie sollten diese Kalibrierung von Zeit zu Zeit überprüfen, da Thermoelemente mit der Zeit driften können, insbesondere wenn sie in der Nähe ihrer maximalen Temperaturgrenzen verwendet werden.

Die Art und Weise, wie Sensor und Controller miteinander verbunden sind, beeinflusst die Genauigkeit der Messungen. Thermoelementsignale werden in Millivolt gemessen, daher kann jeder Widerstand in der Verbindungsleitung Fehler verursachen. Durch die Verwendung des richtigen Thermoelement-Verlängerungskabels und nicht eines normalen Kupferkabels bleibt das Signal stark. Das Reinigen und Festziehen der Anschlüsse verhindert einen Spannungsabfall, der andernfalls zu Messungenauigkeiten führen würde. Durch die Verwendung von Steckverbindern aus Materialien in Thermoelementqualität für wichtige Aufgaben wird sichergestellt, dass die Verbindung selbst keine Probleme verursacht.

Zu wissen, was Temperaturmessung wirklich bedeutet, verhindert, dass Menschen etwas falsch machen. Ein Thermoelement zeigt Ihnen nur die Temperatur an der jeweiligen Stelle an, an der es sich befindet. Wenn das Werkzeug Temperaturunterschiede aufweist, stimmt die von Ihnen gemessene Temperatur möglicherweise nicht mit der Temperatur an anderen Orten überein. Das bedeutet, dass bei großen Geräten mit mehr als einer Heizung der Controller die Temperatur anhand der Position der Sensoren im Verhältnis zu den Heizungen erkennt. Ein Sensor in der Nähe einer Heizung misst eine höhere Temperatur als ein Sensor in weiter Entfernung. Beide Messwerte gelten für den jeweiligen Standort, aber keiner zeigt das gesamte Werkzeug.

Die Auswahl der Sensoren beeinflusst die Regelungstechnik. Die Ein--Aus-Steuerung schaltet die Heizung ganz ein oder ganz aus, je nachdem, ob die aufgezeichnete Temperatur unter oder über dem Sollwert liegt. Diese einfache Methode funktioniert bei Werkzeugen mit großer thermischer Masse, bewirkt jedoch bei kleineren Werkzeugen eine Temperaturänderung. Die Proportionalregelung verändert die Heizleistung abhängig davon, wie weit die gemessene Temperatur vom Sollwert entfernt ist. Dadurch werden Schwankungen reduziert. Die PID-Regelung verwendet Proportional-, Integral- und Differentialterme, um die Temperatur konstant zu halten und vorherzusagen, wann sie sich ändern wird. Um eine gute Leistung zu erzielen, benötigen fortschrittlichere Steuerungssysteme genaue und schnelle Temperaturmessungen.

Da die 6 x 6 mm große quadratische Heizpatrone so klein ist, ist es sehr wichtig, die Sensoren richtig auszuwählen und einzustellen. Es gibt nicht viel thermische Masse, um Temperaturänderungen auszugleichen, daher muss das Steuerungssystem schnell darauf reagieren können. Da nicht viel Platz für Sensoren vorhanden ist, ist jeder Millimeter der Sensorposition wichtig. Durch die richtigen Entscheidungen wird die Temperaturkontrolle von einer Ursache für Prozessabweichungen zu einer zuverlässigen Möglichkeit, die Qualität über jeden Produktionszyklus hinweg gleich zu halten.