Πώς να επιλέξετε τον τύπο και τη θέση θερμοστοιχείου για μια πλάκα θέρμανσης που υπόκειται σε ταχεία θερμική ανακύκλωση;

Μια πλάκα θέρμανσης που πηγαίνει από 50 μοίρες σε 250 μοίρες σε δευτερόλεπτα και πίσω χρειάζεται έναν αισθητήρα που μπορεί να συμβαδίσει. Ο τύπος του θερμοστοιχείου και το πού ακριβώς βρίσκεται στην πλάκα καθορίζουν εάν ο ελεγκτής βρίσκεται μπροστά ή πίσω από τη θερμική διαδικασία. Οι αισθητήρες αργής θερμοκρασίας έχουν ως αποτέλεσμα την υπέρβαση, την υποχώρηση και τους μεγάλους χρόνους καθίζησης σε εφαρμογές όπου απαιτείται γρήγορος θερμικός κύκλος, όπως δοκιμή πλακιδίων ημιαγωγών, χύτευση με έγχυση απόκρισης ή επιταχυνόμενη γήρανση υλικών. Η σωστή επιλογή και τοποθέτηση θερμοστοιχείου μπορεί να μετατρέψει μια απρόβλεπτη λειτουργία σε αυστηρά ελεγχόμενη.

Γιατί ο χρόνος απόκρισης είναι σημαντικός στη γρήγορη ποδηλασία
εάν μια θερμαντική πλάκα κατευθύνεται για να αλλάζει γρήγορα τη θερμοκρασία, ο βρόχος ελέγχου χρησιμοποιεί τη μετρούμενη θερμοκρασία για να αποφασίσει εάν θα διακόψει την παροχή ρεύματος ή θα εφαρμόσει ψύξη. Εάν το θερμοστοιχείο διαβάσει μια θερμοκρασία σημαντικά εκτός φάσης με την πραγματική θερμοκρασία της επιφάνειας εργασίας, ο ελεγκτής θα συνεχίσει τη θέρμανση μετά την επίτευξη του σημείου ρύθμισης (υπέρβαση) ή θα αρχίσει να ψύχεται πρόωρα (υπέρβαση). Στη χειρότερη κατάσταση, η θερμοκρασία της πλάκας μπορεί να παρουσιάσει μια ταλάντωση γύρω από το σημείο ρύθμισης χωρίς ποτέ να καθιζάνει.

Η σημαντική παράμετρος είναι η χρονική σταθερά του αισθητήρα - ο χρόνος που χρειάζεται ο αισθητήρας για να φτάσει το 63,2% της αλλαγής θερμοκρασίας ενός βήματος. Εάν η πλάκα ανεβαίνει γρήγορα (ας πούμε 10 έως 20 μοίρες ανά δευτερόλεπτο), τότε ένας αισθητήρας με σταθερά χρόνου 3 δευτερολέπτων θα καθυστερήσει κατά δεκάδες μοίρες. Ένας αισθητήρας με σταθερά χρόνου 0,3 δευτερόλεπτα ακολουθεί την πραγματική επιφάνεια αρκετά πιο κοντά.

Ο τύπος σύνδεσης είναι εξίσου σημαντικός με το είδος του θερμοστοιχείου στην τεχνική οργάνων πιεστηρίου-. Η επιλογή μιας τοποθέτησης πλάκας θέρμανσης τύπου θερμοστοιχείου γρήγορης ανακύκλωσης θα πρέπει να βασίζεται στη γρήγορη θερμική απόκριση, τη μηχανική στιβαρότητα και την ηλεκτρική απομόνωση, εάν χρειάζεται.

Τύποι συνδέσεων θερμοστοιχείων: Μη γειωμένοι, γειωμένοι και εκτεθειμένοι
Υπάρχουν τρία κοινά στυλ σύνδεσης για θερμοστοιχεία με επένδυση. Το καθένα ανταποκρίνεται διαφορετικά στη θερμότητα και στον ηλεκτρισμό.

Στυλ JunctionDescriptionTime Constant (τυπικός καθετήρας 6 mm) Ηλεκτρική απομόνωση Ιδανική για γειωμένα καλώδια συγκολλημένα στο εσωτερικό της άκρης του περιβλήματος. διασταύρωση σε άμεση επαφή με τη θήκη 0,1 – 0,5 sΚανένα (θηκάρι στο σήμα κοινό) Ταχύτερη απόκριση, όπου ο ηλεκτρικός θόρυβος δεν αποτελεί πρόβλημα
Μη γειωμένα καλώδια συγκολλημένα μεταξύ τους αλλά μονωμένα από το περίβλημα με MgO. διασταύρωση ενσωματωμένη σε συμπαγή σκόνη 2 – 4 φορές πιο αργή από τη γείωση (0,5 – 2 δευτερόλεπτα) πολύ καλή (το θηκάρι εδάφους μπορεί να διαχωριστεί) Απαιτείται αργή ποδηλασία με ηλεκτρική μόνωση
Εκτεθειμένη Η διασταύρωση βρίσκεται έξω από το περίβλημα και εκτίθεται απευθείας στο μέσο<0.1 secPoor (can short exposed wire)Gas temperature measurement ; not used inside metal plates
Για μια πλάκα θέρμανσης που είναι εκτεθειμένη σε γρήγορο θερμικό κύκλο, η κατάλληλη επιλογή είναι σχεδόν πάντα ένα γειωμένο θερμοστοιχείο διασταύρωσης. Η άμεση επαφή μετάλλου-με-μετάλλου μεταξύ των καλωδίων του θερμοστοιχείου και της θήκης εξασφαλίζει την ταχύτερη δυνατή μετάδοση θερμότητας από το υλικό της πλάκας στη διασταύρωση του αισθητήρα. Αν όμως το περίβλημα ακουμπήσει την πλάκα (όπως υποτίθεται), το σήμα του θερμοστοιχείου είναι στο ίδιο δυναμικό γείωσης με την πλάκα, εάν δεν υπάρχει ηλεκτρική μόνωση. Αυτό μπορεί να προκαλέσει βρόχους γείωσης εάν η είσοδος στον ελεγκτή δεν είναι καλά διαχωρισμένη. Οι γειωμένες διασταυρώσεις είναι ασφαλείς και αποτελεσματικές με τους περισσότερους σύγχρονους ελεγκτές PID και συστήματα συλλογής δεδομένων που διαθέτουν απομονωμένες εισόδους.

Εάν η διασταύρωση δεν είναι γειωμένη, θα είναι πολύ πιο αργή, συνήθως 2 έως 4 φορές τη σταθερά χρόνου ενός γειωμένου καθετήρα ίδιας διαμέτρου. Αυτή η πρόσθετη καθυστέρηση μπορεί να αποσταθεροποιήσει τον βρόχο ελέγχου για γρήγορη ποδηλασία. Οι μη γειωμένες διασταυρώσεις προορίζονται για καταστάσεις όπου η ηλεκτρική απομόνωση είναι απαραίτητη (π.χ. επαγωγική θέρμανση υψηλής-συχνότητας) και όπου οι ταχύτητες ποδηλασίας είναι μέτριες.

Είδος θερμοστοιχείου: K, J ή άλλο;
Το είδος K (Chromel-Alumel) είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο είδος για θέρμανση πλακών στην περιοχή από 50 βαθμούς έως 400 βαθμούς. Έχει καλή ακρίβεια (±2,2 μοίρες ή ±0,75%), μεγάλη αντοχή στην οξείδωση και φθηνό κόστος. Διατίθενται συγκροτήματα θερμοστοιχείων γειωμένης διασταύρωσης τύπου Κ με θηκάρια μικροσκοπικής διαμέτρου.

Μια άλλη πιθανότητα είναι ο Τύπος J (Iron-Constantan). Έχει μεγαλύτερη θερμοηλεκτρική τάση (περίπου 5% περισσότερη έξοδο ανά μοίρα από τον Τύπο Κ στις 200 μοίρες), η οποία μπορεί να επιτρέψει μια κάπως ταχύτερη ηλεκτρική απόκριση σε ορισμένους ελεγκτές λόγω της καλύτερης αναλογίας σήματος-προς-θόρυβο. Ωστόσο, ο Τύπος J έχει χαμηλότερη μέγιστη θερμοκρασία (περίπου 750 μοίρες σε σύγκριση με 1200 μοίρες για τον τύπο Κ) και το σιδερένιο πόδι είναι επιρρεπές σε οξείδωση, επομένως δεν διαρκεί τόσο πολύ-σε εφαρμογές ποδηλασίας. Ο τύπος Κ προτείνεται για την πλειονότητα των πιάτων{11}ταχείας ποδηλασίας λόγω της αξιοπιστίας και της εκτεταμένης διαθεσιμότητάς του.

Ο τύπος Τ (Copper–Constantan) μπορεί να θεωρηθεί για κρυογονικούς κύκλους (από -50 βαθμούς έως υψηλές θερμοκρασίες), αλλά έχει ένα ανώτερο όριο περίπου 350 μοίρες.

Τοποθέτηση: Κοντά στην επιφάνεια εργασίας είναι τα πάντα
Το μεγαλύτερο θερμοστοιχείο στον κόσμο είναι άχρηστο αν το κολλήσετε πολύ μακριά από την επιφάνεια που αγγίζει πραγματικά το τεμάχιο εργασίας. Η θερμότητα πρέπει να μεταφερθεί από τα θερμαντικά στοιχεία μέσω του πάχους της πλάκας στην επιφάνεια εργασίας και τέλος στο εξάρτημα. Ο αισθητήρας πρέπει να τοποθετηθεί όσο το δυνατόν πιο κοντά σε αυτήν την επιφάνεια εργασίας για να ανιχνεύσει τη θερμοκρασία που βλέπει το εξάρτημα.

Προτεινόμενη μέθοδος τοποθέτησης:

Ανοίξτε μια τυφλή τρύπα, ξεκινώντας από το πίσω μέρος της πλάκας θέρμανσης, σε απόσταση 1-2 mm από την επιφάνεια εργασίας.

Εισαγάγετε το θερμοστοιχείο (γειωμένη διασταύρωση, μικρής διαμέτρου - συνήθως 1,5 mm έως 3 mm) στην οπή έτσι ώστε η άκρη να ακουμπά στο κάτω μέρος της οπής.

Γεμίστε τον υπόλοιπο δακτυλιοειδή χώρο με μια θερμική αγώγιμη ένωση υψηλής θερμοκρασίας (π.χ. πάστα νιτριδίου βορίου, γράσο με άργυρο ή θερμικά αγώγιμο εποξειδικό με ονομαστική μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας). Αυτό μειώνει τα κενά αέρα που κατά τα άλλα είναι θερμομονωτές.

Κρατήστε το θερμοστοιχείο στη θέση του με ένα εξάρτημα συμπίεσης με ελατήριο ή ένα μικρό κλιπ συγκράτησης για να το διατηρείτε σε επαφή όταν η πλάκα διαστέλλεται και συστέλλεται.

Εάν ο αισθητήρας τοποθετηθεί πολύ βαθιά, ας πούμε κοντά στα εξαρτήματα θέρμανσης ή στο μισό του πάχους της πλάκας, τότε εισάγεται μια θερμική υστέρηση που είναι ανάλογη με την απόσταση από την επιφάνεια. Στη γρήγορη θέρμανση μπορεί να παρατηρηθεί μια κλίση θερμοκρασίας 5–10 μοιρών από την πλευρά του θερμαντήρα μέχρι την πλευρά εργασίας μιας πλάκας πάχους 20 mm. Εάν ένας αισθητήρας τοποθετούνταν σε απόσταση 5 mm από τις θερμάστρες, θα αισθανόταν πολύ υψηλότερη θερμοκρασία από την επιφάνεια εργασίας και ο ελεγκτής θα έσβηνε τη θερμότητα πολύ νωρίς και θα άφηνε μια κρύα επιφάνεια εργασίας.

Ένας αισθητήρας που χρειάζεται 0,3 δευτερόλεπτα για να ανταποκριθεί αντί για 3 δευτερόλεπτα κάνει τη διαφορά." Ο ελεγκτής διαβάζει την πραγματική θερμοκρασία επιφάνειας σχεδόν γρήγορα, καθώς μια γρήγορη γειωμένη διασταύρωση βρίσκεται 1,5 mm μακριά από την επιφάνεια εργασίας. Η υπέρβαση μπορεί να ελεγχθεί σε 1-2 μοίρες Ένας αργός μη γειωμένος αισθητήρας σε βάθος 10 mm εμφανίζει συνήθως γρήγορη υπέρβαση 5-2mp0 μοιρών.

Πρόσθετες εκτιμήσεις για αξιόπιστη λειτουργία
Μέγεθος θερμοστοιχείου
Οι ανιχνευτές μικρότερης διαμέτρου έχουν μικρότερη θερμική μάζα και ανταποκρίνονται ταχύτερα. Ένα γειωμένο θερμοστοιχείο διαμέτρου 1,5 mm έχει χρονική σταθερά γύρω στο ένα-ένα τρίτο αυτής ενός καθετήρα 6 mm. Αλλά οι μικροί ανιχνευτές είναι μηχανικά εύθραυστοι. Ένας αισθητήρας διαμέτρου 3 mm είναι ένας εύλογος συμβιβασμός ταχύτητας και αντοχής για μια πλάκα θέρμανσης που διαστέλλεται και συστέλλεται θερμικά συχνά.

Προστασία από διάτμηση και κραδασμούς
Το καλώδιο μολύβδου θερμοστοιχείου βγαίνει από το πίσω μέρος της πλάκας και πρέπει να ανακουφιστεί από την καταπόνηση. Ο γρήγορος κύκλος θερμοκρασίας προκαλεί διαστολή και συμπίεση της πλάκας, γεγονός που μπορεί να λυγίσει το καλώδιο του ηλεκτροδίου στη θέση εισόδου.