Com afecten els efectes d'expansió tèrmica la precisió del termopar?

L'expansió tèrmica és un fenomen físic bàsic que té una gran influència en la precisió dels termoparells en sistemes de canal calent. A mesura que els components del motlle s'escalfen de l'ambient a la temperatura de processament (generalment 200-400 graus), els materials s'expandeixen a velocitats variables, canviant la ubicació dels termoparells i les condicions de contacte. Aquests efectes s'han d'entendre per poder detectar la temperatura amb precisió.

Aprenentatge d'expansió diferencial

Els diferents materials utilitzats en la construcció del canal calent tenen diferents coeficients d'expansió tèrmica (CTE). El coeficient d'expansió tèrmica de l'acer és d'uns 11-13 µm/m grau. Els materials de la funda del termopar (acer inoxidable o Inconel) tenen coeficients similars, encara que no són iguals. L'aïllament d'òxid de magnesi dins de la funda té propietats d'expansió diferents. A mesura que el sistema s'escalfa, els diferents components s'expandiran a diferents velocitats, induint una tensió mecànica que influirà en la posició de la unió de mesura i la pressió de contacte.

Efecte del muntatge del termoparell

L'expansió afecta el muntatge de sensors muntats amb accessoris de compressió o dispositius amb molla{0}}. A mesura que l'acer del motlle s'expandeix, el forat de muntatge es mou en relació a la punta del termopar. Si el recorregut de la molla no és suficient, la punta pot perdre el contacte amb la part inferior del forat, permetent que es formi un buit d'aire que aïlla el sensor i dóna lloc a lectures de baixa temperatura. No obstant això, una expansió excessiva podria aixafar el termopar i danyar les connexions internes. Es necessita una precàrrega correcta de la molla dins del rang previst d'expansió tèrmica.

Influència en la mesura de la ubicació de la unió

L'expansió tèrmica afecta la posició de la connexió de mesura respecte a la font de calor. Si el termopar es troba en un broquet que s'expandeix axialment, la punta del sensor es pot moure en relació al lloc de l'escalfador. El canvi d'ubicació canvia la temperatura registrada, avançar cap a l'escalfador augmenta la lectura i allunyant-se la disminueix. Aquest impacte pot ser evident en el cas d'escalfadors fixos i broquets mòbils.

Influència sobre la pressió de contacte i la resistència tèrmica

L'expansió tèrmica provoca el canvi en la pressió de contacte entre la punta del termopar i la superfície mesurada. Depenent del disseny, el contacte tèrmic es pot millorar (augment del contacte tèrmic) o degradar (contacte tèrmic disminuït) durant l'expansió dels components. Per als sensors en forats perforats, l'expansió pot estrènyer o afluixar l'ajust. Amb sensors amb anells de mesura, l'expansió afecta la pressió de tancament. la pressió de contacte variada provoca una resistència tèrmica variada, donant lloc a una deriva de mesura i inestabilitat.

Plans de compensació

Hi ha diverses maneres de minimitzar les conseqüències de l'expansió tèrmica. Utilitzeu termoparells amb molla amb un recorregut suficient (normalment 2-4 mm) per mantenir-se en contacte durant tot el rang d'expansió. Utilitzeu materials de muntatge CTE similars. Dissenyeu geometries de muntatge per mantenir la pressió de contacte contínua durant l'expansió. Per a aplicacions importants, utilitzeu molts sensors en diferents ubicacions per detectar els canvis deguts a l'expansió i aplicar l'ajust del programari.

Estabilitat{0}}Llarg termini

El muntatge del termopar es modifica de manera incremental mitjançant cicles tèrmics repetits al llarg del temps. Cada cicle pot canviar una mica la posició del sensor o perjudicar la qualitat del contacte. Els mecanismes de molla de fluència redueixen la precàrrega amb el pas del temps. Les comprovacions periòdiques de manteniment de l'assentament del sensor i la qualitat del contacte eviten la deriva a llarg termini-a causa dels efectes d'expansió.

Expansió diferencial del termopar i cable de connexió

L'expansió tèrmica també afecta la connexió del termoparell amb el seu cable d'extensió. Durant la producció, la regió del connector està subjecta a variacions de temperatura que poden provocar expansió i contracció que poden provocar que les connexions es soltin. Els connectors amb mecanismes de bloqueig positius i dissenys de compensació de temperatura s'utilitzen per augmentar la fiabilitat. Es permet el moviment del cable a causa de l'expansió amb bucles d'alleujament de tensió.

Recomanacions pràctiques per reduir els efectes de l'expansió

Instal·leu sempre els termoparells a temperatura ambient, permetent l'expansió. Mesureu la longitud comprimida a la temperatura de funcionament per observar el viatge de compressió durant les proves. Realitzeu la verificació de la profunditat d'inserció durant el manteniment per verificar rutinàriament l'assentament del sensor. Utilitzeu compostos de bloqueig classificats per a la temperatura de funcionament per protegir la integritat del connector. Si teniu una aplicació exigent, mireu els termoparells sense fil que eliminen completament els impactes del creixement del cable.