O que são termopares?
Venho construindo moldes de injeção há 22 anos, principalmente sistemas de canais e ferramentas-de temperatura crítica. Os termopares aparecem em quase todas as discussões de projetos, mas ainda vejo engenheiros especificando o tipo errado ou colocando-os em locais inadequados. Decidi escrever o que realmente importa quando você está lidando com TCs em moldes.
O básico que ninguém explica direito
Um termopar consiste em dois fios de metal diferentes soldados na ponta. Essa junção produz uma pequena voltagem quando aquece. Seu controlador lê essa tensão e a converte em temperatura. Bastante simples.
A parte que confunde as pessoas: a voltagem é minúscula. Estamos falando de milivolts. O tipo K a 200 graus produz talvez 8 milivolts. Ruído de inversores de frequência variável, servomotores, fiação de aquecedores - tudo isso pode sobrecarregar seu sinal se sua instalação for malfeita. Já vi sistemas Husky novos com leitura de 15 graus porque alguém passou os fios TC próximos aos condutores do aquecedor no mesmo conduíte.
Tipo J vs Tipo K - A diferença real
Na América do Norte, a maioria das oficinas de moldes usa como padrão o Tipo J. É de ferro e fio de Constantan, funciona bem até cerca de 400 graus antes que o ferro comece a oxidar gravemente. Custa menos que o Tipo K. Se você estiver executando PP, PE, ABS, PS - o Tipo J cuida disso.
O tipo K usa chromel-alumel. Fica mais alto e mais estável a longo-prazo, mas aqui está o que ninguém menciona: o Tipo K muda de maneira diferente do Tipo J quando envelhece. O tipo K tende a ter uma leitura baixa à medida que se desgasta. O tipo J pode ir em qualquer direção. Se a janela do seu processo for apertada em uma peça médica ou componente óptico, esse padrão de desvio será importante quando você estiver configurando sua programação de MP.
As ferramentas europeias tendem a vir com o Tipo K instalado. Quando você estiver comprando de um fabricante estrangeiro de moldes de injeção de plástico, verifique o que eles colocam. Reparei que ferramentas apareceram com o Tipo K e, em seguida, o cliente tentou conectá-las aos controladores Tipo J existentes. As leituras estão erradas porque o controlador está fazendo a conversão matemática errada.
Os sistemas de câmara quente Mold-Masters e Synventive são fornecidos com o padrão Tipo J para o mercado dos EUA. Husky usa o Tipo K em seu material Ultra Helix. Saiba o que você está obtendo antes que a ferramenta chegue ao chão.
Onde realmente colocá-los
Os livros didáticos dizem 3-5 mm da superfície da cavidade. O mundo real é mais confuso do que isso.
Em um bico de câmara quente, o TC geralmente fica em um orifício perfurado no corpo do bico, talvez 10-15mm atrás da comporta. Isso mede a temperatura do aço do bico, não a temperatura de fusão. O fundido no canal de fluxo fica mais quente - às vezes 20-30 graus mais quente dependendo do aquecimento por cisalhamento. Seu ponto de ajuste de 220 graus no controlador pode significar 245 graus no portão. É muito importante para materiais sensíveis ao cisalhamento como o POM.
A detecção da superfície da cavidade é mais complicada. Você faz um pequeno furo na parte de trás do núcleo ou bloco de cavidade, parando 2-3 mm da superfície de moldagem. Muito perto e você cria um aumento de estresse - vi núcleos quebrarem bem no buraco do TC depois de algumas centenas de milhares de tiros. Muito atrás, você estará medindo a temperatura do aço, e não o que o plástico realmente vê.
Para trabalhos com-tolerâncias rigorosas, alguns dos melhores fornecedores de ferramentas de moldagem por injeção colocarão vários TCs em uma cavidade - uma perto da porta, uma no final do preenchimento, talvez uma em uma seção espessa. Fica caro, mas você realmente sabe o que está acontecendo durante o ciclo.
Junção aterrada vs não aterrada
Junção aterrada significa que os fios TC são soldados diretamente no interior da bainha metálica. Resposta rápida, talvez 50-100 milissegundos. Não aterrado tem a junção isolada da bainha. Resposta mais lenta, cerca de 200-500 milissegundos.
Parece que aterrado é sempre melhor, certo? Não exatamente.
Os TCs aterrados captam ruído elétrico através da bainha. Se você estiver executando uma câmara quente com aquecedores-acionados por SCR e um TC aterrado, você verá a leitura da temperatura oscilar. Alguns controladores filtram isso perfeitamente. Controladores mais baratos ou unidades PID mais antigas enfrentam problemas com isso.
Não aterrado custa um pouco mais, responde mais devagar, mas fornece um sinal mais limpo. Em zonas múltiplas onde a massa térmica é grande e o tempo de resposta não é crítico, não aterrado faz sentido. Em bicos onde você precisa de uma resposta rápida para o sincronismo do bico valvulado, o aterramento funciona melhor apesar dos problemas de ruído.
O problema da deriva
Cada TC muda com o tempo. Os fios oxidam, a junção se degrada, a calibração muda. A rapidez depende da temperatura e de quantos ciclos de calor você aplica.
Executando o PEEK a 380 graus, um Tipo K pode desviar de 3 a 5 graus em seis meses de uso em produção. Executando polipropileno a 210 graus, esse mesmo TC pode manter a calibração por dois anos.
Aqui está o que surpreende as pessoas: a deriva é gradual. Seu processo não falha repentinamente. Em vez disso, suas peças pioram lentamente - o flash começa a aparecer, as marcas de afundamento ficam mais profundas, o tempo de ciclo aumenta porque o resfriamento demora mais. No momento em que alguém pensa em verificar a calibração do TC, o problema já vem crescendo há meses.
Qualquer operação decente de serviços de fabricação de moldes personalizados verifica a calibração do TC durante a MP programada. Deve ser pelo menos anual, com mais frequência em ferramentas-de alta temperatura. Um calibrador portátil básico da Fluke ou Omega custa algumas centenas de dólares. Não há desculpa para não ter um.
Detalhes de instalação que importam
O estilo-de baioneta com mola é padrão agora. A sonda desliza para dentro de um orifício perfurado, a mola a mantém pressionada contra o fundo. O conector na face do molde permite trocar sensores sem separar a ferramenta.
Observe a profundidade do seu buraco. Muito raso e a sonda atinge o fundo antes que a mola comprima - sem pressão de contato, leituras erráticas. Muito profundo e não há compressão de mola suficiente para manter o contato quando o molde aquece e o aço se expande. Geralmente, deseja-se 1-2 mm de deslocamento da mola após o assentamento da sonda.
O diâmetro do furo precisa corresponder ao diâmetro da bainha da sonda com folga mínima. O ajuste desleixado significa que a sonda pode se deslocar e a pressão de contato varia. A maioria das lojas padroniza sondas de 3 mm ou 1/8".
A fiação deve ficar longe da fiação de alimentação do aquecedor. Use cabo de extensão TC blindado, aterre a blindagem somente na extremidade do controlador. Eu sei que é tentador agrupar tudo em uma bandeja de cabos. Não.
Quando as coisas dão errado
Circuito aberto é a falha óbvia - fio quebrado, o controlador lê a temperatura máxima ou emite um código de erro. Fácil de diagnosticar.
As falhas sorrateiras são o contato parcial e a deriva lenta. O contato parcial acontece quando a sonda não está assentada corretamente ou a mola perde tensão. A leitura da temperatura está atrasada em relação à realidade, pode estar 10-20 graus errada. O controlador pensa que está no ponto de ajuste, a temperatura real do aço é diferente. As peças saem erradas, mas as temperaturas exibidas parecem boas.
Conexões ruins no plugue são mais comuns do que falhas reais nos sensores. Os pinos ficam corroídos, especialmente em ferramentas que funcionam com refrigeração a água e apresentam condensação. Os contatos ficam dobrados quando alguém força o conector. Eu estimaria que 60% das chamadas de "TC ruins" que vi ao longo dos anos eram, na verdade, problemas de conector.
Compra de sensores de reposição
As substituições OEM do seu fornecedor de câmara quente custam 3-4 vezes mais do que os equivalentes genéricos rodam. O TC da marca Mold-Masters ou Husky é geralmente o mesmo sensor Watlow ou Omega com seu número de peça estampado nele.
Não há nada de errado em ir ao mercado de reposição, desde que você atenda às especificações: diâmetro da sonda, comprimento da bainha, tipo de junção (aterrada/não aterrada), tipo TC (J/K), estilo do conector. Um fornecedor de componentes de molde de precisão ou distribuidor de sensores industriais como Grainger ou MSC oferece configurações padrão.
Onde o OEM é importante: a calibração real do controlador. Os controladores de câmara quente às vezes possuem curvas de compensação programadas para seu TC específico. O sensor genérico pode ler alguns graus diferentes. Geralmente não importa. Em processos críticos, pode.
Conclusão
Os TCs são dispositivos simples que realizam um trabalho crítico. O sensor em si raramente falha catastroficamente - são a instalação, a fiação e a manutenção que causam problemas. Obtenha a localização correta, mantenha a fiação limpa, verifique a calibração periodicamente e eles fornecerão feedback confiável de temperatura por anos.
A maioria dos problemas que soluciono vem do estágio de design - alguém especificou o tipo errado, colocou o TC em uma situação ruim ou não pensou na imunidade a ruídos. Vale a pena gastar tempo antecipadamente com seu parceiro de projeto de molde de injeção para classificar o posicionamento e o tipo do TC antes que o aço seja cortado. Muito mais barato do que consertar depois.
Tem dúvidas sobre problemas de termopares em suas ferramentas? Deixe um comentário ou entre em contato. Estou lidando com essas coisas há tempo suficiente e provavelmente já vi qualquer problema que você esteja tendo.