¿Qué son los termopares?
Llevo 22 años construyendo moldes de inyección, principalmente sistemas de rodetes y herramientas de temperatura-crítica. Los termopares surgen en casi todas las discusiones sobre proyectos, pero todavía veo ingenieros especificando el tipo incorrecto o colocándolos en malas ubicaciones. Pensé en escribir lo que realmente importa cuando se trata de TC en el trabajo de molde.
Los conceptos básicos que nadie explica bien
Un termopar son dos cables metálicos diferentes soldados entre sí en la punta. Esa unión genera un pequeño voltaje cuando se calienta. Su controlador lee ese voltaje y lo convierte en temperatura. Bastante simple.
La parte que hace tropezar a la gente: el voltaje es pequeño. Estamos hablando de milivoltios. El tipo K a 200 grados produce quizás 8 milivoltios. El ruido de los variadores de frecuencia, servomotores, cableado del calentador - todo eso puede saturar su señal si su instalación es descuidada. He visto sistemas Husky nuevos con una lectura de 15 grados porque alguien pasó los cables TC junto a los cables del calentador en el mismo conducto.
Tipo J frente a tipo K - La diferencia real
En América del Norte, la mayoría de los talleres de moldes utilizan por defecto el tipo J. Es hierro y alambre de Constantan, funciona bien hasta aproximadamente 400 grados antes de que el hierro comience a oxidarse gravemente. Cuesta menos que el tipo K. Si está ejecutando PP, PE, ABS, PS - el tipo J lo maneja.
El tipo K utiliza cromel-alumel. Va más alto, es más estable a largo-plazo, pero esto es lo que nadie menciona: el tipo K se desplaza de manera diferente que el tipo J cuando envejece. El tipo K tiende a leer bajo a medida que se desgasta. El tipo J puede ir en cualquier dirección. Si su ventana de proceso es limitada en una pieza médica o componente óptico, ese patrón de deriva es importante cuando configura su programa de MP.
Las herramientas europeas tienden a venir con el Tipo K instalado. Cuando se abastece de un fabricante extranjero de moldes de inyección de plástico, verifique lo que ponen. He tenido herramientas que aparecen con el Tipo K en todo momento, luego el cliente intenta conectarlas a sus controladores Tipo J existentes. Las lecturas están muy equivocadas porque el controlador está haciendo los cálculos de conversión incorrectos.
Los sistemas de canal caliente Mold-Masters y Synventive se envían con el estándar tipo J para el mercado estadounidense. Husky se vuelve Tipo K con sus productos Ultra Helix. Sepa lo que obtendrá antes de que la herramienta llegue al suelo.
Dónde ponerlos realmente
Los libros de texto dicen que hay entre 3 y 5 mm desde la superficie de la cavidad. El mundo real es más complicado que eso.
En una boquilla de canal caliente, el TC generalmente se ubica en un orificio perforado en el cuerpo de la boquilla, tal vez a 10-15 mm de la compuerta. Eso es medir la temperatura del acero de la boquilla, no la temperatura de fusión. La masa fundida en el canal de flujo se calienta más - a veces entre 20 y 30 grados más, dependiendo del calentamiento por cizallamiento. Su punto de ajuste de 220 grados en el controlador podría significar 245 grados en la puerta. Es muy importante para materiales sensibles al corte como el POM.
La detección de la superficie de la cavidad es más complicada. Se perfora un pequeño orificio desde la parte posterior del núcleo o del bloque de cavidad, y se detiene a 2-3 mm de la superficie de la moldura. Demasiado cerca y se crea un aumento de tensión. He visto núcleos romperse justo en el agujero del TC después de unos cientos de miles de disparos. Demasiado atrás y estás midiendo la temperatura del acero, no lo que realmente ve el plástico.
Para trabajos con tolerancias estrictas-, algunos de los mejores proveedores de herramientas de moldeo por inyección colocarán varios TC en una cavidad - uno cerca de la puerta, otro al final del llenado y tal vez uno en una sección gruesa. Resulta caro, pero en realidad sabes lo que sucede durante el ciclo.
Unión conectada a tierra versus sin conexión a tierra
La unión a tierra significa que los cables TC están soldados directamente al interior de la funda metálica. Respuesta rápida, quizás entre 50 y 100 milisegundos. Sin conexión a tierra tiene la unión aislada de la funda. Respuesta más lenta, más bien entre 200 y 500 milisegundos.
Parece que estar conectado a tierra siempre es mejor, ¿verdad? No exactamente.
Los TC conectados a tierra captan ruido eléctrico a través de la funda. Si está ejecutando un canal caliente con calentadores SCR-y un TC conectado a tierra, verá que la lectura de temperatura oscila. Algunos controladores filtran esto bien. Los controladores más baratos o las unidades PID más antiguas tienen problemas con esto.
Sin conexión a tierra cuesta un poco más, responde más lento, pero le brinda una señal más limpia. En zonas múltiples donde la masa térmica es grande y el tiempo de respuesta no es crítico, la conexión a tierra tiene sentido. En las puntas de las boquillas donde se necesita una respuesta rápida para la sincronización de la compuerta de la válvula, la conexión a tierra funciona mejor a pesar de los problemas de ruido.
El problema de la deriva
Cada TC varía con el tiempo. Los cables se oxidan, la unión se degrada, la calibración cambia. La rapidez depende de la temperatura y de cuántos ciclos de calor le pongas.
Al ejecutar PEEK a 380 grados, un Tipo K podría desviarse entre 3 y 5 grados en seis meses de uso en producción. Al ejecutar polipropileno a 210 grados, ese mismo TC podría mantener la calibración durante dos años.
Esto es lo que atrapa a la gente: la tendencia es gradual. Su proceso no falla repentinamente. En cambio, sus piezas empeoran lentamente - comienzan a aparecer rebabas, las marcas de hundimiento se hacen más profundas y el tiempo del ciclo aumenta porque el enfriamiento lleva más tiempo. Cuando alguien piensa en comprobar la calibración del TC, el problema ya lleva meses acumulándose.
Cualquier operación decente de servicios de fabricación de moldes personalizados verifica la calibración del TC durante el MP programado. Debe ser al menos una vez al año, más a menudo en herramientas de alta-temperatura. Un calibrador portátil básico de Fluke u Omega cuesta unos cientos de dólares. No hay excusa para no tener uno.
Detalles de instalación que importan
El estilo de bayoneta con resorte-es ahora estándar. La sonda se desliza dentro de un orificio perforado y el resorte la mantiene presionada contra el fondo. El conector en la cara del molde le permite intercambiar sensores sin tener que separar la herramienta.
Vigile la profundidad de su agujero. Demasiado poco profundo y la sonda toca fondo antes de que el resorte se comprima - sin presión de contacto, lecturas erráticas. Demasiado profundo y no hay suficiente compresión del resorte para mantener el contacto cuando el molde se calienta y el acero se expande. Generalmente se necesitan 1-2 mm de recorrido del resorte después de que la sonda se asiente.
El diámetro del orificio debe coincidir con el diámetro de la funda de la sonda con un espacio mínimo. Un ajuste descuidado significa que la sonda puede moverse y la presión de contacto varía. La mayoría de los talleres estandarizan el uso de sondas de 3 mm o 1/8".
Los tendidos de cableado deben mantenerse alejados del cableado de alimentación del calentador. Utilice un cable de extensión TC blindado, conecte a tierra el blindaje únicamente en el extremo del controlador. Sé que es tentador agrupar todo en una sola bandeja de cables. No.
Cuando las cosas van mal
El circuito abierto es la falla obvia - cable roto, el controlador lee la temperatura máxima o arroja un código de error. Fácil de diagnosticar.
Los fallos furtivos son el contacto parcial y la deriva lenta. El contacto parcial ocurre cuando la sonda no está bien asentada o el resorte pierde tensión. La lectura de la temperatura va por detrás de la realidad, podría estar entre 10 y 20 grados de diferencia. El controlador cree que está en el punto de ajuste, pero la temperatura real del acero es diferente. Las piezas salen mal pero las temperaturas mostradas se ven bien.
Las malas conexiones en el enchufe son más comunes que las fallas reales del sensor. Los pasadores se corroen, especialmente en herramientas que funcionan con refrigeración por agua y ven condensación. Los contactos se doblan cuando alguien fuerza el conector. Calculo que el 60% de las llamadas de "TC incorrectas" que he visto a lo largo de los años fueron en realidad problemas de conector.
Comprar sensores de repuesto
Los reemplazos OEM de su proveedor de canal caliente cuestan 3-4 veces más que los equivalentes genéricos. El TC de la marca Mold-Masters o Husky suele ser el mismo sensor Watlow u Omega con su número de pieza estampado.
No hay nada de malo en buscar en el mercado de repuestos siempre que coincida con las especificaciones: diámetro de la sonda, longitud de la funda, tipo de unión (con conexión a tierra/sin conexión a tierra), tipo de TC (J/K), estilo del conector. Un proveedor de componentes de moldes de precisión o un distribuidor de sensores industriales como Grainger o MSC ofrece configuraciones estándar.
Donde importa el OEM: la calibración real del controlador. Los controladores de canal caliente a veces tienen curvas de compensación programadas para su TC específico. El sensor genérico puede leer algunos grados diferente. Normalmente no importa. En procesos críticos podría serlo.
Conclusión
Los TC son dispositivos simples que realizan un trabajo crítico. El sensor en sí rara vez falla catastróficamente - son la instalación, el cableado y el mantenimiento los que causan problemas. Elija la ubicación correcta, mantenga limpio el cableado, verifique la calibración periódicamente y le brindarán información confiable sobre la temperatura durante años.
La mayoría de los problemas que soluciono provienen de la etapa de diseño: - alguien especificó el tipo incorrecto, colocó el TC en un mal lugar o no pensó en la inmunidad al ruido. Vale la pena dedicar tiempo por adelantado con su socio de diseño de moldes de inyección para clasificar la ubicación y el tipo de TC antes de cortar el acero. Mucho más barato que arreglarlo más tarde.
¿Tiene preguntas sobre problemas de termopares en sus herramientas? Deje un comentario o comuníquese con nosotros. Llevo tanto tiempo lidiando con esto que probablemente he visto cualquier problema que tengas.