Di Chuck Reed, specialista senior delle vendite del servizio clienti Ipsen
Le termocoppie svolgono un ruolo fondamentale nel trattamento termico, fornendo dati accurati sulla temperatura che consentono ai sistemi di forni di funzionare in modo sicuro e costante. Sono progettati per resistere a condizioni estreme e vengono utilizzati per rilevare temperature fuori range, verificare l'uniformità dei forni e monitorare le temperature durante tutto il ciclo di produzione.
Le termocoppie funzionano unendo due fili metallici dissimili (ad esempio nichel e rame, oppure platino e rodio) per formare una giunzione sensibile. Quando tale giunzione viene esposta al calore, genera una piccola tensione, una risposta nota come effetto Seebeck. La relazione tra la temperatura e questa tensione in uscita è ben definita per ogni tipo di termocoppia, consentendo ai controlli del forno di interpretare la temperatura entro un intervallo specifico.
Sebbene le termocoppie possano essere utilizzate sia per temperature molto elevate che molto basse, ogni tipo di termocoppia ha un proprio intervallo di temperatura utilizzabile e una propria sensibilità, in base ai materiali utilizzati.
In un forno a vuoto, Alcune termocoppie sono utilizzate specificamente per fornire informazioni ai controlli di temperatura, informazioni che indicano quando gli elementi devono essere accesi o spenti durante il processo. Altre termocoppie sono utilizzate per un singolo ciclo di produzione o per un numero ridotto di cicli per assicurarsi che le ricette forniscano le temperature corrette ai punti in cui si trovano i pezzi all'interno del forno.
Per gli operatori dei forni a vuoto Ipsen, esistono due tipi di termocoppie più comuni: quelle semipermanenti controllo e sovratemperatura termocoppie, e quelli riutilizzabili e monouso lavoro termocoppie utilizzati per indagini sulla produzione e sull'uniformità.
Termocoppie di controllo e sovratemperatura
Le termocoppie di controllo e di “sovratemperatura”, che penetrano attraverso il lato del forno, sono componenti tecnologici sofisticati e delicati. Le categorie di termocoppie più frequentemente utilizzate in questo caso sono tipo S, R, o B. (Vedi grafico)
In un esempio, un filo di platino-rodio si estende dal connettore terminale attraverso un Tubo in Inconel all'esterno del forno, quindi attraverso un interno manicotto in ceramica che emerge all'interno del forno. (Vedi immagini) La termocoppia viene montata all'esterno del forno, utilizzando un giunto che ne regola la profondità. La profondità di inserimento della termocoppia di controllo deve essere precisa e misurata, poiché controlla la temperatura di esercizio del forno. Può fare la differenza tra il superamento o il fallimento di un'indagine sull'uniformità della temperatura (TUS).
All'interno, le punte in ceramica delle termocoppie di controllo e di sovratemperatura si estendono leggermente oltre gli elementi riscaldanti, dove possono trasmettere i dati al PLC. Sono sufficientemente sensibili da misurare con una precisione compresa tra zero e 2 gradi Fahrenheit, un intervallo specificato dai requisiti del processo e dagli standard AMS 2750.
Ciascuna di queste termocoppie ha una funzione specifica:
- La termocoppia di controllo invia le informazioni al PLC in modo che i controlli possano scegliere se aumentare la potenza degli elementi e aumentare la temperatura, ridurre la potenza degli elementi e abbassare la temperatura, oppure mantenere lo stato attuale.
- Le termocoppie di sovratemperatura fungono da dispositivo di sicurezza del processo, allarmando i controlli del forno se la temperatura all'interno del forno supera quella richiesta dalla ricetta. Possono anche fungere da dispositivo di sicurezza della temperatura massima dell'apparecchiatura per prevenire danni alle parti e ai componenti del forno, compresa la zona calda.
Per garantire la precisione in ogni processo, queste due sonde devono fornire gli stessi risultati. In alcuni forni, la precisione di sensibilità delle termocoppie di controllo può consentire di ottenere un risultato di uniformità della temperatura compreso tra più o meno 5 gradi F o più o meno 10 gradi F all'interno di una determinata area di lavoro, in base al campo di funzionamento del forno a vuoto e alla classe di qualificazione AMS. Si tratta di una precisione incredibile in sistemi che possono funzionare tra 1.000 gradi F e 2.500 gradi F.
Poiché le loro punte in ceramica entrano nella zona calda dove vengono caricati e scaricati i pezzi, è importante avere a disposizione termocoppie di ricambio. Non è raro che una di queste termocoppie si scheggi o si rompa se un lotto non viene caricato nel forno in modo sicuro.
Ipsen raccomanda inoltre di verificare la deriva della precisione della temperatura su una termocoppia almeno una volta all'anno, sostituendo la termocoppia se tale deriva supera la certificazione della termocoppia. È possibile eseguire un test di precisione del sistema per determinare lo stato della deriva.
Termocoppie di lavoro e di rilevamento
Le termocoppie da lavoro e da rilevamento sono spesso disponibili sotto forma di bobine di filo o assemblaggi multi-conduttore. Sono generalmente realizzate con leghe contenenti elementi quali nichel, cromo, silicio, alluminio o magnesio. Le categorie di termocoppie più frequentemente utilizzate per scopi di lavoro e rilevamento sono tipo K o tipo N.
Le termocoppie di lavoro e di rilevamento si collegano al PLC tramite il pannello jack nella parte anteriore del forno, quindi attraversano il forno fino a raggiungere i punti designati su un dispositivo di fissaggio, contribuendo a verificare l'uniformità del calore su tutta la superficie del dispositivo di fissaggio.
Sebbene possano essere utilizzate alcune volte, le termocoppie da lavoro e da rilevamento sono relativamente economiche e sono generalmente considerate un prodotto di consumo: una volta utilizzate, vengono gettate o riciclate.
Sia le termocoppie di lavoro che quelle di rilevamento tendono a funzionare in set di dodici. Ciò consente agli operatori di monitorare l'uniformità della temperatura in diverse zone e all'interno di diverse aree del loro carico di lavoro.
Le termocoppie di rilevamento vengono solitamente utilizzate per sistemi di qualità interni ed esterni, diagnostica e collaudo. Su un dispositivo tradizionale per il rilevamento dell'uniformità della temperatura sono presenti nove punti che vengono monitorati per garantire che il forno fornisca calore in modo uniforme in tutta la zona di lavoro. È possibile utilizzare altre due termocoppie per verificare che le termocoppie di controllo e di sovratemperatura riportino valori coerenti. La termocoppia rimanente funge da ricambio che gli operatori possono utilizzare per monitorare una posizione specifica all'interno della zona calda o una posizione specifica all'interno dell'impianto in cui è tipicamente presente una maggiore densità di parti.
Le termocoppie di lavoro possono essere utilizzate durante un ciclo di produzione per testare e verificare l'accuratezza di un processo. Fissate a dispositivi di fissaggio dei pezzi, sezioni trasversali dei pezzi o inserite all'interno di un pezzo con geometria complessa, le termocoppie di lavoro possono riportare l'efficacia di un processo, aiutando gli utenti finali a progettare ricette migliori per ottimizzare i risultati della lavorazione termica.
Con l'espansione delle aree di lavoro, la possibilità di aumentare il numero di termocoppie in set da dodici rende i test più accurati all'interno della zona calda. Ogni griglia può rappresentare una sezione specifica della zona calda, in modo da facilitare la diagnostica e i test in un sistema più grande, dove l'uniformità può essere più difficile da ottenere. Gli standard AMS 2750 stabiliscono il numero di termocoppie necessarie in base ai piedi cubi della zona calda e al particolare gruppo di strumenti a cui si è abbonati.
Considerazioni finali
Sul mercato è disponibile un'ampia gamma di termocoppie, ciascuna delle quali è responsabile della misurazione della temperatura in una varietà di ambienti. Comprendendo la funzione che ciascuna termocoppia svolge all'interno di un sistema, diventa più facile discutere il funzionamento di una determinata termocoppia, il motivo per cui un tipo costa più di un altro e se prendere in considerazione o meno un tipo alternativo che potrebbe soddisfare meglio le vostre esigenze di produzione.
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