کالیبراسیون سنسور دما برای خطوط اکستروژن

فرآیندهای اکستروژن کالیبراسیون سنسور دما به دقتی نیاز دارند که اکثر عملیات آن را دست کم می گیرند تا زمانی که مشکل کیفیت به یک ترموکوپل منحرف شده 3 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای بشکه واقعی بازگردد. این ناهماهنگی کوچک - که در نمایشگر کنترل‌کننده استاندارد نامرئی است - ویسکوزیته مذاب را به اندازه‌ای تغییر می‌دهد که گیج ورق را چندین میکرون تغییر می‌دهد، ویژگی‌های براقیت سطح را تغییر می‌دهد و در کواکستروژن چند لایه، یکنواختی نسبت لایه را در عرض وب به هم می‌زند. سنسورهای دما سیستم عصبی هر خط اکستروژن هستند. هنگامی که آنها داده های نادرست را گزارش می کنند، هر تصمیم کنترلی بر اساس آن داده ها خطا را در پایین دست ترکیب می کند. ایجاد یک رشته کالیبراسیون که دقت سنسور را در بازه‌های زمانی مشخص تأیید می‌کند، برای عملیات‌هایی که برگه درجه مشخصات را تولید می‌کنند اختیاری نیست - برای کنترل فرآیند ضروری است. این کار کالیبراسیون در اندازه بزرگتر قرار می گیرد چارچوب تعمیر و نگهداری اکستروژن ورق ، اما به ابزار دقیق، رویه‌ها و اسناد خاصی نیاز دارد که فراتر از بازرسی بصری معمول است.

انواع ترموکوپل های مورد استفاده در اکستروژن و ویژگی های آنها

همه سنسورهای دما در شرایط اکستروژن عملکرد یکسانی ندارند. درک انواع ترموکوپل مستقر در یک خط معین، پیش نیاز کالیبراسیون معنی دار است.

ترموکوپل های نوع J (آهن-کنستانتان) دهه ها در صنعت پلاستیک خدمت کرده اند. آنها حساسیت خوبی در محدوده 0 تا 400 درجه سانتیگراد دارند که در اکثر کاربردهای اکستروژن ورق معمولی است و نسبتاً ارزان هستند. با این حال، پایه آهنی مستعد اکسیداسیون و خوردگی در محیط های مرطوب یا تهاجمی است که پایداری طولانی مدت را محدود می کند. سنسورهای نوع J در سرویس معمولاً 1 تا 3 درجه سانتیگراد در سال بسته به دمای کار و شرایط نوردهی تغییر می کنند.

ترموکوپل‌های نوع K (کرومل-آلومل) محدوده دمایی وسیع‌تری را پوشش می‌دهند و در مقابل اکسیداسیون بهتر از نوع J مقاومت می‌کنند، اما وقتی در معرض دمای بین 200 تا 550 درجه سانتی‌گراد در اتمسفرهای کم اکسیژن قرار می‌گیرند، از یک پدیده رانش کاملاً مستند به نام 'پوسیدگی سبز' رنج می‌برند. این تخریب تدریجی پایه کرومل خوانش ها را به سمت پایین تغییر می دهد - یک حالت خرابی به خصوص خطرناک است زیرا کنترل کننده دمای پایین تر از شرایط بشکه واقعی را می بیند و با افزودن گرمای بیشتر واکنش نشان می دهد و به طور بالقوه پلیمر را تخریب می کند.

سنسورهای RTD (ردیاب دمای مقاومتی)، معمولاً Pt100، در مقایسه با ترموکوپل‌ها، دقت و پایداری طولانی‌مدتی را ارائه می‌کنند. با نرخ‌های رانش که به‌جای درجه‌های کامل، بر حسب دهم درجه در سال اندازه‌گیری می‌شوند، RTD‌ها برای عملیات‌هایی که محصولات با تحمل محدود را اجرا می‌کنند، جذاب هستند. محدودیت آنها استحکام فیزیکی است - عنصر حسگر پلاتین شکننده‌تر از سیم ترموکوپل است و ارتعاش از درایو اکسترودر می‌تواند باعث خرابی زودرس در تاسیسات ضعیف شود.

روشهای کالیبراسیون و استانداردهای مرجع

کالیبراسیون به معنای مقایسه خروجی سنسور با استاندارد مرجع شناخته شده در شرایط کنترل شده و ثبت هرگونه انحراف است. برای ترموکوپل های اکستروژن، دو روش رایج است: تأیید در محل با استفاده از دماسنج مرجع قابل حمل، و کالیبراسیون نیمکت با استفاده از کالیبراتور بلوک خشک یا حمام مایع.

راستی‌آزمایی درجا، مرتبط‌ترین داده‌ها را از نظر عملیاتی فراهم می‌کند، زیرا کل زنجیره اندازه‌گیری - حسگر، سیم کشش و ورودی کنترل‌کننده - را هنگام نصب آزمایش می‌کند. این روش شامل قرار دادن یک کاوشگر مرجع کالیبره شده در چاه بشکه و مقایسه خوانش ها در برابر ترموکوپل تولیدی در دماهای متعدد است. انحراف بیش از تحمل فرآیند - معمولاً 1-2 درجه سانتیگراد برای اکستروژن ورق دقیق - نشان می دهد که سنسور تولید نیاز به تنظیم یا جایگزینی دارد.

کالیبراسیون نیمکت کنترل بهتری از محیط مرجع ارائه می دهد اما فقط خود عنصر حسگر را آزمایش می کند. با استفاده از یک کالیبراتور بلوک خشک تنظیم شده روی دماهای شناخته شده، خروجی ترموکوپل بر حسب میلی ولت با جداول مرجع استاندارد مقایسه می شود - که برای ایجاد دقت پایه سنسورهای جدید بسیار ارزشمند است.

هر دو روش به خود ابزار مرجع نیاز دارند تا یک گواهی کالیبراسیون فعلی قابل ردیابی با استانداردهای ملی (NIST، NPL یا معادل آن) داشته باشد. استفاده از یک دماسنج مرجع کالیبره نشده برای کالیبره کردن حسگرهای تولیدی صرفاً خطای ناشناخته را از یک دستگاه به دستگاه دیگر منتقل می کند.

برای عملیات‌هایی که مشکلات کنترل دما را تجربه می‌کنند، ممکن است علت اصلی فراتر از کالیبراسیون حسگر به خود سیستم گرمایش بشکه باشد. را تعمیر و نگهداری عنصر گرمایش روش‌های بررسی برای بازرسی و تعویض باند بخاری باید همراه با کالیبراسیون سنسور انجام شود تا اطمینان حاصل شود که سیستم حرارتی به عنوان یک واحد یکپارچه عمل می‌کند.

فواصل تأیید صحت و زمان‌بندی تعویض

تعیین تعداد دفعات کالیبره کردن حسگرهای دما به بحرانی بودن کاربرد، نوع سنسور مستقر شده و محیط عملیاتی بستگی دارد. هیچ فاصله جهانی وجود ندارد که متناسب با هر موقعیتی باشد.

حسگرهای با اولویت بالا - مناطق کنترل کننده که مستقیماً بر گیج ورق، فشار مذاب یا مناطق انتقال بحرانی در بشکه تأثیر می‌گذارند - باید حداقل ماهانه یا هر سه ماه یکبار تأیید شوند. حسگرها در مناطق کمتر بحرانی، مانند بخش‌های عقب بشکه که تغذیه پلیمر جامد را مدیریت می‌کنند، ممکن است هر شش ماه یکبار تأیید شوند. خطوط کواکستروژن که ورق های چند لایه با تلورانس های نسبت لایه های محکم تولید می کنند، معمولاً به کالیبراسیون مکرر بیشتری نسبت به خطوط تک لایه ای که درجه های کالایی با پنجره های پردازش گسترده را اجرا می کنند، نیاز دارند.

یک رویکرد زمان‌بندی عملی فواصل مبتنی بر زمان را با محرک‌های مبتنی بر شرایط ترکیب می‌کند. کالیبره کردن بر اساس یک برنامه ثابت (به عنوان مثال سه ماهه) اما همچنین هر زمان که یک منطقه رفتار غیرعادی نشان داد، فوراً کالیبره کنید: نوسانات دمایی غیرقابل توضیح، ناتوانی در حفظ نقطه تنظیم، یا تغییرات ناگهانی در کیفیت محصول که با یک منطقه بشکه خاص مرتبط است. بر اساس شرایط باعث ایجاد مشکلاتی می شود که بین کالیبراسیون های برنامه ریزی شده ایجاد می شود.

جایگزینی ترموکوپل اغلب مقرون به صرفه تر از کالیبراسیون مجدد برای سنسورهایی است که به طور قابل توجهی جابجا شده اند. یک ترموکوپل جدید نوع K کسری از کار انجام شده در یک روش مناسب کالیبراسیون چند نقطه ای را هزینه می کند. بسیاری از عملیات ها یک فاصله زمانی تعویض را ایجاد می کنند - معمولاً 12 تا 24 ماه برای مناطق بحرانی - و از تأیید کالیبراسیون برای تأیید اینکه آیا سنسورها در محدوده تحمل منتهی به تاریخ تعویض برنامه ریزی شده باقی می مانند یا خیر، استفاده می کنند.

انحراف سنسور دما فقط 2-3 درجه سانتیگراد می تواند تغییرات قابل اندازه گیری در ویسکوزیته مذاب و گیج صفحه ایجاد کند و کالیبراسیون منظم را به یک فعالیت تعمیر و نگهداری کیفیت حیاتی تبدیل کند. پلتفرم‌های اکستروژن ورق JWELL از اتصالات ترموکوپل استاندارد شده با قابلیت جایگزینی plug-and-play استفاده می‌کنند، و سیستم PLC هشدارهای انحراف حسگر را هنگامی که دمای منطقه از آستانه‌های قابل تنظیم فراتر می‌رود ارائه می‌کند - تأیید کالیبراسیون را ساده می‌کند و امکان تعویض سریع سنسور را بدون ابزار دقیق تخصصی فراهم می‌کند.

تاثیر بر کیفیت مذاب و ثبات فرآیند

رابطه بین دقت سنسور و کیفیت مذاب مستقیم و قابل اندازه گیری است. ویسکوزیته مذاب به طور تصاعدی با دما برای اکثر پلیمرها تغییر می کند - یک قانون کلی نشان می دهد که تغییر 1 درجه سانتی گراد در دمای مذاب ویسکوزیته را تقریباً 2-5٪ برای پلیمرهای آمورف مانند PETG و PMMA و 1-3٪ برای پلیمرهای نیمه بلوری مانند PP و PET تغییر می دهد. هنگامی که یک ترموکوپل 3 درجه سانتیگراد بالا می‌آید، کنترل‌کننده بشکه را 3 درجه سانتی‌گراد خنک‌تر از آنچه اپراتور در نظر دارد نگه می‌دارد و مذابی تولید می‌کند که چسبناک‌تر از طراحی فرآیند فرض شده است.

در اکستروژن ورق، این تغییر ویسکوزیته به صورت تغییرات در تورم قالب (که بر عرض و گیج تأثیر می‌گذارد)، تغییر در پرداخت سطح (پلیمرهای با ویسکوزیته بالاتر عیوب سطح قالب را با سهولت بیشتری تکرار می‌کنند) و تغییرات در استحکام مذاب (که بر رفتار کاهش بین قالب و کلندر تأثیر می‌گذارد) ظاهر می‌شود. برای ورق گیج نازک که در آن تحمل گیج کل ممکن است 5± میکرون در یک محصول 300 میکرون باشد، حتی یک خطای سنسور 1 درجه سانتی گراد می تواند کل بودجه کیفیت را مصرف کند.

را سیستم بشکه کنترل دمای اکستروژن فقط به اندازه سنسورهایی که آن را تغذیه می کنند دقیق است. سرمایه گذاری بر روی سنسورهای با کیفیت، کالیبره کردن منظم آنها، و جایگزینی آنها قبل از اینکه از حد تحمل فرآیند خارج شوند، اسراف نیست - این حداقل استاندارد برای عملیاتی است که کیفیت محصول را جدی می گیرد.

سوالات متداول

تلورانس دقت قابل قبول برای ترموکوپل های اکستروژن چقدر است؟

برای اکستروژن ورق دقیق، دقت ترموکوپل در محدوده ± 1.5 درجه سانتیگراد دمای واقعی در نقطه اندازه گیری به طور کلی حداقل استاندارد قابل قبول در نظر گرفته می شود. کاربردهای با کارایی بالا مانند ورق با درجه نوری یا مواد ترموفرمینگ با گیج نازک ممکن است به دقت 1± درجه سانتیگراد نیاز داشته باشند. کاربردهای کالایی با پنجره‌های پردازش گسترده ممکن است 2-3 درجه سانتیگراد را تحمل کنند، اما عملکرد در انتهای دقت آرام همیشه حاشیه‌ای را مصرف می‌کند که می‌تواند به سایر متغیرهای فرآیند تخصیص یابد.

آیا ترموکوپل ها را می توان تنظیم یا کالیبره کرد، یا باید در هنگام دریفت آن ها را تعویض کرد؟

ترموکوپل های فلزی پایه (نوع J و K) را نمی توان به معنای سنتی کالیبره کرد، زیرا خروجی آنها توسط خواص ترموالکتریک سیم آلیاژی تعیین می شود. هنگامی که یک ترموکوپل پایه فلزی جابجا می شود، گزینه ها عبارتند از اعمال تصحیح افست کنترلر یا تعویض سنسور. تصحیح افست برای رانش های کوچک و مستند قابل قبول است، اما زمانی که انحراف از تحمل فرآیند فراتر رود یا زمانی که نرخ رانش نشان دهنده تخریب مداوم باشد، جایگزینی ترجیح داده می شود.

سیم کششی ترموکوپل چگونه بر دقت کالیبراسیون تأثیر می گذارد؟

سیم پسوندی که با نوع ترموکوپل مطابقت ندارد در هر نقطه اتصال خطای اضافی ایجاد می کند. استفاده از سیم پسوند نوع K در ترموکوپل نوع J یا بالعکس، ولتاژهای اتصال کاذب ایجاد می کند که خوانش ها را چندین درجه تغییر می دهد. حتی با نوع سیم صحیح، کابل گسترش آسیب‌دیده، اتصالات ترمینال شل، یا سیم کشش مسیریاب در نزدیکی کابل‌های برق با جریان بالا می‌تواند باعث ایجاد تداخل الکترومغناطیسی شود که سیگنال‌های میلی‌ولت کوچکی را که ترموکوپل‌ها تولید می‌کنند خراب می‌کند.

آیا کالیبراسیون RTD با کالیبراسیون ترموکوپل متفاوت است؟

کالیبراسیون RTD از همان اصل مقایسه در برابر مرجع پیروی می کند اما از اندازه گیری مقاومت به جای میلی ولتاژ استفاده می کند. RTD ها به طور کلی پایدارتر هستند و نیاز به کالیبراسیون کمتری دارند، اما برای حذف خطای مقاومت سرب به پیکربندی های سه سیم یا چهار سیم نیاز دارند. روش کالیبراسیون مشابه است: خروجی RTD را در دماهای شناخته شده با استاندارد مرجع مقایسه کنید و هرگونه انحراف را ثبت کنید.