Qu’est-ce qu’un thermocouple ?
Je construis des moules à injection depuis 22 ans maintenant, principalement des systèmes de canaux et des outils-à température critique. Les thermocouples reviennent dans presque toutes les discussions sur les projets, mais je vois toujours des ingénieurs spécifier le mauvais type ou les placer dans de mauvais emplacements. J'ai pensé que j'écrirais ce qui compte réellement lorsque vous avez affaire à des TC dans le travail du moule.
Les bases que personne n'explique correctement
Un thermocouple est constitué de deux fils métalliques différents soudés ensemble à la pointe. Cette jonction crée une petite tension lorsqu’elle chauffe. Votre contrôleur lit cette tension et la convertit en température. Assez simple.
La partie qui fait trébucher les gens : la tension est infime. Nous parlons de millivolts. Le type K à 200 degrés produit peut-être 8 millivolts. Le bruit des variateurs de fréquence, des servomoteurs, du câblage du chauffage -, tout cela peut submerger votre signal si votre installation est bâclée. J'ai vu des systèmes Husky flambant neufs lire 15 degrés parce que quelqu'un a fait passer les fils TC à côté des fils du chauffage dans le même conduit.
Type J vs Type K - La différence réelle
En Amérique du Nord, la plupart des ateliers de moulage utilisent par défaut le type J. Il s'agit de fil de fer et de fil constantan, qui fonctionne bien jusqu'à environ 400 degrés avant que le fer ne commence à s'oxyder gravement. Coûte moins cher que le type K. Si vous utilisez PP, PE, ABS, PS -, le type J le gère.
Le type K utilise du chromel-alumel. Va plus haut, plus stable à long terme-, mais voici ce que personne ne mentionne : le type K dérive différemment du type J en vieillissant. Le type K a tendance à être faible à mesure qu’il s’use. Le type J peut aller dans les deux sens. Si votre fenêtre de processus est étroite pour une pièce médicale ou un composant optique, ce modèle de dérive est important lorsque vous configurez votre programme de maintenance préventive.
L'outillage européen a tendance à être livré avec le type K installé. Lorsque vous vous approvisionnez auprès d'un fabricant de moules d'injection plastique à l'étranger, vérifiez ce qu'ils mettent. J'ai vu des outils apparaître avec le type K partout, puis le client essaie de se brancher sur ses contrôleurs de type J existants. Les lectures sont très erronées car le contrôleur effectue de mauvais calculs de conversion.
Les systèmes à canaux chauds Mold-Masters et Synventive sont livrés avec la norme de type J pour le marché américain. Husky passe au type K sur ses trucs Ultra Helix. Sachez ce que vous obtenez avant que l'outil n'atteigne votre sol.
Où les mettre réellement
Les manuels indiquent 3 à 5 mm de la surface de la cavité. Le monde réel est plus compliqué que ça.
Sur une buse à canaux chauds, le TC se trouve généralement dans un trou percé dans le corps de la buse, peut-être à 10 -15 mm en arrière de la porte. Il s'agit de mesurer la température de l'acier de la buse, pas la température de fusion. La matière fondue dans le canal d'écoulement est plus chaude -, parfois de 20 à 30 degrés plus chaude en fonction du chauffage par cisaillement. Votre point de consigne de 220 degrés sur le contrôleur peut signifier 245 degrés au niveau de la porte. C'est très important pour les matériaux sensibles au cisaillement comme le POM.
La détection de la surface de la cavité est plus délicate. Vous percez un petit trou à l'arrière du noyau ou du bloc d'empreinte, arrêtez-vous à 2-3 mm de la surface de moulage. Trop près et vous créez une augmentation de contrainte - j'ai vu des noyaux se fissurer juste au niveau du trou TC après quelques centaines de milliers de tirs. Trop en arrière et vous mesurez la température de l'acier, pas ce que le plastique voit réellement.
Pour les travaux à tolérance serrée-, certains des meilleurs fournisseurs d'outils de moulage par injection placeront plusieurs TC dans une cavité - : un près de la porte, un à la fin du remplissage, peut-être un dans une section épaisse. Cela coûte cher, mais vous savez réellement ce qui se passe pendant le cycle.
Jonction mise à la terre ou non mise à la terre
La jonction mise à la terre signifie que les fils TC sont soudés directement à l'intérieur de la gaine métallique. Réponse rapide, peut-être 50 à 100 millisecondes. Sans mise à la terre, la jonction est isolée de la gaine. Réponse plus lente, plutôt 200 à 500 millisecondes.
On dirait que la mise à la terre est toujours mieux, non ? Pas tout à fait.
Les TC mis à la terre captent le bruit électrique à travers la gaine. Si vous utilisez un canal chaud avec des éléments chauffants à SCR-et un TC mis à la terre, vous verrez la valeur de température rebondir. Certains contrôleurs filtrent cela correctement. Les contrôleurs moins chers ou les unités PID plus anciennes ont du mal à y faire face.
Sans mise à la terre, cela coûte un peu plus cher, répond plus lentement, mais vous donne un signal plus propre. Sur de multiples zones où la masse thermique est importante et où le temps de réponse n'est pas critique, le non-mise à la terre a du sens. Sur les pointes de buses où vous avez besoin d'une réponse rapide pour le calage des vannes, la mise à la terre fonctionne mieux malgré les problèmes de bruit.
Le problème de la dérive
Chaque TC dérive avec le temps. Les fils s'oxydent, la jonction se dégrade, le calibrage se décale. La vitesse dépend de la température et du nombre de cycles de chaleur que vous y appliquez.
En utilisant le PEEK à 380 degrés, un type K peut dériver de 3 à 5 degrés en six mois d'utilisation en production. En faisant fonctionner du polypropylène à 210 degrés, ce même TC pourrait conserver l'étalonnage pendant deux ans.
Voici ce qui retient les gens : la dérive est progressive. Votre processus n’échoue pas soudainement. Au lieu de cela, vos pièces s'aggravent lentement - un flash commence à apparaître, les marques d'évier deviennent plus profondes, le temps de cycle augmente car le refroidissement prend plus de temps. Au moment où quelqu'un pense vérifier l'étalonnage du TC, le problème s'accumule depuis des mois.
Toute opération décente de services de fabrication de moules personnalisés vérifie l’étalonnage du TC pendant la PM programmée. Doit être au moins annuel, plus souvent sur des outils à haute-température. Un calibrateur portable de base de Fluke ou Omega coûte quelques centaines de dollars. Aucune excuse pour ne pas en avoir.
Détails d'installation importants
Le style à baïonnette à ressort-est désormais standard. La sonde glisse dans un trou percé, le ressort la maintient appuyée contre le fond. Le connecteur sur la face du moule vous permet d'échanger les capteurs sans démonter l'outil.
Surveillez la profondeur de votre trou. Trop peu profonde et la sonde touche le fond avant que le ressort ne se comprime - pas de pression de contact, lectures erratiques. Trop profond et il n'y a pas assez de compression du ressort pour maintenir le contact lorsque le moule chauffe et que l'acier se dilate. Il faut généralement 1 à 2 mm de débattement du ressort après le placement de la sonde.
Le diamètre du trou doit correspondre au diamètre de la gaine de la sonde avec un jeu minimal. Un ajustement bâclé signifie que la sonde peut se déplacer et que la pression de contact varie. La plupart des magasins standardisent les sondes de 3 mm ou 1/8".
Les câbles doivent rester éloignés du câblage d’alimentation du radiateur. Utilisez un câble d'extension TC blindé, mettez le blindage à la terre uniquement à l'extrémité du contrôleur. Je sais qu'il est tentant de tout regrouper dans un seul chemin de câbles. Ne le faites pas.
Quand les choses tournent mal
Un circuit ouvert est une défaillance évidente - fil cassé, le contrôleur lit la température maximale ou renvoie un code d'erreur. Facile à diagnostiquer.
Les échecs sournois sont un contact partiel et une dérive lente. Un contact partiel se produit lorsque la sonde n'est pas bien en place ou que le ressort perd sa tension. La lecture de la température est en retard sur la réalité, elle peut être de 10 à 20 degrés. Le contrôleur pense qu'il est au point de consigne, la température réelle de l'acier est différente. Les pièces sont fausses mais les températures affichées semblent correctes.
Les mauvaises connexions au niveau de la prise sont plus courantes que les pannes réelles du capteur. Les broches se corrodent, en particulier sur les outils qui fonctionnent avec un refroidissement par eau et voient de la condensation. Les contacts se plient lorsque quelqu'un force le connecteur. J'estime que 60 % des "mauvais appels TC" que j'ai vus au fil des ans étaient en fait des problèmes de connecteur.
Acheter des capteurs de remplacement
Les remplacements OEM de votre fournisseur de canaux chauds coûtent 3 -4 fois ce que les équivalents génériques fonctionnent. Le TC de marque Mold-Masters ou Husky est généralement le même capteur Watlow ou Omega avec son numéro de pièce gravé dessus.
Il n'y a rien de mal à aller sur le marché secondaire tant que vous respectez les spécifications : diamètre de la sonde, longueur de la gaine, type de jonction (mise à la terre/non mise à la terre), type TC (J/K), style de connecteur. Un fournisseur de composants de moules de précision ou un distributeur de capteurs industriels comme Grainger ou MSC propose des configurations standard.
Là où l’OEM est important : l’étalonnage réel du contrôleur. Les contrôleurs de canaux chauds ont parfois des courbes de compensation programmées pour leur TC spécifique. Le capteur générique peut lire quelques degrés différemment. Cela n'a généralement pas d'importance. Sur les processus critiques, cela pourrait être le cas.
Conclusion
Les TC sont des appareils simples qui effectuent un travail critique. Le capteur lui-même tombe rarement en panne de manière catastrophique -, ce sont l'installation, le câblage et la maintenance qui causent des problèmes. Choisissez le bon emplacement, gardez le câblage propre, vérifiez l'étalonnage périodiquement et ils vous donneront un retour de température fiable pendant des années.
La plupart des problèmes que je résout proviennent de la phase de conception - quelqu'un a spécifié le mauvais type, a mis le TC dans un mauvais endroit ou n'a pas pensé à l'immunité au bruit. Cela vaut la peine de passer du temps au préalable avec votre partenaire de conception de moules à injection pour trier le placement et le type du TC avant que l'acier ne soit coupé. Bien moins cher que de le réparer plus tard.
Vous avez des questions sur les problèmes de thermocouple dans votre outillage ? Déposez un commentaire ou contactez-nous. Je m'occupe de ce genre de choses depuis assez longtemps pour avoir probablement vu le problème que vous rencontrez.