¿Cómo afectan los efectos de la expansión térmica a la precisión del termopar?

La expansión térmica es un fenómeno físico básico que tiene una gran influencia en la precisión de los termopares en sistemas de canal caliente. A medida que los componentes del molde se calientan desde la temperatura ambiente hasta la temperatura de procesamiento (generalmente entre 200 y 400 grados), los materiales se expanden a velocidades variables, cambiando la ubicación de los termopares y las condiciones de contacto. Es necesario comprender estos efectos para poder detectar la temperatura con precisión.

Aprendizaje de expansión diferencial

Los diferentes materiales utilizados en la construcción de canales calientes tienen diferentes coeficientes de expansión térmica (CTE). El coeficiente de expansión térmica del acero es de alrededor de 11-13 µm/m grado. Los materiales de la funda del termopar (acero inoxidable o Inconel) tienen coeficientes similares, aunque no son iguales. El aislamiento de óxido de magnesio dentro de la funda tiene distintas propiedades de expansión. A medida que el sistema se calienta, los diversos componentes se expandirán a diferentes velocidades, lo que inducirá tensión mecánica que influirá en la posición de la unión de medición y la presión de contacto.

Efecto del montaje del termopar

La expansión afecta el montaje de sensores montados con accesorios de compresión o dispositivos con resorte-. A medida que el acero del molde se expande, el orificio de montaje se mueve con respecto a la punta del termopar. Si el recorrido del resorte no es suficiente, la punta puede perder contacto con el fondo del orificio, lo que permite que se forme un espacio de aire que aísla el sensor y da como resultado lecturas de temperatura bajas. Sin embargo, demasiada expansión podría aplastar el termopar y dañar las conexiones internas. Se necesita una precarga del resorte correcta dentro del rango proyectado de expansión térmica.

Influencia en la medición de la ubicación del cruce.

La expansión térmica influye en la posición de la conexión de medición con respecto a la fuente de calor. Si el termopar está en una boquilla que se expande axialmente, la punta del sensor puede moverse con respecto al sitio del calentador. El cambio de ubicación cambia la temperatura registrada, acercarse al calentador aumenta la lectura y alejarse la disminuye. Este impacto puede ser evidente en el caso de calentadores fijos y boquillas móviles.

Influencia sobre la presión de contacto y la resistencia térmica

La expansión térmica provoca el cambio en la presión de contacto entre la punta del termopar y la superficie medida. Dependiendo del diseño, el contacto térmico puede mejorarse (aumentar el contacto térmico) o degradarse (disminuir el contacto térmico) durante la expansión de los componentes. Para sensores en orificios perforados, la expansión puede apretar o aflojar el ajuste. En los sensores con anillos de medición, la expansión influye en la presión de apriete. Una presión de contacto variada provoca una resistencia térmica variada, lo que produce deriva e inestabilidad en la medición.

Planes de Compensación

Hay varias formas de minimizar las consecuencias de la expansión térmica. Utilice termopares con resorte con recorrido suficiente (generalmente de 2 a 4 mm) para permanecer en contacto en todo el rango de expansión. Utilice materiales de montaje CTE similares. Diseñe geometrías de montaje para mantener una presión de contacto continua durante la expansión. Para aplicaciones importantes, emplee muchos sensores en diferentes ubicaciones para detectar cambios debido a la expansión y aplicar ajustes de software.

Estabilidad a largo-plazo

El montaje del termopar se modifica gradualmente mediante ciclos térmicos repetidos a lo largo del tiempo. Cada ciclo puede cambiar un poco la posición del sensor o afectar la calidad del contacto. Los mecanismos de resorte de fluencia disminuyen la precarga con el tiempo. Las comprobaciones periódicas de mantenimiento del asiento del sensor y la calidad del contacto evitan la desviación a largo plazo-debido a los efectos de la expansión.

Expansión diferencial de termopar y cable de conexión

La expansión térmica también afecta la conexión del termopar con su cable de extensión. Durante la producción, la región del conector está sujeta a variaciones de temperatura que pueden causar expansión y contracción, lo que puede provocar que las conexiones se aflojen. Se utilizan conectores con mecanismos de bloqueo positivo y diseños con compensación de temperatura para aumentar la confiabilidad. Se permite el movimiento del cable debido a la expansión con bucles de alivio de tensión.

Recomendaciones prácticas para reducir los efectos de la expansión.

Instale siempre los termopares a temperatura ambiente, permitiendo la expansión. Mida la longitud comprimida a la temperatura de funcionamiento para observar el disparo de compresión durante las pruebas. Realice una verificación de la profundidad de inserción durante el mantenimiento para verificar de forma rutinaria el asiento del sensor. Utilice compuestos de bloqueo clasificados para temperatura de funcionamiento para proteger la integridad del conector. Si tiene una aplicación exigente, busque termopares inalámbricos que eliminan por completo los impactos del crecimiento del cable.