Cómo diseñar orificios de medición de canal caliente para optimizar la precisión de la medición del termopar

El tamaño, la profundidad, el acabado de la superficie y la posición del orificio de medición mecanizado en boquillas y colectores impactan directamente la resistencia de contacto térmico entre los cabezales de detección de termopares y el acero del molde, lo cual es un factor clave que causa un retraso de temperatura inherente y una compensación fija. Muchos diseñadores de moldes solo reservan orificios pasantes simples sin criterios dimensionales específicos, lo que da como resultado una variación de medición continua que no se puede evitar mediante calibración o pasta conductora térmica. En este artículo, se formulan las pautas de diseño unificadas para medir orificios de termopares de cabeza plana-, de sonda recta y de cinta en ángulo recto-.

1. Reglas de diseño para el orificio de medición del termopar de sonda recta

Tamaños de vaina disponibles habitualmente: 0,8 mm, 1,0 mm, 1,5 mm
• Tolerancia del diámetro interior del orificio: +0.03~+0.06 mm mayor que el diámetro exterior de la funda, un espacio demasiado grande produce resistencia térmica del aire, un diámetro demasiado pequeño provoca que la sonda se atasque durante el desmontaje.
• Profundidad efectiva: La distancia desde la abertura exterior del orificio hasta la superficie ciega inferior deberá ser tal que la punta de detección de la sonda permanezca a 1~2 mm de distancia de la pared del canal de flujo, para evitar la erosión directa por fusión y la acumulación de carbono que bloqueen la punta; la profundidad no será inferior a 5 veces el diámetro de la funda para garantizar un área de conducción de calor adecuada.
• Acabado de la superficie: Ra Menor o igual a pulido fino de 0,8 μm. La rugosidad del mecanizado en desbaste captura fácilmente el polvo de carbón y genera capas de barrera térmica.
• Disposición de los orificios: No ubique los orificios de medición en áreas de tensión de paredes delgadas del colector y en partes delgadas de la punta de la boquilla para evitar la degradación de la resistencia estructural y el riesgo de fugas de material fundido.

2.Reglas de diseño para la superficie de medición plana de un termopar de cabeza plana-
• Espesor del plano: sustrato de acero sólido mínimo de 1,2 mm debajo de la superficie de contacto, las placas de acero delgadas tienen una rápida pérdida de calor y una gran fluctuación en la medición de temperatura.
• Tamaño del plano: 0,5 mm más grande que el contorno de la cabeza plana en todos los lados, sin bordes afilados en ángulo recto-para que no se acumulen depósitos de carbón en las esquinas.
• Requisito de planitud: Tolerancia de planitud Menor o igual a 0,02 mm. El plano deformado provoca una separación parcial del contacto después de la compresión del resorte, lo que resulta en una transmisión de calor desigual.
• Evite los orificios pasantes: utilice una plataforma de medición plana con orificios ciegos; los-agujeros pasantes provocarían pérdida de calor y lecturas de baja temperatura.

3. Reglas para diseñar-cinta en ángulo recto con ranura poco profunda para termopar estrecho
• Profundidad de la ranura: 0,3~0,4 mm (igual que el grosor de la cinta), el exceso de profundidad provoca un espacio de aire debajo de la cinta.
• Ancho de ranura: 0,2 mm más grande que el ancho de la cinta para un espacio minúsculo en la instalación, sin deformación por extrusión de la lámina plana.
• Pulido de ranura inferior: electropulido hasta obtener un acabado de espejo para eliminar los micro-hoyos que atrapan el polvo de carbón.

Errores de diseño típicos y efectos de desviación que los acompañan.

1. Espacio libre excesivo del orificio de medición (>0,1 mm de espacio): Se corrigió una deriva de temperatura negativa de 1 a 2,5 grados, reacción retardada de más de 3 s.

2. La profundidad del orificio no es suficiente, la punta del sensor está demasiado cerca del canal de agua de refrigeración: la pérdida de calor hace que la temperatura medida sea siempre inferior a la temperatura real de fusión.

3. Pared interior del orificio rugosa y sin pulir: los depósitos de carbón se acumulan rápidamente, el ciclo de limpieza se reduce a la mitad y se desplaza semana tras semana.

4. Orificio de fusión excavado hasta el canal de flujo: la masa fundida ingresa al orificio, se solidifica y cubre la punta de la sonda, bloqueando totalmente la transferencia de calor.

5. Si el espacio entre varios orificios de medición es inferior a 20 mm, habrá interferencia mutua en la conducción de calor, lo que afectará la lectura de temperatura de las zonas adyacentes.

Medidas de optimización coincidentes para moldes terminados con orificios de medición no estándar

Si el molde se ha procesado con orificios de medición rugosos de gran tamaño, el espacio debe llenarse con una funda metálica de alta conductividad térmica (funda delgada de aleación de cobre) para eliminar el aislamiento del aire, y se debe aplicar pasta conductora térmica espesa durante la instalación del termopar para compensar la resistencia térmica de la superficie rugosa. Reemplace los termopares de perlas expuestas de baja masa térmica con orificios demasiado-poco profundos para eliminar la latencia debida a la falta de área de contacto térmico.

Integración del estándar de diseño en la lista de verificación del dibujo del molde

Al examinar el dibujo 3D del canal caliente, el diseñador debe completar las características del orificio de medición: tipo de termopar, diámetro de la funda, diámetro del orificio interior, profundidad efectiva, rugosidad de la superficie y distancia entre los puntos de medición. Las coordenadas de todos los puntos de medición de los colectores equilibrados de cavidades múltiples deben ser simétricas para que las condiciones de transferencia de calor para cada termopar sean las mismas. El mecanizado estandarizado de orificios de medición puede reducir la compensación inherente de la medición del termopar en aproximadamente un 70 % en la etapa de diseño del molde.333