Przy-szybkim formowaniu wtryskowym liczy się każda milisekunda. Czas reakcji termopary-szybkość, z jaką czujnik zgłasza zmianę temperatury-bezpośrednio wpływa na zdolność sterownika do utrzymywania stabilnej temperatury podczas szybkich cykli. W tym artykule określono ilościowo wpływ czasu reakcji na wydajność cyklu i przedstawiono wskazówki dotyczące wyboru.
Definiowanie czasu reakcji. Czas reakcji jest zwykle określany jako termiczna stała czasowa (τ), definiowana jako czas wymagany, aby sygnał wyjściowy czujnika osiągnął 63,2% skokowej zmiany temperatury. W przypadku termopar gorącokanałowych τ waha się od 0,1 sekundy dla odsłoniętego złącza o średnicy 0,5 mm do 5 sekund dla nieuziemionej sondy o średnicy 3,0 mm. W praktyce czas do osiągnięcia 90% zmiany skoku wynosi około 2,3 × τ.
Cykl wtrysku i dynamika temperatury. Podczas każdego cyklu forma otwiera się, części są wyrzucane, forma zamyka się i wtryskiwany jest plastik. W przypadku gorących kanałów dochodzi do przejściowych spadków temperatury, gdy chłodna żywica przedostaje się do kolektora i dysz. Następnie grzejnik musi uzupełnić utracone ciepło, aby przywrócić stopioną wartość do wartości zadanej przed kolejnym wtryskiem. Jeśli termopara jest zbyt wolna, sterownik widzi opóźniony lub tłumiony sygnał, co prowadzi do przeregulowania lub niedoregulowania.
Studium przypadku: opakowania-cienkie. Forma zamykająca z 96 wgłębieniami działa w cyklach trwających 4,0 sekundy. Temperatura końcówki dyszy spada o 8 stopni podczas fazy wtrysku (0,3 sekundy). Termopara o czasie τ=0.2 sekund może zgłosić ten spadek niemal w czasie rzeczywistym; regulator PID reaguje w ciągu 0,5 sekundy, ograniczając skok temperatury do ±2 stopni. Czujnik o τ=1.0 sekundach widzi spadek tylko o 4 stopnie (z powodu opóźnienia sygnału wyjściowego) i reaguje powoli, pozwalając, aby rzeczywista temperatura spadła o 6 stopni poniżej wartości zadanej. Rezultat: nierówne wypełnienie, błyski i krótkie strzały w niektórych ubytkach.
Wpływ na strojenie PID. Powolne termopary zmuszają sterownik do stosowania dłuższych czasów całkowania i niższych wzmocnień, aby uniknąć niestabilności. Ta „odstrojona” kontrola oznacza wolniejszą regenerację po zakłóceniach. Podczas uruchamiania lub zmiany produktu stabilizacja systemu wymaga wielu cykli. Szybkie czujniki umożliwiają agresywne strojenie, skracając czas ustalania o 50–70%.
Ilościowe określenie wpływu gospodarczego. Weźmy pod uwagę zakład produkujący formy, w których pracuje 10-form o dużej wnęce 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu. Każda forma wykonuje cykl trwający 5-sekund i wytwarza części o wartości 0,10 dolara każda. Opóźnienie w przywróceniu temperatury o 0,5 sekundy może w ramach kompensacji wydłużyć czas chłodzenia o 0,1 sekundy, zmniejszając liczbę cykli z 720 cykli/godzinę do 705 cykli/godzinę, co oznacza stratę 2%. W ciągu roku oznacza to utratę przychodów w wysokości 175 000 USD na 10 form. Szybkie termopary eliminują tę stratę.
Średnica osłony i typ złącza. Czas odpowiedzi zależy przede wszystkim od średnicy osłony i rodzaju złącza. Uziemione złącza reagują o ~50% szybciej niż nieuziemione złącza o tej samej średnicy, ponieważ złącze ma bezpośredni kontakt termiczny z osłoną. Mniejsze średnice mają mniejszą masę termiczną; uziemiona sonda 1,0 mm może mieć τ=0.15 sekund, podczas gdy nieuziemiona sonda 2,0 mm może mieć τ=2.0 sekund.
Warunki montażu. Czas reakcji w stanie zamontowanym zależy od kontaktu termicznego pomiędzy osłoną a metalowym otworem. Luźne dopasowanie tworzy opór cieplny szczeliny powietrznej, zwiększając efektywne τ o 3–5 ×. Zawsze używaj konstrukcji sprężynowych-lub gwintowanych, aby zapewnić ścisły kontakt. Nałożyć pastę termoprzewodzącą (o określonej temperaturze), aby poprawić sprzęganie.
Kompromisy-z trwałością. Najszybsze termopary (cienka osłona, uziemiona) są najbardziej delikatne. W zastosowaniach związanych ze ścieraniem lub wysokimi-wibracjami czujnik 1,0 mm może ulec uszkodzeniu mechanicznemu, powodując dłuższe przestoje niż przyrost prędkości cyklu. Praktyczny kompromis: użyj uziemionej końcówki dyszy 1,5 mm i nieuziemionej 2,0 mm w przypadku kolektorów, gdzie reakcja jest mniej krytyczna.
Testowanie odpowiedzi w Twojej formie. Aby zmierzyć rzeczywistą reakcję, wykonaj test krokowy: zapisz temperaturę podczas nagłej zmiany wartości zadanej (np. z 300 stopni na 320 stopni). Sporządź wykres rzeczywistej temperatury sterownika w funkcji czasu. Oblicz stałą czasową z krzywej. Jeśli τ przekracza 0,5 sekundy dla strefy dysz, rozważ wymianę na szybszy czujnik.
Przyszłe trendy. Niektórzy producenci oferują obecnie termopary o „szybkiej reakcji” z wewnętrznymi strukturami mikro-folii, które osiągają stałe czasowe poniżej-0,1 sekundy, co stanowi konkurencję dla pirometrów. Chociaż są drogie, znajdują zastosowanie w-ultraszybkim formowaniu (cykle poniżej 2 sekund), gdzie liczą się nawet milisekundowe opóźnienia.
