Como especificar uma placa de aquecimento com sensor termopar substituível?

O sensor de temperatura é o componente com maior probabilidade de falhar em uma placa aquecida. Em um projeto típico, esse sensor geralmente é fundido diretamente no corpo de metal e, se falhar, a placa cara fica cega e precisa ser devolvida ao fabricante para um reparo substancial. Uma especificação de projeto simples, elegante e altamente{2}} econômica é colocar o sensor de controle primário em um poço termométrico selado removível. Isso reduz uma falha catastrófica no nível da placa-em uma simples troca de sensor de 15-minutos que pode ser realizada no chão de fábrica por um funcionário de manutenção. Um pequeno investimento inicial em uma placa de aquecimento de sensor de termopar substituível com um poço termométrico bem construído traz grandes benefícios na redução do tempo de inatividade e nas despesas de reparo.

O conceito Thermowell - Um túnel de proteção permanente
Como o Thermowell é incorporado
O tubo do poço termométrico é permanentemente colado ou fundido na placa no momento da fabricação, sendo o tubo construído em aço inoxidável ou PTFE, com a ponta do tubo localizada no ponto crucial de medição de temperatura. A extremidade aberta do poço termométrico é trazida para a lateral da placa, através da caixa de junção ou de uma pequena porta de acesso independente. O termopar ou sensor RTD em si é uma simples sonda-carregada por mola que é colocada neste poço. O poço termométrico é um túnel de proteção permanente para que o sensível olho eletrônico da placa possa ser trocado em um segundo, sem nunca tocar o metal interior quente.

Parâmetros de Especificação Principal
Se a placa tiver um sensor substituível, os seguintes parâmetros precisam ser especificados durante o desenvolvimento da especificação:

Material do poço termométrico: Aço inoxidável (ou seja,. 316L) para a maioria das aplicações ou PTFE para condições mais corrosivas. O material deve ser capaz de suportar a temperatura de trabalho da placa e a exposição química.

Diâmetro interno do poço termométrico: Os tamanhos padrão se adaptam à maioria dos diâmetros de sonda (por exemplo,. 3mm, 4mm, 6mm). O DI de uma sonda com mola de 3 mm é 4 mm.

Espessura da parede do poço termométrico: Fina o suficiente para minimizar o atraso térmico, mas espessa o suficiente para resistir a danos mecânicos e corrosão (geralmente 0,5 – 1,0 mm).

Estilo da ponta do sensor: Termopar ou RTD aterrado ou não aterrado. Pontas aterradas respondem mais rapidamente, mas são mais suscetíveis a ruídos elétricos, enquanto pontas não aterradas oferecem isolamento elétrico, mas resposta mais lenta.

Montagem do sensor: Bucha roscada simples ou conexão de compressão (por exemplo, conexão NPT com ponteira) para segurar a sonda e evitar a retirada.

Projetando para facilidade de manutenção
Acesso e roteamento
A extremidade aberta do poço termométrico deve estar localizada em um local acessível. O poço termométrico deve preferencialmente ser direcionado para a lateral da placa onde terminará em uma pequena porta de acesso ou na própria caixa de junção. A caixa de junção é dimensionada para a cabeça do sensor e quaisquer blocos de terminais necessários. Onde a caixa de junção estiver embalada, uma porta de acesso separada (por exemplo, uma porta NPT de ½ polegada tampada) fornece uma solução-mais simples e de menor custo.

Vedação e Proteção Ambiental
O poço termométrico deve ser vedado ao corpo do cilindro para evitar a entrada de umidade, poeira ou fluidos de limpeza. Isto é conseguido por soldagem ou brasagem do poço termométrico na placa (aço inoxidável) ou por uma vedação de compressão com um O-ring (PTFE). A sonda do sensor é vedada pelo encaixe de compressão ou tampa roscada com gaxeta. A caixa de junção e a porta de acesso devem ter classificação IP65 ou superior.

Contato térmico e resposta temporal
A ponta do sensor deve estar totalmente assentada e em bom contato térmico com a parte inferior do poço termométrico. Antes da inserção, um pouco de pasta termicamente condutora é colocada na ponta (por exemplo, composto de transferência de calor à base de silicone). A ponta é acionada por mola-para que seja firmemente pressionada contra a extremidade fechada do poço termométrico, para que o contato permaneça consistente, mesmo que as coisas se expandam quando aquecidas. O design cria um atraso de temperatura muito curto e bem definido, de aproximadamente 0,5 a 2 segundos, dependendo da espessura do poço termométrico. Essa é uma boa compensação-para o ganho em capacidade de manutenção. Este pequeno atraso pode ser contabilizado pelo controlador.

Procedimento de Substituição – Sistemático
Quando um sensor falha, as seguintes ações são executadas:

A energia elétrica da placa está desligada.

O sensor está desacoplado dos fios terminais.

Afrouxe a bucha roscada ou a conexão de compressão.

Remova a sonda do sensor antigo do poço termométrico.

Um novo sensor calibrado do mesmo tipo é inserido em toda a profundidade.

(Se ainda não tiver feito) aplica-se um pouco de pasta térmica.

A conexão de compressão é apertada com o torque necessário.

Reconecte os fios aos terminais corretos.

Ligue novamente a energia e verifique a medição da temperatura.

Todo o processo leva menos de 15 minutos. Não é necessária a drenagem de nenhum tanque, remoção da placa ou ferramentas específicas.

Precisão Técnica: Compromissos e Restrições
Atraso térmico
O design do sensor substituível mostra um pequeno atraso térmico em comparação com um sensor fundido diretamente na placa. O atraso de primeira-ordem é devido à parede do poço termométrico, ao entreferro (minimizado pelo ajuste confortável e pela pasta) e ao próprio revestimento da sonda. Para muitas aplicações de aquecimento industrial, como prensas, placas e moldes, uma constante de tempo térmico de 2 a 5 segundos é bastante apropriada. Se você precisar de uma reação de milissegundos para processos super rápidos, poderá precisar de um sensor integrado diretamente não{6}}substituível.

Limites-de temperatura altos
Os poços termométricos de aço inoxidável podem ser utilizados em até 800 graus, muito acima da faixa de uso da placa convencional de 150-400 graus. O uso de poços termométricos de PTFE é limitado a ca. 200 grau. Para temperaturas mais altas é especificado um poço termométrico de aço com sonda isolada de cerâmica.

Resistência Mecânica 4.
Posso dizer que um poço termométrico devidamente soldado é tão resistente quanto a placa. No entanto, os poços termométricos de PTFE colocados em um furo com anel de vedação são menos robustos. Para placas expostas a fortes vibrações ou choques mecânicos, sugere-se um poço termométrico de metal soldado no lugar.

Lista de verificação de especificações
Uma especificação completa para um sensor termopar substituível em uma placa de aquecimento deve conter:

Material e parâmetros do poço termométrico (ID, espessura da parede, comprimento)

Localização da ponta do poço termométrico (o ponto exato de medição)

Extremidade aberta direcionada para uma porta lateral acessível ou caixa de junção

Tipo de sensor (termopar tipo J, K ou RTD, aterrado/não aterrado)

Classificação de vedação do acessório de montagem (acessório de compressão ou bucha roscada)

Requisito de aplicação de pasta térmica

Necessidades de calibração para os sensores de substituição

Número de peça do sensor sobressalente e quantidade de estoque sugerida

Conclusão: um recurso de manutenção barato-de alto valor
O uso de um sensor descartável em um poço termométrico é uma decisão de projeto inteligente, de custo simples e barato, que reduz o-custo de manutenção a longo prazo e o tempo de inatividade de uma placa de aquecimento. Uma falha do sensor que, de outra forma, exigiria a devolução da placa para reparo é uma substituição rápida e in loco. A máquina mais inteligente é aquela que é fácil e rápida de consertar e uma placa de aquecimento com sensor termopar mutável é um ótimo exemplo disso. Esse critério não é um luxo-é um padrão de boas práticas de engenharia para qualquer aplicação em que o tempo de atividade seja importante.