Как температурный расширительный зазор горячеканальной стали меняет состояние контакта термопары

От температуры окружающей среды до температуры формы горячеканальный коллектор и сталь сопла термически расширяются линейно, вызывая зазоры разных размеров между измерительными головками термопары и плоскостями измерения. Этот динамический контактный зазор меняется в зависимости от повышения и понижения температуры, поэтому температурное смещение не является постоянным и не может быть отрегулировано с помощью одной калибровки в холодном-состоянии. В этой статье обсуждаются правила модификации температурного зазора и решение упругой компенсационной структуры.

Механизм создания зазора теплового расширения

Коэффициент линейного расширения горячеканальной стали H13: 11,8×10-6/градус. При нагреве от 25 до 380 градусов плоскость измерения коллектора выдвигается наружу на 0,3–0,6 мм. Термопары с плоской головкой, зафиксированные обычной одинарной пружиной, будут плотно сжиматься при комнатной температуре, но после расширения стали предварительная нагрузка пружины уменьшается, образуя крошечные воздушные зазоры между плоской головкой и измерительной плоскостью, что увеличивает термическое сопротивление и создает отрицательный температурный дрейф 0,8 ~ 1,5 градуса при температуре производства. Термопары с прямым зондом имеют меньший радиальный компенсационный зазор, но осевое расширение сопла оттягивает кончик зонда от дна измерительного отверстия, что также приводит к задержке теплопередачи.

Двухэтапный цикл изменения зазора контактов

1. Этап нагрева (25 градусов → температура формовки). Горячеканальная сталь расширяется наружу, предварительная нагрузка сжатия пружины постепенно снижается, контактный зазор увеличивается, показания температуры снижаются с заметным запаздыванием.

2. Стадия охлаждения (температура формования > 25 градусов). Оттяжка стали, восстановление преднатяга пружины, исчезновение контактного зазора, измерение температуры до калиброванного значения в холодном состоянии.

Это смещение динамической переменной является причиной того, что многие термопары дают точные показания, когда форма холодная во время калибровки, а затем постоянно отклоняются, когда форма нагревается до производственной температуры.

Схема структурной оптимизации упругой компенсации

1. Многоволновая композиционная пружина сжатия с защитой от-расширения для термопар с плоской головкой-

Замените одиночные цилиндрические пружины сложенными волнообразными-пружинами . Многослойные волнистые пружины -формы могут сохранять постоянную силу предварительного натяга даже после смещения стали при расширении на 0,5 мм, что позволяет избежать колебаний контактных зазоров, вызванных деформацией теплового расширения. Такая конструкция типична для 24-часовых точек измерения манифольда непрерывного массового производства.

2. Глубокое глухое измерительное отверстие, прямой ступенчатый датчик.

В нижней части измерительного отверстия следует оставить дополнительную осевую глубину 0,4–0,6 мм для компенсации теплового расширения сопла в осевом направлении. Таким образом, наконечник зонда по-прежнему плотно прилегает к дну отверстия после удлинения стали, устраняя разделительные зазоры.

3. Запорное гнездо плавающей термопары.

Спроектируйте подвижное основание с плавающей резьбой для термопар зонда сопла, основание может слегка скользить в осевом направлении, чтобы компенсировать смещение расширения сопла, и удерживать кончик зонда близко к нижней части измерительного отверстия, не отрываясь.

4. Компенсация зазора измерительного отверстия тонкой медной теплопроводной эластичной втулкой.

Для типичных фиксированных измерительных отверстий без плавающей конструкции между оболочкой зонда и внутренней стенкой отверстия устанавливается тонкая медная эластичная втулка. Упругая деформация медной втулки поглощает радиальный компенсационный зазор и поддерживает тепловой контакт по всей окружности.

Метод регулировки технологической компенсации для существующих форм без структурных изменений

Для готовых форм, которые не могут переработать структуру измерительных отверстий, запишите фиксированную разницу температурного смещения между холодным состоянием и производственной температурой во время первоначального испытания формы, установите сегментированную компенсацию температурного смещения на контроллере: увеличьте значение компенсации канала на 1–1,5 градуса после нагрева до производственной температуры, чтобы противодействовать дрейфу, вызванному расширением контактных зазоров. Поскольку пружина со временем стареет и ослабевает, обновляйте настройки компенсации, перепроверяя значение смещения в горячем состоянии во время каждой ежеквартальной калибровки.

Стандартные рекомендации по проектированию новой пресс-формы с горячими литниками

Смещение стали при тепловом расширении следует рассчитывать на основе максимальной рабочей температуры во время проектирования коллектора и сопла. Компенсационный припуск должен быть зарезервирован для глубины измерительного отверстия и места для установки пружины. Для всех точек измерения с плоской-головкой используется волновая композитная пружинная плавающая контактная структура, что существенно устраняет влияние динамических компенсационных зазоров.