Производство одноразовой посуды экструзионным процессом (стр. 8 из 11)

Пьезорезистивные датчики обладают широким набором преимуществ по сравнению с манометрами других типов. Относительно большая толщина диафрагмы делает такой датчик весьма надёжным. Кроме того, он обладает в 1000 раз большим быстродействием, чем тензодатчики. Отсутствие жидкостных наполнителей позволяет исключить возможность загрязнения расплава полимера при использовании пьезорезистивных датчиков.

Пьезорезистивный датчик давления Gefran

Серия “IMPACT” - преобразователи давления без передающей жидкости для использования в высокотемпературной среде (350°C).

Среднее давление передается напрямую на чувствительный силиконовый элемент через толстую диафрагму. Передача происходит по силиконовой микроструктуре (MEMS). Рабочий принцип - пьезорезистивный. Основная характеристка серии “IMPACT” - отсутствие передающего флюида. Чувствительный элемент, установленный сразу за контактной мембраной, выполнен из силикона с помощью микропроцессорных технологий. Микроструктура включает в себя измерительную мембрану и пьезорезисторы.

• Диапазоны давлений до 3000 bar для динамического применения

• Точность 0,5%

• Дистанционная электроника

• Возможне выходы: 0-10 V (N) или CAN Open (D)

Терморегулятор «Термодат-22»

Многоканальный регулятор температуры “Термодат-22” предназначен для управления температурой до десяти объектов независимо на каждом канале. Прибор может быть оборудован архивной энергонезависимой памятью и интерфейсом для связи с компьютером.

Входы: Приборы имеют один из следующих типов входов для работы с термопарами ХА,ХК,ПП,ПР,МК,ЖК,ВР для работы с термосопротивлениями Pt, Cu, Ni (трехпроводная схема подключения) для измерения постоянного напряжения 0…80 мВ и тока (с внешним шунтом) 0…5 мА или 4…20 мА. Количество входов 10 для термосопротивлений, 10 или 12 для термопар.

Выходы: для управления нагревателями – релейный (выход типа R, реле - 8А, 220 В) или для управления симисторами (тип S). При ПИД регулировании выход S обеспечивает плавное управление мощностью по методу равномерного распределения рабочих сетевых периодов. Если ПИД регулирование реализовано на реле, период срабатывания реле (период ШИМ) задается пользователем в диапазоне от 2 до 600 сек. Дополнительные реле предназначаются для включения охлаждения (вентиляторов) или для аварийной сигнализации.

Количество выходов: для управления нагревателями используется 10 реле, 6…10 реле для включения вентиляторов, 10 выходов для управления симисторами, 8 аналоговых выходов.

Рис. 18. Терморегулятор «Термодат-22»

4.3.5 Датчики температуры

Измерения температуры в экструзионной промышленности производится как при помощи терморезисторов, так и с использованием термопар и радиационных пирометров.

Произведём сравнение различных датчиков температуры:

Термопара	Терморезистор	Термистор
Воспроизводимость	1-8^оС	0,03-0,05^оС	0,1-1^оС
Стабильность	1-2^оС за год	<0,1% за 5 лет	0,1-3^оС за год
Чувствительность	0,01-0,05 мВ/^оС	0,2-10 Ом/^оС	100-1000 Ом/^оС
Взаимозаменяемость	Хорошая	Отличная	Плохая
Рабочий диапазон	-250…2300^оС	-250…1000 ^оС	-100…280^оС
Линейность	Отличная	Отличная	Низкая
Время отклика	Высокое	Хорошее	Высокое
Особые свойства	Очень экономична, широкий диапазон измерений	Высокая очность и стабильность	Высокая чувствительность

Терморезистор Gefgan TR5N.

Предназначен для измерения температуры на экструдерах.

• Температурные пределы: -40 ... + 350° C

5.Контроль температурного режима

5.1 Теоретические сведения

Контроль температуры цилиндра и формующего инструмента (фильеры) экструдера необходим для обеспечения постоянства вязкости полимера. Отклонения вязкости материала могут привести к ухудшению его свойств, возникновению недопустимых нагрузок на шнеке и приводе экструдера.

Для обеспечения стабильности размеров формируемой пленки и ее механических свойств температура расплава полимера на выходе зоны дозирования и давление расплава в формующей головке должны поддерживаться в узких пределах.

Температура формующего инструмента обычно влияет только на качество поверхности пленки, так как материал находится в формующей головке в течение относительно короткого промежутка времени.

Теоретически регулирование температуры расплава полимера и его давления может выполняться путем изменения параметров в двух последних зонах нагрева цилиндра экструдера. Но значительные искажения температурного поля по длине цилиндра экструдера могут привести к негативным последствиям, таким как нарушение однородности материала и ухудшение качества поверхности. Отмечается, что заметное изменение производительности экструдера наблюдается только в том случае, когда изменение мощности на нагрев происходит в зоне загрузки. При изменениях мощности на нагрев в зонах, находящихся вблизи от конца шнека, производительность изменяется в пределах точности измерений, т.е. регулирование температуры расплава полимера в зонах вблизи от конца шнека не оказывает никакого влияния на производительность экструдера. Кроме того, отмечается, что в стационарном режиме работы экструдера наблюдается линейная зависимость изменения температуры расплава полимера

от изменения мощности на нагрев

, подводимой к i - зоне цилиндра экструдера. Влияние подводимой мощности на нагрев тем сильнее, чем ближе к концу шнека находится рассматриваемая зона цилиндра экструдера.

Регулирование температуры расплава полимера на экструдерных прессах осуществляется путем стабилизации температуры по зонам нагрева экструдера с управлением температурой последней зоны цилиндра экструдера.

Для построения системы автоматического регулирования температурой расплава полимера на выходе зоны дозирования экструдера необходимо тем или иным образом найти адекватную динамическую модель объекта управления. В подавляющем большинстве случаев используется метод экспериментального получения переходных характеристик объекта управления с их последующей идентификацией. В частности, объект регулирования, выходом которого является температура расплава полимера, а входом - мощность нагревательных элементов, описывается как апериодическое звено первого порядка, параметры которого - коэффициент передачи и постоянная времени - определены по экспериментально снятой переходной характеристике.

Объект управления рассматривается и описывается как объект управления с сосредоточенными параметрами. Существующая зависимость регулируемой величины - температуры расплава полимера от пространственных координат (в первую очередь, от продольной координаты шнека) игнорируется.

Динамическое поведение экструдера в значительной степени определяется системой контроля его температурного режима. Поэтому важно понимать основные характеристики различных систем температурного контроля. Большинство таких систем обладают обратной связью, то есть измеренные величины поступают в блок управления, которые на их основе выдаёт сигналы исполнительным устройствам.

Существуют два принципиально разных метода управления исполнительными устройствами: импульсный метод и метод плавной подстройки.

Импульсный метод управления

Рабочий цикл в импульсном методе выглядит следующим образом. Если температура экструдера ниже заданного уровня, нагреватели работают в полную мощность, а как только температура превысит порог, нагреватели выключаются полностью.

Однако при таком типе управления возникает серьезная проблема в виде термического запаздывания, которое представляет собой разницу во времени между моментом посылки нагревателю сигнала на включение и моментом достижения термометра тепловым потоком (аналогичная ситуация возникает при выключении нагревателей).

В результате такого способа регулирования температура будет колебаться около нужного значения, причём амплитуда и частота колебаний определяется временем запаздывания конкретного аппарата. Кроме того, возникает проблема, связанная с электрическими шумами и неравномерностью температуры в экструдате, что может вызвать высокочастотные переключения в схеме, когда температура близка к установленной.

Пропорциональное управление

Недостатки обратной связи описанного выше типа проистекают из её ступенчатости, то есть из-за того что возможны два режима работы нагревателя: полностью включен или полностью выключен. При этом в большинстве случаев для поддержания заданной температуры нагреватели должны работать не в полную мощность. Таким образом, использование импульсного управления с неизбежностью приведёт к возникновению пульсаций температуры. Следовательно, необходима схема, позволяющая автоматически плавно подстраивать мощность подаваемую на нагреватель, тогда станет возможным исключить пульсации.

Только пропорциональное управление

Итак, устройство пропорционального управления позволяет осуществлять плавную подстройку подаваемой на нагреватель мощности (от 0 до 100%). Диапазон температур, при котором мощность меняется от 0 до 100%, называют областью пропорциональности и выражают в процентах от рабочего диапазона прибора. Обычно нужное значение температуры лежит в середине области пропорциональности, хотя иногда и на верхней его границе. Например, если устройство имеет рабочий диапазон 500 ^оС, то 5%-ная область пропорциональности будет представлять собой зазор в 25 ^оС. На рис. 20 показана передаточная функция регулятора с пропорциональной обратной связью.