Temperaturmessung und -steuerung in Wärmebehandlungsöfen

Thread Content

Dieser Beitrag wurde zuletzt von lyyifeng am 7.4.2016 um 15:22 bearbeitet. Das Temperaturmesssystem des Heizofens besteht hauptsächlich aus einem PLC (programmierbaren Steuergerät) sowie Sensoren. Der Ablauf des Temperaturmesssystems besteht hauptsächlich darin, dass die Sensoren die Temperatur in elektrische Signale umwandeln. Diese elektrischen Signale gelangen über die Eingabemodule des PLC in das PLC. Der Prozessor des PLC wandelt die eingehenden Signale mithilfe der A/D-Wandlung in Werte um, die vom PLC erkannt werden können. Anschließend steuert das PLC automatisch den Betrieb, indem es den Unterschied zwischen der eingestellten Temperatur (SP) und der tatsächlichen Temperatur (PV) mithilfe einer PID-Regelung auswertet. Die Daten zur Temperaturmessung können in Form von Historiekurven aufgezeichnet werden – diese dienen als Grundlage dafür, zu prüfen, ob die Produkte des Heizofens den Anforderungen entsprechen. Auswahl der Messgeräte: Für die Erhitzung von Stahlrohren verwenden wir in der Regel Wärmeempfänger, um die Temperatur im Heizofen zu messen. Dadurch kann die Heizeffektivität des Ofens in Echtzeit überwacht werden. Der Heizofen wird entsprechend der Temperaturkurve gesteuert, die für die Erhitzung des Metalls erforderlich ist. Außerhalb des Heizofens werden Infrarot-Thermometer verwendet, um die Temperatur des zu behandelnden Materials zu messen. Dadurch kann man rechtzeitig erkennen, in welchem Grad das Metall im Heizofen erhitzt wird, sowie eventuelle Abweichungen während des Heizvorgangs. Die Potentialunterschiedssignale, die von Thermoelementen erzeugt werden, sowie die analogen Signale der Infrarot-Temperaturmessgeräte können vom PLC erfasst werden. Nach der Verarbeitung dieser Signale durch den PLC dienen sie als Steuersignale zur Steuerung, Aufzeichnung und Speicherung der Temperatur des Heizofens. (1) Zur Messung im Ofen werden hauptsächlich Temperaturmessgeräte eingesetzt. Derzeit werden in Deutschland und im Ausland für die Online-Temperaturmessung im Ofen überwiegend Thermoelemente verwendet. Prinzip der Thermoelementtemperaturmessung: Zwei Leiter mit unterschiedlichen Zusammensetzungen werden an ihren Enden miteinander verbunden, sodass ein Schaltkreis entsteht. Wenn die Temperatur an den Verbindungsstellen unterschiedlich ist, entsteht im Schaltkreis eine Elektrizitätskraft. Dieses Phänomen wird als Thermoeffekt bezeichnet, und diese Elektrizitätskraft wird als Thermoelektrisches Potenzial bezeichnet. Bei der Wärmebehandlung werden in den Heizöfen hauptsächlich Thermoelemente der K-Klasse und der S-Klasse verwendet. Typ K: Material aus Nickel-Chrom – Nickel-Silizium; Messbereich bei längerer Messdauer: 0–900 °C. Die Preise für solche Metallmaterialien sind in der Regel niedrig. Typ S: Material aus Platin-Rhodium 10 – Platin; Messbereich bei längerer Messdauer: 0–1.300 °C. Die Preise für solche Edelmetallmaterialien sind hoch. Unter Berücksichtigung des Temperaturmessbereichs, der Genauigkeitsklasse sowie des Preis-Leistungs-Verhältnisses der Thermoelemente wird empfohlen, in den Glühöfen zum Wärmebehandlungsprozess Thermoelemente der Klasse II S zu verwenden – mit einer Messgenauigkeit von 2,25–2,75 °C. Für die Temperaturkontrolle in den Entspannungsöfen sollten Thermoelemente der Klasse I K verwendet werden, wobei die Messgenauigkeit bei 2,4–3,2 °C liegt. (2) Bei der Messung außerhalb des Ofens werden hauptsächlich Temperaturmessgeräte verwendet. Prinzip der Infrarottemperaturmessung: Objekte, deren Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt, strahlen Infrarotwellen aus. Mit Infrarotdetektoren wird das von den Objekten ausgesendete Strahlungsenergie-Signal in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches anschließend in ein Temperatursignal umgewandelt wird. Auf diese Weise kann die Temperatur eines Objekts aus einer Entfernung gemessen werden. Wie in Abbildung 1 zu sehen ist, gilt im selben Wellenlängenbereich: Je höher die Temperatur, desto mehr Energie strahlt das Objekt ab. Infrarot-Temperaturmessgeräte nutzen genau dieses Prinzip – sie messen die Stärke der ausgestrahlten Energie und ermitteln anschließend auf dieser Grundlage die tatsächliche Temperatur des Objekts. Es gibt viele Faktoren, die die Genauigkeit der Messung beeinflussen. Dazu gehören vor allem die Genauigkeitsklasse der Messgeräte, die Messentfernung sowie die Wellenlänge. Körper mit unterschiedlichen Temperaturen weisen eine unterschiedliche Verteilung der Strahlungsenergie in den verschiedenen Wellenlängenbereichen auf. Je höher die Temperatur, desto mehr neigt sich das Gebiet mit hoher Strahlungsenergie zu kürzeren Wellenlängen. Daher sollte bei der Messung von Körpern mit niedrigerer Temperatur ein Messgerät mit längeren Wellenlängen verwendet werden, während für die Messung von Körpern mit hoher Temperatur Geräte mit kürzeren Wellenlängen geeignet sind.