Conhecimento||Análise de falhas em instrumentos de temperatura

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1 Termopar de medição de temperatura – As falhas mais comuns nos termopares industriais são o circuito aberto e o curto-circuito. Geralmente, as interrupções são mais comuns, e isso se deve ao fato de os fios resistentes ao calor serem bastante finos. É fácil identificar cortes de circuito e curtos-circuito. Para isso, pode-se usar a escala “×1Ω” do multímetro. Se o valor de resistência medido for menor que R0, é provável que haja um curto-circuito no local ； Se o multímetro indicar infinito, pode-se concluir que o resistor está com um circuito interrompido. Um curto-circuito no resistor geralmente é fácil de resolver, desde que não afete o comprimento e a espessura do fio resistivo. Basta encontrar o ponto onde ocorre o curto-circuito, secá-lo e reforçar a isolação. Para consertar um resistor com circuito interrompido, é necessário alterar o comprimento do fio resistivo, o que afeta o valor de resistência. Por isso, é melhor substituir o resistor por um novo. Se for feita uma reparação por soldagem, é preciso verificar se o resultado da soldagem está dentro dos padrões antes de poder usar o componente novamente. Os problemas mais comuns em sistemas de medição de temperatura por resistência térmica, bem como os métodos para resolvê-los, estão listados na tabela a seguir: 2. Uso correto dos termopares: O uso adequado dos termopares não só permite obter valores precisos da temperatura, garantindo assim a qualidade dos produtos, mas também reduz o consumo de material necessário para sua fabricação. Isso permite economizar recursos financeiros e, ao mesmo tempo, manter a qualidade dos produtos. Além dos erros comuns causados pela conexão inversa dos fios de compensação, pelo uso incorreto deles e por conexões soltas (soluções: usar os fios de compensação corretamente e apertar bem as terminais de conexão), existem também erros como instalação inadequada, condutividade térmica e atraso no tempo de resposta. Esses são os principais erros que ocorrem durante o uso dos termopares. 2.1. Erros causados por instalação inadequada, como a posição em que o termopar é instalado e a profundidade de sua inserção, que não refletem a temperatura real do forno. Em outras palavras, o termopar não deve ser instalado muito perto da porta ou das zonas de aquecimento; a profundidade de inserção deve ser pelo menos 8 a 10 vezes o diâmetro do tubo de proteção ； O espaço entre o revestimento de proteção do termopar e a parede do forno não foi preenchido com material isolante, o que faz com que o calor do forno se escape ou que ar frio entre no mesmo. Portanto, o espaço entre o revestimento de proteção do termopar e os orifícios na parede do forno deve ser preenchido com materiais isolantes como argila refratária ou cordas de amianto, a fim de evitar a convecção de ar quente e frio, o que poderia afetar a precisão das medições de temperatura ； A extremidade fria do termopar está muito perto do corpo do forno, fazendo com que a temperatura ultrapasse 100℃ ； A instalação dos termopares deve ser feita de maneira a evitar, tanto quanto possível, campos magnéticos e elétricos intensos. Portanto, os termopares não devem ser instalados no mesmo condutor que os cabos de alimentação, a fim de evitar interferências que possam causar erros ； Os termopares não podem ser instalados em áreas onde o fluxo do meio a ser medido é muito baixo. Quando se utiliza um termopar para medir a temperatura do gás dentro de um tubo, é necessário instalá-lo na direção oposta ao fluxo do gás, e também garantir que ele esteja em contato adequado com o gás. 2.2. Os erros causados por um isolamento deficiente incluem a deterioração do isolamento dos termopares, bem como a sujeira ou resíduos de sal nos tubos de proteção e nas placas de conexão, o que resulta em um isolamento inadequado entre os termopares e as paredes do forno. Isso se torna ainda mais grave em altas temperaturas. Isso não só causa perda de potencial termoelétrico, mas também gera interferências. Os erros resultantes podem chegar a centenas de graus. 2.3. Erros causados pela inércia térmica Devido à inércia térmica dos termopares, o valor indicado pelo instrumento fica atrás das mudanças na temperatura real a ser medida. Esse efeito é especialmente evidente em medições rápidas. Portanto, deve-se utilizar, sempre que possível, termopares com eletrodos mais finos e diâmetro do tubo de proteção menor. Quando as condições do ambiente de medição o permitirem, é até possível remover o tubo de proteção. Devido ao atraso na medição, a amplitude das flutuações de temperatura detectadas pelos termopares é menor do que a amplitude das flutuações da temperatura do forno. Quanto maior o atraso na medição, menor será a amplitude das flutuações do termopar, e maior será a diferença em relação à temperatura real do forno. Quando se utiliza termopares com grande constante de tempo para medir ou controlar a temperatura, embora a temperatura exibida pelo instrumento varie pouco, a variação real da temperatura do forno pode ser significativa. Para medir a temperatura com precisão, deve-se escolher um termopar com constante de tempo pequena. A constante de tempo é inversamente proporcional ao coeficiente de transferência de calor, e diretamente proporcional ao diâmetro da extremidade térmica do termopar, à densidade do material e ao seu calor específico. Para reduzir a constante de tempo, além de aumentar o coeficiente de transferência de calor, a maneira mais eficaz é diminuir ao máximo o tamanho da extremidade térmica. Em uso, geralmente são utilizados materiais com boa capacidade de condução térmica, além de mangas de proteção com paredes finas e diâmetro interno pequeno. Em medições de temperatura mais precisas, são utilizados termopares com fio nu, sem revestimento protetor. No entanto, esses termopares podem se danificar facilmente, por isso é necessário realizá-los calibrações e substituí-los em tempo hábil. 2.4. Erro de resistência térmica: em altas temperaturas, se houver uma camada de cinzas de carvão ou poeira sobre o tubo de proteção, a resistência térmica aumenta, o que dificulta a condução do calor. Nesse caso, o valor indicado pela temperatura é menor do que o valor real da temperatura medida. Portanto, é necessário manter a parte externa do tubo de proteção do termopar limpa, a fim de reduzir os erros. Problemas comuns em termopares industriais e métodos de solução: Termômetros bimetálicos – O princípio de funcionamento dos termômetros bimetálicos é baseado no uso de dois metais com coeficientes de expansão térmica diferentes. Uma das extremidades desses metais é soldada a um ponto fixo, enquanto a outra extremidade se deforma quando a temperatura muda. Essa deformação é convertida em um ângulo de deflexão do ponteiro, que indica a temperatura. Caso ocorram erros lineares durante o uso, é possível ajustar o problema de indicação incorreta da temperatura por meio do botão de ajuste localizado atrás do termômetro. O termômetro, após esse ajuste e verificação, poderá ser utilizado. 4 Termômetro de pressão – O termômetro de pressão utiliza a expansão e contração térmica de um líquido para medir a temperatura. Um sistema fechado, composto por um bulbo termométrico, um capilar e um tubo de mola, está preenchido com o meio de medição – o líquido. Quando o bulbo termométrico detecta uma mudança de temperatura, a pressão dentro do sistema fechado também muda, devido às alterações no volume do líquido. Isso faz com que o tubo de mola se curve, fazendo com que sua extremidade livre se mova. Por meio de conexões e mecanismos de transmissão, isso faz com que o ponteiro gire, indicando assim a temperatura medida no mostrador. Esse instrumento possui escala linear, volume pequeno do sensor de temperatura, velocidade de resposta rápida, alta sensibilidade e leituras fáceis de interpretar. Os problemas mais comuns nos termômetros a pressão são o indicador não se mover e um grande desvio na leitura. No caso de o indicador estar preso, pode-se usar um instrumento especial para retirá-lo; após ajustar o indicador e verificar que ele funciona corretamente, ele pode ser usado novamente. 4.1. Os instrumentos de controle de temperatura, que são comuns em situações de falhas, funcionam por meio de resistências térmicas ou termopares para controlar o objeto a ser medido. As principais falhas desses instrumentos são as seguintes: · Instalação inadequada, o que impede que o meio em questão troque calor adequadamente com os componentes de medição, fazendo com que as leituras fiquem abaixo do valor real ； · É devido à má isolação do ponto de medição da temperatura, o que causa um resfriamento rápido na área em questão, fazendo com que a temperatura medida fique abaixo da temperatura do sistema ； · É um contato solto nos fios, que causa mau contato e, assim, indicações imprecisas. Isso faz com que a resistência térmica fique alta, enquanto o termopar fica baixo ； · É uma falha de curto-circuito. Isso faz com que a resistência térmica fique baixa ou no mínimo, e que o termopar também fique com valor baixo ou funcione de maneira incorreta ； · É um defeito de circuito interrompido (circuito aberto). Isso faz com que a resistência térmica indique o valor máximo, enquanto o termopar não indica nenhum valor, indicando assim o valor mínimo. Além disso, ao analisar falhas no sistema de instrumentos de controle de temperatura, é preciso observar que a grande maioria dos instrumentos utilizados nesse sistema são instrumentos elétricos para medição, indicação e controle, os quais apresentam um grande atraso na medição. 4.2. Métodos comuns de análise de falhas 1) Primeiro, verifique os valores indicados pelo sistema de medidores de temperatura. Se esses valores mudarem para o máximo ou para o mínimo, pode-se concluir que há um problema no sistema de medidores. Isso acontece porque o sistema de medidores de temperatura geralmente apresenta um grande atraso na medição; portanto, mudanças bruscas não ocorrem. As falhas nos instrumentos de controle de temperatura ocorrem, primeiro, devido a quebras nos termopares, nas resistências térmicas e nos fios de compensação; segundo, devido ao mau funcionamento do amplificador do transmissor, o que também causa falhas. 2) Verifique se os valores indicados pelo sistema de instrumentos de controle de temperatura oscilam constantemente e rapidamente. Esse fenômeno geralmente é causado por um ajuste inadequado dos parâmetros de controle PID. 3) Verifique se os valores indicados pelo sistema de instrumentos de controle de temperatura apresentam flutuações lentas e significativas. Esse fenômeno geralmente é causado por mudanças nas condições de operação do processo. Se não houver nenhuma alteração nas condições de operação, pode-se concluir que há um problema no próprio sistema de controle dos instrumentos. 4) Após identificar uma falha no sistema de controle de temperatura, primeiro é necessário verificar o sinal de entrada do válvula reguladora do instrumento, para ver se há alguma alteração. Se o sinal de entrada não mudar, mas a válvula reguladora ainda funcionar, pode-se concluir que houve um vazamento na membrana da válvula reguladora ； Verifique o sinal de entrada do localizador da válvula de regulação. Se o sinal de entrada não mudar, mas o sinal de saída mudar, então pode-se concluir que há um problema no localizador do instrumento ； Verifique o sinal de entrada do localizador do instrumento e o sinal de saída do regulador do instrumento. Se o sinal de entrada do regulador não mudar, mas o sinal de saída sim, pode-se concluir que há um problema no próprio regulador do instrumento.