Procesni inženjer pregledava podatke o temperaturi iz kritičnog kalupa i primjećuje da zabilježene temperature značajno odstupaju od stvarne kvalitete proizvedenog dijela. Regulator pokazuje stabilne temperature, ali dijelovi iz različitih šupljina pokazuju dimenzionalne varijacije koje pokazuju da postoje stvarne temperaturne razlike. Problem nije u grijačima ili regulatoru, već u tome kako se temperatura mjeri. Senzori ne daju točne informacije o temperaturama koje zapravo utječu na kvalitetu dijelova. Ova situacija otkriva temeljni izazov u dizajnu toplinskog sustava: mjerenje prave temperature na pravom mjestu.
Senzor temperature za aplikacije grijača s kvadratnim uloškom od 6x6 mm uključuje odluke o vrsti senzora, smještaju i integraciji koje značajno utječu na točnost kontrole i dosljednost procesa. Najčešći odabiri senzora uključuju termoparove i temperaturne detektore otpora. Termoparovi dominiraju primjenom industrijskog grijanja jer brzo reagiraju, podnose visoke temperature i koštaju relativno malo. Termoparovi tipa J i tipa K podnose temperaturne raspone tipične za većinu aplikacija grijača od 6x6 mm, s tim da tip K nudi širi raspon, a tip J pruža malo bolju točnost na nižim temperaturama.
Položaj senzora određuje koju temperaturu sustav upravljanja zapravo regulira. Termopar koji se nalazi u izratku u blizini grijača prvenstveno reagira na rad grijača, ali pruža ograničene informacije o temperaturi koja utječe na proces. Termopar smješten u samom grijaču trenutno reagira na promjene grijača, ali možda neće odražavati stvarnu temperaturu procesa. Termopar koji se nalazi u radnom komadu dalje od grijača daje najbolju indikaciju temperature procesa, ali sporo reagira na promjene grijača. Optimalno postavljanje uravnotežuje ove čimbenike za određenu primjenu.
Za grijače kvadratnog uloška 6x6 mm, kompaktna veličina alata često ograničava mogućnosti postavljanja senzora. Možda neće biti mjesta za odvojene rupe za senzore bez ugrožavanja čvrstoće alata ili ometanja drugih komponenti. U tim slučajevima, integracija termoelementa u sam grijač pruža elegantno rješenje. Integralni grijači s termoelementima uključuju senzor ugrađen u plašt grijača, obično na vrhu ili duž grijane duljine. Ovaj raspored daje temperaturnu povratnu informaciju točno tamo gdje dolazi do zagrijavanja, ne koristeći dodatni prostor u pretrpanom alatu.
Uzemljene naspram neuzemljenih konfiguracija termoelemenata predstavljaju još jedan izbor. Uzemljeni termoparovi imaju spoj senzora u električnom kontaktu s plaštom grijača. Brzo reagiraju jer je spoj izravno izložen temperaturi plašta. Međutim, oni mogu pokupiti električni šum iz napajanja grijača, što može uzrokovati nestabilnost upravljanja. Neuzemljeni termoparovi imaju spoj senzora električno izoliran od plašta. Reagiraju malo sporije, ali daju čistije signale koji bolje rade s osjetljivim kontrolerima. Za većinu aplikacija grijača od 6x6 mm, neuzemljeni senzori nude bolju ravnotežu performansi i pouzdanosti.
Višestruke lokacije senzora pružaju informacije koje pojedinačni senzori ne mogu. U alatu s više zona grijanja, svaka zona treba imati vlastiti senzor za pružanje povratne informacije za regulator te zone. U kritičnim primjenama, postojanje dva senzora po zoni-jedan za kontrolu i jedan za provjeru-omogućuje kontrolnom sustavu otkrivanje kvarova senzora prije nego što utječu na proizvodnju. Neki sustavi koriste drugi senzor za visoku-ograničenu zaštitu, isključujući grijač ako temperatura prijeđe sigurne razine bez obzira na to što kontrolni senzor pokazuje.
Kalibracija senzora važnija je nego što mnogi shvaćaju. Termoparovi su točni samo unutar određenih tolerancija, obično plus ili minus nekoliko stupnjeva. Za primjene koje zahtijevaju preciznu kontrolu temperature, kalibracija senzora prema poznatom standardu osigurava da naznačena temperatura odgovara stvarnoj temperaturi. Ovu kalibraciju treba povremeno provjeravati jer se termoparovi mijenjaju tijekom vremena, posebno kada rade blizu svojih maksimalnih temperaturnih granica.
Veza između senzora i regulatora utječe na točnost mjerenja. Signali termoparova mjere se u milivoltima, tako da svaki otpor u spojnom putu dovodi do pogreške. Korištenje ispravne produžne žice termoelementa-a ne obične bakrene žice-čuva integritet signala. Održavanje veza čistima i čvrstima sprječava padove napona koji bi inače stvorili pogreške u mjerenju. Za kritične primjene, korištenje konektora s materijalima za -termoparove osigurava da sama veza ne postane izvor pogreške.
Razumijevanje što mjerenje temperature zapravo predstavlja sprječava pogrešno tumačenje. Termopar mjeri samo temperaturu na svom točnom mjestu. Ako alat ima gradijente temperature, izmjerena temperatura možda neće predstavljati temperaturu drugdje. U velikim alatima s višestrukim grijačima to znači da položaj senzora u odnosu na grijače određuje temperaturu koju kontroler vidi. Senzor koji se nalazi u blizini grijača očitava višu temperaturu od prosječne, dok onaj koji se nalazi dalje od grijača očitava nižu. Oba su očitanja točna za svoje lokacije, ali niti jedno ne predstavlja cijeli alat.
Kontrolna strategija je u interakciji s odabirom senzora. Uključeno-isključeno upravljanje uključuje ili potpuno isključuje grijač ovisno o tome pada li izmjerena temperatura ispod ili iznad zadane vrijednosti. Ovaj jednostavan pristup funkcionira za primjene s velikom toplinskom masom, ali uzrokuje promjene temperature u manjim alatima. Proporcionalna kontrola prilagođava snagu grijača na temelju toga koliko je izmjerena temperatura daleko od zadane vrijednosti, smanjujući oscilacije. PID regulacija koristi proporcionalne, integralne i izvedene izraze za predviđanje temperaturnih promjena i održavanje stabilne regulacije. Sofisticiranije strategije upravljanja zahtijevaju točno mjerenje temperature s brzim odzivom kako bi radile učinkovito.
Mala skala kvadratnog patronskog grijača od 6x6 mm čini odabir i smještaj senzora posebno kritičnim. Postoji mala toplinska masa za izravnavanje temperaturnih varijacija, tako da kontrola mora brzo reagirati na promjene. Ograničen prostor za senzore znači da je svaki milimetar lokacije senzora važan. Donošenje ispravnih odluka pretvara kontrolu temperature iz izvora varijacija procesa u pouzdan alat za održavanje dosljedne kvalitete u svakom proizvodnom ciklusu.
