Có nhiều phương pháp khác nhau trong việc gắn một cặp nhiệt điện vào phôi để đo nhiệt độ tại vùng tiếp xúc khi mài. . Một cách tương đối đơn giản là chèn một cặp nhiệt điện sử dụng phôi lắp ghép. Có ba kỹ thuật chính. Cặp nhiệt điện hai cực thông thường có thể được chèn vào bên dưới bề mặt phôi. Thứ hai, có thể hình thành một cặp nhiệt điện hai cực có thể mài được tại điểm tiếp xúc khi mài. Một khả năng thứ ba là hình thành một cặp nhiệt điện đơn cực có thể mài được tài điểm tiếp xúc khi mài. Cặp nhiệt điện đơn cực sử dụng kim loại dẫn điện khác so với vật liệu phôi. Quá trình mài sẽ tạo thành kết nối cặp nhiệt điện ở bề mặt.
* Cặp nhiệt điện hai cực
Cặp nhiệt điện hai cực được đặt vào bên dưới bề mặt phôi được hiệu chuẩn theo tiêu chuẩn và thường cho ra một tín hiệu nhiệt độ tốt. Tuy nhiên, vì những cặp nhiệt điện này đo nhiệt độ bên dưới bề mặt, nhiệt độ đo được là do nhiệt truyền qua vật liệu phôi và thông qua chất cách ly của cặp nhiệt điện. Đặc tính nhiệt của vật liệu cách ly thường bị bỏ qua và gây ra sự không chính xác. Do độ chênh nhiệt độ gần bề mặt có thể phi tuyến tính, tính chính xác của phép đo dựa trên một quá trình ngoại suy.
39
Cấu hình thông thường của cặp nhiệt điện hai cực được thể hiện trong hình 3.8. Sử dụng cặp nhiệt điện cực đôi thông thường để đo nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc của phôi yêu cầu việc tính toán chính xác vị trí của mối nối so với bề mặt trước và sau khi mài để xác định vị trí trung bình để đo nhiệt. Thông thường, nhiệt độ được đo tại trung tâm của mối nối. Vì vậy, kích thước vật lý của mối nối đóng một vai trò quan trọng trong đo nhiệt độ. Nếu sự chênh lệch nhiệt độ cao ở vị trí của mối nối, kết quả sẽ là nhiệt độ trung bình của nhiệt độ cao nhất và thấp nhất. Một vấn đề nữa là nếu mối nối không được tạo thành chính xác trong mặt phẳng đo mong muốn, có một cách để dự đoán nhiệt độ tại vị trí mong muốn bằng cách ngoại suy từ chênh lệch nhiệt độ. Do đó, mô hình hóa lý thuyết đóng một vai trò quan trọng trong ngoại suy từ kết quả đo vật thể đến một điểm trên bề mặt.
40
Hình 3.7 Cấu trúc của cặp nhiệt điện hai cực có thể mài được
Tuy nhiên, việc sử dụng cặp nhiệt điện hai cực thông thường để đo bề mặt tiếp xúc yêu cầu số lượng đo lớn. Hơn nữa, việc tính toán để ngoại suy nhiệt độ cũng như độ chính xác khi di chuyển đá mài gần so với mối nối và tránh không cắt vào mối nối cũng khiến việc đo trở nên phức tạp.
Việc sử dụng cặp nhiệt điện hai cực có thể mài được như hình 3.7 có thể được hình thành trên bề mặt phôi và khắc phục một số những vấn đề của cặp nhiệt điện hai cực thông thường. Số lượng các lớp tăng lên làm tăng kích thước hệ thống và làm cho quá trình lắp các lá nhôm mỏng và dải mica cách điện khó khăn hơn.
* Cặp nhiệt điện đơn cực
Cặp nhiệt điện đơn cực là các cặp nhiệt điện có thể mài được và đây là một lợi thế so cặp nhiệt điện hai cực. Trong kỹ thuật đơn cực, mối nối được hình thành với phôi trong quá trình mài bằng cách làm mòn vật liệu cặp nhiệt điện trên phôi. Do đó, nhiệt độ mài được đo tại bề mặt tiếp xúc. Những cặp nhiệt điện đơn cực được xây dựng dựa trên một dải mỏng hoặc dây cách điện chèn vào trong đá mài hay phôi. Thông thường, cặp nhiệt điện được đưa vào trong phôi hơn là trong đá mài do đơn giản hơn và chi phí rẻ hơn.
41
Việc chèn một cặp nhiệt điện vào trong đá mài cho phép giám sát liên tục nhiệt độ khi mài. Phôi sẽ tạo thành cực thứ hai của cặp nhiệt điện và có thể hoán đổi được, do đó, phương pháp này có thể dùng để hiệu chỉnh được các giá trị nhiệt độ và có thể được sử dụng trong quá trình sản xuất. Phương pháp này được minh họa trong hình 3.8, có hai cặp nhiệt điện đơn cực (3) được chèn vào một đá mài. Khi quay với tốc độ cao các tín hiệu sẽ được tách ra nhưng sẽ kèm với nhiễu. Nước làm mát và phoi cũng gây ảnh hưởng đến chất lượng của tín hiệu. Phương pháp này đòi hỏi phải có thiết bị đọc tín hiệu nhanh, vì mỗi xung tín hiệu đặc trưng cho nhiệt độ tiếp xúc chỉ duy trì trong thời gian ngắn, điều này phụ thuộc vào quá trình mài (mài mài phẳng hay mài trụ, chiều sâu cắt nông hay sâu).
Hình3.8Cặp nhiệt điện đơn cực lắp vào một đá mài.
- Chèn trong phôi.
Trong cặp nhiệt điện đơn cực, constantan được sử dụng để tạo thành một cặp nhiệt điện loại J khi mài vật liệu kim loại màu.
42
Hình3.9 Kích thước cặp nhiệt kiểu J hoặc T
Lá mỏng Constantan có thể được lấy từ một cặp nhiệt điện loại J hay T và được chèn vào trong phôi. Hình 3.9 minh họa một cặp nhiệt điện đơn cực, chỉ ra đầu mỏng và chân của một lá nhiệt điện với kích thước thông thường. Đầu mỏng cho phép đo với chiều sâu cắt từ 0 đến 6 mm. Chân có thể được sử dụng để đo ở chiều sâu cắt lớn hơn. Đầu mỏng phù hợp cho mài nông hoặc khi chiều sâu cắt không lớn hơn 6 mm. Đối với chiều sâu cắt lớn hơn 5 mm, mặt cắt ngang của cặp nhiệt điện bắt đầu tăng lên. Điều này dẫn đến sai số trong các yếu tố hiệu chuẩn.
(a) Cấu hình cặp nhiêt đơn cực trong phôi (b) tín hiệu nhiệt độ
Hình3.10 Phương pháp sử dụng cặp nhiệt đơn cực
Hình 3.10 minh họa việc lắp đặt một cặp nhiệt điện đơn cực vào phôi tách. Một tín hiệu nhiệt độ điển hình được hiển thị trong hình 3.10b. Kỹ thuật này cho phép đọc nhiệt độ tốt, mặc dù có thể gặp những vấn đề đặc biệt trong mài ướt. Điều quan trọng là cần phải duy trì mối nối tốt trong quá trình mài. Nếu mối nối hỏng, sẽ rất khó để phân tích tín hiệu. Đặc biệt trong khi mài ướt, mối nối sẽ dễ hỏng hơn. Và các vấn đề khác cũng có thể xảy ra nếu vật liệu cách nhiệt không còn tác dụng .
43
Chương 4 - Tổng quan về cảm biến nhiệt độ