Podchodząc do tematu obiektywnie, nie ma nic trudnego w skonstruowaniu czujnika temperatury. Potrzebny nam będzie odpowiedni sensor temperatury przykładowo termistor Pt100, metalowa rurka i termoprzewodzący materiał wypełniający dla uszczelnienia całości.

W ten właśnie sposób od kilkudziesięciu lat produkowane są prawie wszystkie czujniki temperatury na świecie.

A gdyby był zupełnie inny sposób? Sposób, który otwiera zupełnie nowe możliwości
w technologii czujników temperatury? Niemiecka firma JUMO od kilkudziesięciu lat działająca na globalnym rynku czujników pomiarowych znalazła nowe rozwiązanie i ma to związek z tworzywami sztucznymi. Czy zatem plastikowy termometr oporowy może konkurować ze standardowym czujnikiem rezystancyjnym, jaki znamy? Czy pomiar temperatury będzie tak samo precyzyjny?

Na początku pomysł brzmi prosto. Nowoczesne wtryskarki umożliwiają wykonanie niemal dowolnego kształtu i w nieograniczonej ilości sztuk. Czy możliwe jest zatem wykonanie czujnika temperatury z tworzywa sztucznego? Trudność polega na tym, że tworzywo sztuczne ma niską przewodność cieplną i tym samym nie jest najoptymalniejszym materiałem do pomiaru temperatury. Dodatkowo podczas formowania wtryskowego występują ekstremalne warunki otoczenia. Płynne tworzywo sztuczne osiąga temperaturę do 360 °C, ciśnienie zamykania maszyny wynosi do 100 ton, a ciśnienie w formie wtryskowej osiąga wartości do 1200 bar. To znacznie więcej niż ciśnienie wody w Rowie Mariańskim, najgłębszym miejscu na wszystkich oceanach świata. Nie są to zatem optymalne warunki otoczenia dla wrażliwego czujnika temperatury.

Plastik wszechstronny

Idea JUMO plastoSENS T udowadnia jednak że mimo tych wszystkich ograniczeń możliwe jest produkowanie działających i precyzyjnych czujników temperatury z tworzyw sztucznych. Wyzwanie związane z przewodnictwem cieplnym zostało rozwiązane poprzez zastosowanie specjalnych wzbogaconych tworzyw sztucznych. Wykonane w ten sposób termometry oporowe pod względem czasu reakcji właściwie nie ustępowały klasycznym czujnikom temperatury wykonanym z metalu. Niewątpliwą zaletą zastosowania specjalnych tworzyw sztucznych jest możliwość opracowania i przygotowania tworzywa sztucznego dokładnie dostosowanego do danego zadania pomiarowego. Co więcej, stosowane tu tworzywa termoplastyczne mogą zawierać również barwniki, środki zmniejszające palność
i uniepalniające oraz włókna wzmacniające.

Sam materiał i idea jednak nie wystarczą. Równie ważnym elementem składowym jest wysoki poziom know-how w zakresie technologii wtrysku. Tutaj doskonałym wsparciem okazała się firma PGT Prozesstechnik GmbH, wchodząca w skład koncernu JUMO i mająca wieloletnie doświadczenie w branży tworzyw sztucznych.

Absolutna swoboda projektowania

Jakie są zatem zalety czujnika temperatury Pt100 wykonanego z tworzywa sztucznego? Po pierwsze, oczywiście niska waga i powtarzalność produkcji. Ilości
w dowolnym rozmiarze mogą być realizowane znacznie szybciej niż dotychczas. Ponadto tworzywo sztuczne ma bardzo wysoką wytrzymałość izolacji. Zastosowanie takiego termometru oporowego w środowiskach o bardzo wysokich natężeniach i napięciach prądu, takich jak silniki elektryczne lub transformatory jest znacznie bezpieczniejsze i łatwiejsze. Czujnik temperatury plastoSENS T posiada odporność na wstrząsy powyżej 100 g i może być stosowany jako czujnik pomiarowy zgodny z normą DIN EN 61800-5-1:11-2017. Największą zaletą termometrów rezystancyjnych wykonanych z tworzywa sztucznego jest całkowita swoboda kształtowania. Minęły czasy, kiedy czujnik temperatury był zawsze prostą metalową rurą. Czujniki temperatury serii JUMO plastoSENS T są indywidualnie projektowane dla konkretnej potrzeby pomiarowej lub wg preferencji klienta. Przykładowo, czujnik temperatury może być zintegrowany z obudową suszarki do włosów lub być okrągły, spiralny i do tego kątowy - wyobraźnia ograniczona jest jedynie warunkami aplikacyjnymi.
W zależności od rodzaju zastosowanej masy plastycznej, czujniki temperatury JUMO
plastoSENS T mogą być stosowane w zakresie temperatur od -40 °C do +200°C. Czujniki te charakteryzują się również wysoką odpornością na parę wodną i wodę, co jest szczególnie pożądane w przypadku sterylizatorów, pralek przemysłowych i innych instalacji myjących lub płuczących

Nowe myślenie w projektowaniu

Sam Proces produkcyjny wymaga jednak dokładniejszego zaplanowania
w porównaniu z konwencjonalnymi metodami wytwarzania termometrów oporowych. Niezbędne narzędzia do formowania wtryskowego produkowane są indywidualnie, co oznacza, że początkowa inwestycja jest nieco wyższa niż w przypadku standardowych czujników temperatury. Czujniki rezystancyjne z tworzyw sztucznych nie są więc automatycznie tańsze niż alternatywne termometry z metalu. Ze względu na kwestie konstrukcyjne i przygotowanie formy pod trudniej jest również wykonywać pojedyncze próbki. Dlatego też JUMO wykorzystuje w tym celu nowoczesne oprogramowanie, w którym można z wyprzedzeniem symulować reakcje i rozproszenie ciepła projektowanego czujnika temperatury z tworzywa sztucznego, biorąc pod uwagę realną sytuację procesową. Testy
z konwencjonalnymi czujnikami wykazały, że oprogramowanie to daje bardzo dobre wyniki. Do testów instalacyjnych i oceny geometrii, próbki termometrów przygotowywane są
w technologii druku 3D.

Zdjęcie:JUMO. Przykład symulacji komputerowej

Indywidualność zamiast masowej produkcji

Wszystko to oznacza również, że czujniki temperatury Pt100 lub Pt1000 serii JUMO plastoSENS T nie są gotowymi produktami dostępnymi od ręki (ang. off-the-shelf), ale indywidualną technologią pomiarową opracowaną w ścisłej współpracy z klientem. Cały proces rozpoczyna się od sprawdzenia rzeczywistej wykonalności i propozycji projektowej,
a następnie prowadzi przez konstruowanie i symulację czujników do przygotowania właściwych form. Po fazie przygotowawczej, rozpoczynają się testy, które kończą się funkcjonalnym prototypem i wreszcie produkcją seryjną naszego idealnego czujnika Pt100.

Co przyniesie przyszłość?

Czujniki temperatury serii JUMO plastoSENS T są pierwszym krokiem na drodze, która otwiera wiele strategicznych możliwości dla koncernu JUMO. Prowadzone badania skupiają się również wokół systemu modułowego (DFM – Digital Free-form Multisensor technology), w którym czujniki dedykowane dla różnych mierzonych zmiennych, takich jak temperatura, wilgotność, ciśnienie lub siła zostaną umieszczone w jednej obudowie
z tworzywa sztucznego. Poprzez gromadzenie energii moduły będą zapewniały ją sobie same. Sygnały z czujników mają być przesyłane bezprzewodowo przez interfejs Bluetooth. Do jednego odbiornika można wtedy podłączyć do 16 modułów czujników.

Czy czujnik Pt100 z tworzywa sztucznego zyska globalną popularność? Już wiemy, że produkty te mogą być stosowane w wielu branżach, a klienci zdali sobie już sprawę
z nowych możliwości.

Zdjęcie: JUMO. Przykład sensora serii JUMO plastoSENS T dla cyfrowych multisensorów