Un forno di tempra segna 850 gradi sul display, il ciclo scorre regolare, e il lotto esce fuori tolleranza. Il display resta credibile, la termocoppia funziona, lo strumento pure. In casi così la ricerca del problema parte dal sensore o dal processo, ma la causa di solito si nasconde spesso lungo il cavo, nel tragitto tra la termocoppia e lo strumento di lettura.
Perché la lettura di temperatura si sposta di qualche grado senza un guasto evidente
La termocoppia genera una tensione dell’ordine dei millivolt, legata alla differenza di temperatura tra la giunzione di misura e quella di riferimento. Lo strumento converte il segnale attraverso la curva prevista per il tipo di termocoppia e la compensazione del giunto freddo. Quel segnale debolissimo percorre metri di cavo prima di arrivare allo strumento e, lungo la tratta, resta esposto a interferenze, dispersioni dovute al degrado dell’isolamento ed errori nei punti di connessione. Giunzioni realizzate con materiali incompatibili, polarità invertite o morsetti sottoposti a temperature diverse possono generare tensioni aggiuntive e alterare la misura.
E questo è un problema insidioso proprio perché si trova in un range plausibile. Un’interruzione completa può attivare un allarme o produrre una lettura fuori scala, ma cortocircuiti e degradazioni parziali possono restituire valori plausibili, sebbene errati.
Cavi per termocoppie con tolleranza Special 1/2: cosa cambia lungo le tratte più lunghe
In una linea di trattamento termico, ogni giunzione lungo il percorso del segnale è un punto in cui l’errore può insinuarsi: basta una connessione approssimativa, o un materiale non compensato correttamente rispetto alla termocoppia di origine, per alterare la lettura di qualche grado, uno scarto che in un forno di tempra può tradursi in un lotto fuori tolleranza.
Diversi impianti stanno per questo rivedendo la propria dotazione di cavi per termocoppie con tolleranza Special 1/2, un cambiamento che si porta dietro anche la revisione dei punti di giunzione esistenti e delle schermature contro le interferenze nei quadri di automazione vicini.
Compensazione o estensione: due strategie diverse per collegare la stessa termocoppia
Per portare il segnale dalla termocoppia allo strumento esistono due vie. Il cavo di estensione impiega gli stessi materiali della termocoppia, le identiche leghe conduttrici. Prolunga il sensore mantenendone le proprietà termoelettriche lungo tutto il percorso, e rimanda un’accuratezza maggiore, perché il segnale viaggia su un materiale omogeneo dal punto di misura fino all’acquisizione.
Il cavo di compensazione è differente, in quanto usa leghe dal comportamento termoelettrico equivalente a quello della termocoppia entro un intervallo di temperatura definito, pur essendo fatto di metalli diversi, di solito meno costosi. Nell’intervallo previsto si comporta in modo affine al sensore, a un prezzo inferiore, e questo lo rende una via percorribile sulle tratte dove il budget conta e il margine d’errore ammesso lascia spazio.
Ci sono due fattori che mettono in rilievo il criterio di scelta: il primo è la tolleranza che il processo può accettare: un trattamento critico, con finestre di temperatura strette, spinge verso l’estensione e la sua accuratezza; un monitoraggio più largo convive bene con la compensazione.
Il secondo è la lunghezza del collegamento, perché su tratte estese il costo del cavo di estensione sale in modo sensibile, e il confronto economico con la compensazione deve quindi rientrare nella valutazione.
Schermatura e interferenze nei quadri di automazione vicini a forni e resistenze
Il quadro di automazione è l’ambiente più ostile per un segnale in millivolt. Inverter, contattori, teleruttori e resistenze di potenza generano campi elettromagnetici intensi, e un cavo di termocoppia può comportarsi come un’antenna, in quanto capta il rumore elettrico dell’ambiente circostante, e quel disturbo si sovrappone al segnale utile.
Ecco perché è essenziale la schermatura, una calza metallica o un nastro conduttivo attorno ai conduttori che intercetta i campi esterni e li scarica a terra prima che raggiungano il segnale, a condizione che la messa a terra sia fatta bene e in un punto solo, così da evitare le correnti di anello che introdurrebbero altro disturbo.
Per quanto riguarda invece la posa, occorre tenere il cavo del sensore separato dai conduttori di potenza, evitare i percorsi paralleli lunghi e curare l’ingresso nel quadro. Il rumore da interferenza ha una caratteristica sgradevole, si manifesta spesso solo a impianto avviato, quando tutti i carichi lavorano insieme e i campi raggiungono il massimo. In fase di collaudo a freddo, con le utenze ferme, la lettura appare pulita, e il problema emerge più tardi, quando a volte è difficile da isolare nell’immediato.
Quando conviene rivedere i cavi per termocoppie in un impianto già operativo
Il segnale che spinge a intervenire è di solito uno scostamento di lettura comparso negli ultimi mesi. Prima di rifare tarature o mettere in discussione il processo, possiamo quindi fare un controllo mirato al cablaggio.
Il controllo procede per punti. I giunti di collegamento vanno ispezionati uno per uno, in cerca di morsetti allentati, tracce di ossidazione, teste di connessione lente.
In questa fase si controlla l’isolante, che quando è indurito, screpolato o segnato dal calore lascia entrare umidità e degrada le proprietà del cavo. La lega dei conduttori merita una verifica di coerenza con il tipo di termocoppia installata, dato che negli anni, tra sostituzioni parziali e riparazioni d’emergenza, capita che finisca in linea un tratto di cavo non compensato per quel sensore.
Una checklist minima prima del prossimo fermo macchina programmato
Il fermo macchina programmato è la finestra giusta per una verifica del sistema di misura, perché l’impianto è accessibile e ogni intervento resta fuori dalla produzione.
I check devono essere mirati, e il primo da fare riguarda il tipo di termocoppia, da confrontare con il cavo installato per averne la corrispondenza: sensore e conduttore devono essere compatibili per tipo e polarità. Poi passiamo alla tolleranza dichiarata del cavo, da riscontrare rispetto a quella che il processo richiede, così da sapere in partenza con quale margine si lavora.
Non dimentichiamo di verificare lo stato delle guaine, alla ricerca di tagli, indurimenti, zone cotte dal calore vicino ai punti caldi. Il quarto punto è la continuità della schermatura, da verificare insieme alla messa a terra.