ヒータ過昇温検出方法について

質問

ヒータでワークを温め、加工を行う設備を製作しています。エンドユーザ様から「加熱用のヒータが過昇温となった場合に異常を検出する仕組みが必要」と言われました。

制御用の熱電対を異常検出用と兼ねることは出来ませんので、別途熱電対を設ける事を検討していました。あるところから横槍？（アドバイス？）が入り、「ヒータに流れる電流値を測定すれば過昇温の検出だって出来るだろう」と言われました。熱電対を設けるよりＣＴを設けたほうが早いだろうという判断のようですが、果たしてこのような事が出来るのでしょうか。

回答No.8

lumiheart

回答６です
書き忘れが有ったんで
センスビー
http://www.sensbey.co.jp/link(sensbey%20heater)/product/1ondo/list/list.htm
金型にはほぼ必須（カートリッジヒータと同じ外寸）
https://www.nippon-heater.co.jp/products/metal-cartridge-heater/
必ずしも必須ではない現場も少なくないけれど
金型非常停止用センサの代名詞でもある

ローテクのバイメタル式と侮るなかれ
装置寿命までセンスビーが作動しなければそれはそれで良いのだが
センスビーが作動した時は温調制御不能になった時
「火災一歩手前」と、認識スベシ

非常時に複雑な計測システムでは確実に作動するとは限らない

回答No.7

hahaha8635

どこぞの工場がそれで全焼したからな

ヒーターだけ見てるとだめで　ファンとか止まったりした場合も　
過昇温になるので　温度だけ見たほうが良いです

出来れば物理的に落ちる　サーミスタなど　測定法に変えたほうが良い
なければ温調器2台

回答No.6

lumiheart

本件のヒータが何を加熱するのか？
それによって最適な過熱防止の方式が変わって来る
民生機器か？産業機械か？
温度は何度か？
ワークは何か？
最大の問題　ご予算

前出の先生方はヒータ電流計測で温度算出は可能とされてますが
それで計測した温度が実用的かどうかは別物
ニクロム線ヒータは温度上昇に拠る抵抗変化が少ない　
https://www.nippon-heater.co.jp/designmaterials/extension/
ニクロムでなくセラミック系高温ヒータとかでは抵抗変化が大きなものも有るけど
http://www.thermocera.com/products/ceramictopheater.html

過熱防止用サーモスタット
http://www.ngt.co.jp/products.html
https://jp.misumi-ec.com/vona2/detail/110210089459/
http://www.matsuo-ele.com/products/category_053.html

カートリッジヒータ
https://www.nippon-heater.co.jp/products/metal/ct/
金型とかを加熱する為のヒータとしてよく使用される
で、カートリッジヒータとサーモスタットと組み合わせるのが
金型温調業界では定石
もちろん、金型温調はＰＩＤ温調器で別制御だよ
サーモスタットは万が一の時の安全装置

回答No.5

nowane4649

2通りの解釈ができます。
一つは先の回答者の方々が述べる電気抵抗の温度依存性を調べる方法。
もう一つは、ヒーターにかかる電圧と電流を測定し、その電力が通常運転の最大値を超えていれば、異常昇温(に至る故障)が発生とみなすこともできます。
(PWMだと、適度にローパスフィルターを入れるか、平均化処理が必要)

回答No.4

ohkawa3

参考URLに一般的な電熱線の温度係数が掲載されていましたので貼っておきます。
このデータによれば、900℃の抵抗値は、常温に比べ10%程度増加することが判ります。
仮に、900℃が操業温度であって、1000℃になったら過昇温と判断したいなら、0.5%程度の電流差を見分ける検出回路が必要であって、これだけの精度を維持することは容易ではなさそうに思います。
さらに、ヒーターに流れる電流は、電源電圧にほぼ比例して変化しますから、電源電圧範囲に対して±10%を許容していれば、過昇温を見分ける電流差よりも、電源電圧変動に伴う電流差の方が遥かに大きいので、まともに働く検出回路を設計することは相当に困難と思います。
ヒーター材料の温度特性、通常の操業温度と、検出したい異常温度のデータに基づき、異常検出機能が故障したした場合に安全側に倒れることを基本として設計なさることをお勧めします。

参考URL：

http://main.tokyo-resistance-wire.com/assets/pdf/fchw2.pdf

回答No.3

TIGANS

ユーザーの言う手法は一般的手法ですよ。
http://energychord.com/children/energy/motor/heat/contents/heat_res.html
経時変化で発熱体痩せなどによる電流変化も有りえますから、定期的に熱電対での設定電流校正を行ったほうが良いでしょう。

また冗長性を増すために測定熱電対数を増やすという手もありますし
設定温度に寄ってはPTCなどで自己制限を行うこともできます。

回答No.2

noname#252332

ヒーターと言う製品の実態は発熱電線が絶縁体兼熱伝導体で覆われています。その材質は銅なら熱伝導体として理想的で、セラミックなら絶縁体として理想的ですがふたつの特性を兼ねた理想の材料はありません。現実的にはセラミックが採用されますが、セラミックとは高効率内燃機関では鉄やアルミニウムより保温性があることを期待して採用するくらいですから熱伝導性は良くありません。絶縁と強度があるので泣く泣く使っているのです。

　何が言いたいかと言うと、発熱電線の抵抗を測ることは確実にできますが、そこから絶縁物で隔てられたヒーター表面の温度を知ることは出来ず、ましてやそのヒーターで加熱されているワークの温度と比べるとかけ離れた高い温度を測定することになります。

　ヒーターはおそらく比例制御されており、高速にONとOFFを繰り返しているでしょう。発熱電線の温度はそれに多少の遅れで温度が上下しており、ワークを一定温度に制御することは実はヒーターの絶縁物の熱容量による温度変化の遅延に期待しています。つまりある瞬間の発熱電線の温度とワークの温度はあまり相関がありません。電源OFFで長時間放置した後では、発熱電線の抵抗がワークの温度を反映するでしょう。ところがその条件ではCTで抵抗値を測れぬ理屈です。

　逆に、制御用の熱電対がヒーターの温度ではなくワークの温度を測れているなら、これを過昇温の検出に使えないとは私は思いません。故障に備えるというなら他の温度計が欲しいという気持ちは分かります。

　ヒーターの抵抗値で温度を制御するのは、ヒーターを定格以上の電圧を高速にON/OFFして非飽和制御する際に、ヒーターにクラックが入らないように温度上昇率をコントロールする際に有効です。つまりヒーター自身のために温度を測る場合ということになります。ディーゼルエンジンの始動用のセラミックヒーターとかで昇温を限界まで早くしたいときなど実例は有ります。

　もしやるとしても、ヒーターの抵抗値の温度係数から温度による電流の変化を測る精度がCTみたいな誤差の大きい方法でできるか、また安定化電源を使わないというなら電圧も測定して電圧÷電流で抵抗値を高速に演算しなければならず、現実問題として質問者殿の応用例では私には甚だ疑問です。

回答No.1

sailor

できますし、実際に行われていますよ。ヒータの温度が上がると電気抵抗が大きくなるのはご存じでしょう？なので電流値を監視してある値以下になったら以上であると判断すればいいだけのことです。