Use of thermocouples and voltage sensors to monitor the resin transfer molding process

Abstract

Kompozit malzeme üretim yöntemlerinde malzeme ve hazırlanışındaki değişkenliklersebebiyle, henüz tamamiyle otomasyona geçilememiştir. Bu çalışmada, reçine transferkalıplama tekniği (RTM), iki ayrı algılayıcı sistemi (sıcaklık algılayıcıları ve voltajalgılayıcıları) ile analiz edilmiştir. Projenin tümünde genel amaç algılayıcılar, kalıp,enjeksiyon makinesi, veri toplama sistemi ve kalıp dolum simülasyonları birleştirilerek,RTM tekniğini kontrol etmektir. Bu çalışma özellikle yukarıda adı geçen iki algılayıcısisteminin analizinden oluşmaktadır.Sıcaklık algılayıcı kısmında, tek boyutlu akışa ve iki boyutlu kararsız enerji korunumunadayanan bir matematiksel model geliştirilerek, reçine ve kalıp duvarları arasındaki ısı geçişiaraştırılmıştır. Hem bu modelin sayısal çözümlemesi ve hem de yaptığımız deneyler sıcaklıkalgılayıcılarının kullanımının bazı kısıtlamaları olduğunu göstermiştir. Tipik RTMmalzemelerinin ve enjeksiyon parametrelerinin kullanıldığı durumlarda, sıcaklıkalgılayıcılarının diğer algılayıcı türlerine kıyasla yetersiz kaldığı; veya kullanıldığıdurumlarda yetersizliklerinden dolayı dikkatle kullanılmaları gerektiği bu çalışmadagözlenmiştir.Voltaj algılayıcı kısmında, doğrusal ve noktasal voltaj algılayıcıları incelenmiştir.Deneylerimizin sonuçlarına göre, doğrusal algılayıcıların değişen verileri noktasalalgılayıcılara göre daha detaylı bilgilendirici görünse de, kullanıcıyı reçinenin algılayıcınınçeşitli kısımlarını mı yoksa tek bir kısmını mı kapladığı konusunda yanıltabilir. Çok noktalıvoltaj algılayıcıları bu çalışmada akışı izlemek için kullanılmıştır. Ölçülen voltaj değerigeleneksel bir voltaj algılayıcısının basit elektrik devresinin geliştirilmesi ile arttırılmıştır. Buyeni algılayıcı sistemin doğruluğu ve güvenilirliği algılayıcıdan alınan verilerin ve reçineakışının görsel kayıtlarının karşılaştırılması ile doğrulanmıştır.

Complete automation has not been achieved in manufacturing processes of compositematerials due to the variations in material used and preparation of it. In this study,monitoring of the Resin Transfer Molding (RTM) process is analyzed by using two types ofsensor systems: (i) thermocouple sensors and (ii) point-voltage sensors. The ultimate goal ofthe whole project is to control the Resin Transfer Molding (RTM) process by integrating thesensors, mold, injection machine, data acquisition system, and mold filling simulations. Thisparticular study is mainly on the analysis of the two sensor systems.In the thermocouple sensors section, a mathematical model based on 1D flow and 2Dunsteady energy conservation was developed to investigate the heat transfer between resinand mold walls. The numerical solution of this model is in qualitative agreement with theresults of our experiments by showing that there are some constraints on usage ofthermocouple sensors. With the use of typical RTM materials and injection parameters,thermocouples should not be preferred over other sensor types, or they should be used with acaution due to the inadequacies investigated in this study.In the voltage sensors section, both lineal- and point-voltage sensors are investigated. Theresults of our experiments show that, although the gradually varying in-situ data of a linealsensor is more informative than a point-voltage sensor, lineal-voltage sensors might misleadthe user if the resin covers the wires at multiple sections, or the resin covers the wires startingfrom an unexpected section. Multiple point-voltage sensors were used in this study as flowmonitoring tools. The simple electrical circuit of a conventional voltage sensor was improvedto amplify the output voltage. The accuracy and reliability of this new sensor system wasverified by comparing the in-situ sensor data with the visually recorded resin flow.