Temperature Measurement in an Extrusion System Using a Microcontroller

Year 2023, Volume: 1 Issue: 1, 83 - 95, 31.12.2023

Reşat Mutlu , Polat Poyraz

Abstract

Aluminum extrusion is a widely used production method in the industry. In this process, very high temperatures are reached. This temperature is also measured and used to control the process. The aim of this study is to measure the temperature externally from the thermocouple in the billet annealing furnaces used to heat the aluminum raw material in the aluminum extrusion process and to print it on the LCD display screen. In this study, a microcontroller-based circuit that can measure the temperature value and print the measured temperature information on the display screen by using the thermocouple mounted on the aluminum annealing furnaces has been designed and a temperature measurement program has been written. Arduino UNO microcontroller is used as microcontroller, LM358 Opamp is used to amplify the voltage across the thermocouple, LCD screen is used as display screen, and Arduino IDE compiler is used to program the microcontroller. With the prototype made, temperature measurements at an annealing temperature have been made successfully. This circuit can easily be used in industrial or academic extrusion works.

Keywords

Arduino UNO Microcontroller, Temperature Measurement, Extrusion System.

Mikrodenetleyici Kullanarak Bir Ekstrüzyon Sisteminde Sıcaklık Ölçümü

Abstract

Alüminyum ekstrüzyon sanayide yaygınca kullanılan bir üretim yöntemidir. Bu proseste çok yüksek sıcaklıklara çıkılmaktadır. Bu sıcaklık ölçülerek Proses kontrolünde kullanılmaktadır. Bu çalışmanın amacı alüminyum ekstrüzyon prosesinde alüminyum hammaddesini ısıtmada kullanılan biyet tav ocaklarındaki termokupl üzerinden harici olarak sıcaklığın ölçülmesi ve LCD gösterge ekranında yazdırılmasıdır. Bu çalışmada alüminyum tav ocaklarına monte edilen termokupldan yararlanarak sıcaklık değeri ölçebilen ve ölçtüğü sıcaklık bilgisini gösterge ekranına yazdırabilen mikrodenetleyici tabanlı bir devre tasarlanmış ve sıcaklık ölçüm programı yazılmıştır. Mikrodenetleyici olarak Arduino UNO mikrodenetleyicisi, termokupl üzerindeki gerilim değerini yükseltmek için LM358 Opamp, gösterge ekranı olarak LCD ekran ve mikrodenetleyici programı için de Arduino IDE derleyicisi kullanılmıştır. Yapılan prototip ile bir tav ocağında sıcaklık ölçümleri başarı ile yapılmıştır. Yapılan bu devre endüstriyel ya da akademik ekstrüzyon çalışmalarında rahatlıkla kullanılabilir.

Keywords

Arduino UNO Mikrodenetleyici, Sıcaklık Ölçümü, Ekstrüzyon Sistemi

References

• [1] Dünyada ve Türkiye’de Alüminyum URL:https://www.mta.gov.tr/v3.0/sayfalar/bilgi-merkezi/maden-serisi/aluminyum.pdf (Erişim Zamanı; Haziran 26, 2022)
• [2] Bedir, F., Alüminyum Kompozitlerin Üretimi, Karakteristik Özellikleri ve Endüstriyel Uygulamaları, Mühendis ve Makina Cilt: 47 Sayı: 554
• [3] Støren, S. (1993). The theory of extrusion—advances and challenges. International journal of mechanical sciences, 35(12), 1007-1020.
• [4] Mindivan, H. (2017). Eş kalıp ekstrüzyon yöntemi ile alüminyum-magnezyum makrokompozit imalatı ve karakterizasyonu. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 23(1), 12-14.
• [5] Başer, T. A. (2013). Alüminyum alaşımları ve otomotiv endüstrisinde kullanımı. Mühendis ve Makina, 51-58.
• [6] Yaşar, A. C., Eser, A. A., Özcan, A., & Acarer, M. (2019). Alüminyum Dövme ve Ekstrüzyon Alaşımlarında Aşırı Yaşlandırmanın Mikroyapı ve Mekanik Özelliklere Etkisi. 9. Uluslararası Alüminyum Sempozyumu (ALUS’09)
• [7] Haase, M., & Tekkaya, A. E. (2015). Cold extrusion of hot extruded aluminum chips. Journal of Materials Processing Technology, 217, 356-367.
• [8] Bingöl, S. (2016). Kalıp girişinin ekstrüzyon edilebilirlik üzerindeki etkisi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 7(1), 159-167.
• [9] Kalkan, H. Alüminyum Ekstrüzyonu Üzerine Sayısal ve Deneysel Bir İnceleme. Makina Tasarım ve İmalat Dergisi, 16(2), 60-65.
• [10] İncel, E. (2016). Deney tasarımı ve yapay sinir ağları yöntemleriyle alüminyum ekstrüzyon prosesinin iyileştirilmesi (Master's thesis, Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü).
• [11] Kurtoğlu, B. (2019). Sıcak ekstrüzyon yöntemi kullanarak alüminyum alaşımı talaşların geri dönüşümü ile parçacık takviyeli kompozit malzemelerin üretimi (Master's thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü).
• [12] Coşkun, M. (2019). Örnek Bir Alüminyum Ekstrüzyon İmalat Tesisinde Enerji Verimliliğinin İncelenmesi (Master's thesis, Sakarya Üniversitesi).
• [13] AKIRMAK, O. O., & Altan, A. Estimation of Extrusion Process Parameters in Tire Manufacturing Industry using Random Forest Classifier. Balkan Journal of Electrical and Computer Engineering, 11(2), 138-143.
• [14] Oskolkov, A. A., Bezukladnikov, I. I., & Trushnikov, D. N. (2022). Rapid Temperature Control in Melt Extrusion Additive Manufacturing Using Induction Heated Lightweight Nozzle. Applied Sciences, 12(16), 8064.
• [15] Saral, R. "Alüminyum ekstrüzyonunda proses kontrol." (2005).
• [16] Pelaccia, R., & Santangelo, P. E. (2022). A Homogeneous Flow Model for nitrogen cooling in the aluminum-alloy extrusion process. International Journal of Heat and Mass Transfer, 195, 123202.
• [17] Ziegler, M. (2019). Optimisation of processing parameters of a laboratory extrusion press for the application in Aluminium alloys (Doctoral dissertation, Wien).
• [18] Mutlu, R., Karakulak E., Mevsim E., Sera Sıcaklık ve Nem Takibi Prototip Devresi ve Bilgisayar Yazılımı, 3. İleri Mühendislik Teknolojileri Sempozyumu, 29.05.2010- 30.05.2010.
• [19] Ibrahim, D. (2004). " Monıtorıng Temperature Usıng A Mıcrocontroller Wıth A Hıghlevel Language. East University, PK670, Lefkosa, TRNC.
• [20] Ravi, S., Sudha, M., & Balakrishnan, P. A. (2012). Design and development of a microcontroller based neuro fuzzy temperature controller. In 2012 International Conference on Informatics, Electronics and Vision, ICIEV 2012 (pp. 103-107). Article 6317541 https://doi.org/10.1109/ICIEV.2012.6317541
• [21] Saha, P. K. (2000). Aluminum extrusion technology. Asm International.
• [22] Bauser, M., & Siegert, K. (2006). Extrusion. ASM international.
• [23] Gagg, R. (2016). The importance of accurate temperature measurement. Aluminium International Today, 28(6), 31.
• [24] Wang, Y., Zhao, G., Sun, L., Wang, X., Lv, Z., & Sun, Y. (2023). Effects of billet heating temperature and extrusion speed on the microstructures and mechanical properties of the longitudinal welds in aluminum alloy profiles with complex cross-section. Vacuum, 207, 111578.
• [25] Valberg, H., & Costa, A. L. (2018, May). Metal flow and temperature in direct extrusion of large-size aluminum billets. In AIP Conference Proceedings (Vol. 1960, No. 1). AIP Publishing.
• [26] Hubicki, R., Richert, M., & Wiewióra, M. (2020). An experimental study of temperature effect on properties of nitride layers on X37CrMoV51 tool steel used in extrusion aluminium industry. Materials, 13(10), 2311.
• [27] Cuéllar Matamoros, C. F. (1999). Modeling and control for the isothermal extrusion of aluminium (Doctoral dissertation, ETH Zurich).
• [28] Unwin, P. (2020). Essential temperature measurement in aluminium extrusion. Aluminium International Today, 33(2), 31-32.
• [29] Hubicki, R., Richert, M., & Łebkowski, P. (2022). Influence of Operating Temperature on the Service Life of Aluminum Extrusion Dies. Materials, 15(19), 6656.
• [30]URL:https://docs.arduino.cc/resources/datasheets/A000066-datasheet.pdf (Erişim Zamanı; Haziran 26, 2022)
• [31] URL: https://reference.arduino.cc/reference/en/libraries/liquidcrystal-i2c/ (Erişim Zamanı; Aralık 28, 2022)
• [32] URL:https://www.st.com/resource/en/datasheet/lm158.pdf (Erişim Zamanı; Haziran 26, 2022)
• [33] URL:https://elimko.com.tr/files/TermokupllarGenelBilgiler.pdf (Erişim Zamanı; Haziran 26, 2022)
• [34] https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/max6675.pdf (Erişim Zamanı; Aralık 28, 2022)
• [35] Oskolkov AA, Bezukladnikov II, Trushnikov DN. Rapid Temperature Control in Melt Extrusion Additive Manufacturing Using Induction Heated Lightweight Nozzle. Applied Sciences. 2022; 12(16):8064. https://doi.org/10.3390/app12168064.
• [36] Yener, Ş. Ç., Mutlu R., A Laboratory Design for Teaching Internet of Things, EDUCCON 2018 Education Conference, 27.09.2018- 28.09.2018.