Πώς επηρεάζουν τα αποτελέσματα της θερμικής διαστολής την ακρίβεια του θερμοστοιχείου;

Η θερμική διαστολή είναι ένα βασικό φυσικό φαινόμενο που έχει μεγάλη επίδραση στην ακρίβεια των θερμοζευγών σε συστήματα θερμών δρομέων. Καθώς τα εξαρτήματα του καλουπιού θερμαίνονται από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος στη θερμοκρασία επεξεργασίας (συνήθως 200–400 μοίρες), τα υλικά διαστέλλονται με ποικίλους ρυθμούς, αλλάζοντας τις τοποθετήσεις των θερμοστοιχείων και τις συνθήκες επαφής. Αυτά τα φαινόμενα πρέπει να γίνουν κατανοητά για να είναι σε θέση να ανιχνεύει με ακρίβεια τη θερμοκρασία.

Διαφορική Εκμάθηση Επέκτασης

Τα διαφορετικά υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή θερμών δρομέων έχουν διαφορετικούς συντελεστές θερμικής διαστολής (CTE). Ο συντελεστής θερμικής διαστολής του χάλυβα είναι περίπου 11-13 μm/m βαθμός. Τα υλικά θήκης θερμοστοιχείου (ανοξείδωτο ατσάλι ή Inconel) έχουν παρόμοιους συντελεστές, αν και δεν είναι ίσοι. Η μόνωση οξειδίου του μαγνησίου στο εσωτερικό της θήκης έχει ξεχωριστές ιδιότητες διαστολής. Καθώς το σύστημα θερμαίνεται, τα διάφορα εξαρτήματα θα διαστέλλονται με διαφορετικούς ρυθμούς, προκαλώντας μηχανική καταπόνηση που θα επηρεάσει τη θέση της διασταύρωσης μέτρησης και την πίεση επαφής.

Επίδραση της τοποθέτησης θερμοστοιχείου

Η επέκταση επηρεάζει την τοποθέτηση αισθητήρων που είναι τοποθετημένοι με εξαρτήματα συμπίεσης ή συσκευές με ελατήριο-. Καθώς ο χάλυβας του καλουπιού διαστέλλεται, η οπή στερέωσης κινείται σε σχέση με το άκρο του θερμοστοιχείου. Εάν η διαδρομή του ελατηρίου δεν είναι επαρκής, το άκρο μπορεί να χάσει την επαφή με το κάτω μέρος της οπής, επιτρέποντας να σχηματιστεί ένα διάκενο αέρα που μονώνει τον αισθητήρα και έχει ως αποτέλεσμα μετρήσεις χαμηλής θερμοκρασίας. Ωστόσο, η υπερβολική διαστολή μπορεί να συνθλίψει το θερμοστοιχείο με αποτέλεσμα να καταστραφούν οι εσωτερικές συνδέσεις. Απαιτείται σωστή προφόρτιση ελατηρίου εντός του προβλεπόμενου εύρους θερμικής διαστολής.

Επιρροή στη μέτρηση της θέσης διασταύρωσης

Η θερμική διαστολή επηρεάζει τη θέση της σύνδεσης μέτρησης σε σχέση με την πηγή θερμότητας. Εάν το θερμοστοιχείο βρίσκεται σε ένα αξονικά διαστελλόμενο ακροφύσιο, το άκρο του αισθητήρα μπορεί να μετακινηθεί σε σχέση με τη θέση του θερμαντήρα. Η αλλαγή της θέσης αλλάζει την καταγεγραμμένη θερμοκρασία, η μετακίνηση προς τον θερμαντήρα αυξάνει την ένδειξη και η απομάκρυνση τη μειώνει. Αυτή η επίδραση μπορεί να είναι εμφανής στην περίπτωση σταθερών θερμαντικών σωμάτων και κινούμενων ακροφυσίων.

Επίδραση στην πίεση επαφής και στη θερμική αντίσταση

Η θερμική διαστολή προκαλεί την αλλαγή στην πίεση επαφής μεταξύ του άκρου του θερμοστοιχείου και της μετρούμενης επιφάνειας. Ανάλογα με το σχεδιασμό, η θερμική επαφή μπορεί να βελτιωθεί (αύξηση της θερμικής επαφής) ή να υποβαθμιστεί (μειώθηκε η θερμική επαφή) κατά τη διάρκεια της διαστολής των εξαρτημάτων. Για αισθητήρες σε τρυπημένες οπές, η διαστολή μπορεί να σφίξει ή να χαλαρώσει την εφαρμογή. Με αισθητήρες με δακτυλίους μέτρησης, η διαστολή επηρεάζει την πίεση σύσφιξης. Η ποικίλη πίεση επαφής προκαλεί ποικίλη θερμική αντίσταση, με αποτέλεσμα τη μετατόπιση και την αστάθεια της μέτρησης.

Σχέδια Αποζημιώσεων

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να ελαχιστοποιηθούν οι συνέπειες της θερμικής διαστολής. Χρησιμοποιήστε θερμοστοιχεία με ελατήριο με αρκετή διαδρομή (συνήθως 2–4 mm) για να παραμείνετε σε επαφή σε όλο το εύρος επέκτασης. Χρησιμοποιήστε παρόμοια υλικά στήριξης CTE. Σχεδιάστε γεωμετρίες στερέωσης για να διατηρείται η συνεχής πίεση επαφής κατά τη διάρκεια της διαστολής. Για σημαντικές εφαρμογές, χρησιμοποιήστε πολλούς αισθητήρες σε διαφορετικές τοποθεσίες για να ανιχνεύσετε μετατοπίσεις λόγω επέκτασης και να εφαρμόσετε προσαρμογή λογισμικού.

Σταθερότητα Μακροπρόθεσμη-

Η τοποθέτηση θερμοστοιχείου τροποποιείται σταδιακά με επαναλαμβανόμενο θερμικό κύκλο με την πάροδο του χρόνου. Κάθε κύκλος μπορεί να αλλάξει κάπως τη θέση του αισθητήρα ή να βλάψει την ποιότητα της επαφής. Οι μηχανισμοί ελατηρίου ερπυσμού μειώνουν την προφόρτιση με την πάροδο του χρόνου. Οι τακτικοί έλεγχοι συντήρησης για τη θέση του αισθητήρα και την ποιότητα της επαφής αποφεύγουν-μακροπρόθεσμες μετατοπίσεις λόγω των επιπτώσεων επέκτασης.

Διαφορική επέκταση θερμοστοιχείου και καλωδίου σύνδεσης

Η θερμική διαστολή επηρεάζει επίσης τη σύνδεση του θερμοστοιχείου με το καλώδιο προέκτασής του. Κατά την παραγωγή, η περιοχή του συνδετήρα υπόκειται σε διακυμάνσεις θερμοκρασίας που μπορεί να προκαλέσουν διαστολή και συστολή που μπορεί να οδηγήσει σε χαλάρωση των συνδέσεων. Οι σύνδεσμοι με θετικούς μηχανισμούς ασφάλισης και σχέδια με αντιστάθμιση θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται για την αύξηση της αξιοπιστίας. Η κίνηση του καλωδίου λόγω διαστολής επιτρέπεται με βρόχους ανακούφισης καταπόνησης.

Πρακτικές συστάσεις για τη μείωση των επιπτώσεων της επέκτασης

Τοποθετείτε πάντα τα θερμοστοιχεία σε θερμοκρασία δωματίου, επιτρέποντας την επέκταση. Μετρήστε το συμπιεσμένο μήκος στη θερμοκρασία λειτουργίας για να παρατηρήσετε τη διακοπή συμπίεσης κατά τη διάρκεια των δοκιμών. Εκτελέστε επαλήθευση βάθους εισαγωγής κατά τη συντήρηση για να επαληθεύσετε τακτικά τη θέση του αισθητήρα. Χρησιμοποιήστε ενώσεις ασφάλισης με ονομαστική θερμοκρασία λειτουργίας για την προστασία της ακεραιότητας του συνδετήρα. Εάν έχετε μια απαιτητική εφαρμογή, δείτε τα ασύρματα θερμοστοιχεία που εξαλείφουν πλήρως τις επιπτώσεις της ανάπτυξης καλωδίων.