כיצד השפעות התרחבות תרמית משפיעות על דיוק הצמד התרמי?

התפשטות תרמית היא תופעה פיזיקלית בסיסית שיש לה השפעה רבה על דיוקם של צמדים תרמיים במערכות חמות. כאשר רכיבי התבנית מחוממים מטמפרטורת הסביבה לטמפרטורת העיבוד (בדרך כלל 200-400 מעלות), החומרים מתרחבים בקצבים משתנים, ומשנים את מיקומי הצמדים התרמיים ואת תנאי המגע. יש להבין את ההשפעות הללו כדי להיות מסוגלים לזהות טמפרטורה במדויק.

למידת הרחבה דיפרנציאלית

לחומרים השונים המשמשים בבניית רצים חמים יש מקדמי התפשטות תרמית שונים (CTE). מקדם ההתפשטות התרמית של פלדה הוא בסביבות 11-13 מיקרומטר/מ' מעלות. לחומרי נדן תרמיים (נירוסטה או Inconel) יש מקדמים דומים, למרות שהם אינם שווים. לבידוד תחמוצת המגנזיום בתוך הנדן יש תכונות התרחבות מובהקות. עם חימום המערכת, הרכיבים השונים יתרחבו בקצבים שונים, ויגרמו ללחץ מכני שישפיע על מיקום צומת המדידה ולחץ המגע.

השפעת הרכבה תרמי

הרחבה משפיעה על הרכבה עבור חיישנים שמותקנים עם אביזרי דחיסה או התקנים טעונים-קפיציים. כאשר פלדת התבנית מתרחבת, חור ההרכבה נע ביחס לקצה הצמד התרמי. אם מהלך הקפיץ אינו מספיק, החוד עלול לאבד מגע עם תחתית החור, מה שמאפשר להיווצר מרווח אוויר המבודד את החיישן וגורם לקריאות טמפרטורה נמוכות. עם זאת, התרחבות רבה מדי עלולה לרסק את הצמד התרמי כך שהחיבורים הפנימיים ייפגעו. יש צורך בעומס מקדים נכון של הקפיץ בטווח החזוי של התפשטות תרמית.

השפעה על מדידת מיקום הצומת

ההתפשטות התרמית משפיעה על מיקום חיבור המדידה ביחס למקור החום. אם הצמד התרמי נמצא בזרבובית מתרחבת צירית, קצה החיישן עשוי לזוז ביחס למקום המחמם. השינוי במיקום משנה את הטמפרטורה המתועדת, תנועה לכיוון המחמם מגבירה את הקריאה והתרחקות מקטין אותה. השפעה זו יכולה להיות ברורה במקרה של תנורי חימום קבועים וחרירים נעים.

השפעה על לחץ מגע והתנגדות תרמית

התפשטות תרמית גורמת לשינוי בלחץ המגע בין קצה הצמד התרמי לבין המשטח הנמדד. בהתאם לתכנון, ניתן לשפר את המגע התרמי (הגברת המגע התרמי) או לגרוע (המגע התרמי ירד) במהלך התרחבות הרכיבים. עבור חיישנים בחורים קדוחים, הרחבה עשויה להדק או לשחרר את ההתאמה. עם חיישנים עם טבעות מדידה, ההתרחבות משפיעה על לחץ ההידוק. לחץ מגע מגוון גורם להתנגדות תרמית מגוונת, וכתוצאה מכך לסחף ולחוסר יציבות מדידה.

תוכניות פיצויים

ישנן מספר דרכים למזער את ההשלכות של התפשטות תרמית. השתמש בצמדים תרמיים טעוני קפיצים עם תנועה מספקת (בדרך כלל 2-4 מ"מ) כדי להישאר במגע על פני כל טווח ההתרחבות. השתמש בחומרי תושבת CTE דומים. תכנן גיאומטריות הרכבה כדי לשמור על לחץ מגע מתמשך במהלך ההתרחבות. עבור יישומים חשובים, השתמש בחיישנים רבים במקומות שונים כדי לזהות תזוזות עקב הרחבה ולהחיל התאמת תוכנה.

יציבות לטווח ארוך-

הרכבה של צמד תרמי משתנה בהדרגה על ידי רכיבה תרמית חוזרת ונשנית לאורך זמן. כל מחזור עשוי לשנות במידת מה את מיקום החיישן או לפגוע באיכות המגע. מנגנוני קפיץ הזחילה מפחיתים את העומס הקדום לאורך זמן. בדיקות תחזוקה שוטפות של הישיבה של החיישנים ואיכות המגע מונעות סחיפה ארוכת טווח- עקב השפעות התרחבות.

הרחבה דיפרנציאלית של צמד תרמי וכבל חיבור

התרחבות תרמית משפיעה גם על חיבור הצמד התרמי עם הכבל המאריך שלו. במהלך הייצור אזור המחבר נתון לשינויי טמפרטורה שעלולים לגרום להתרחבות והתכווצות שעלולים להוביל להתרופפות החיבורים. מחברים עם מנגנוני נעילה חיוביים ועיצובים עם פיצוי על טמפרטורה משמשים להגברת האמינות. תנועת כבל עקב התרחבות מותרת עם לולאות לשחרור מתיחה.

המלצות מעשיות לצמצום השפעות ההתרחבות

התקן תמיד צמדים תרמיים בטמפרטורת החדר, המאפשרים התרחבות. מדוד אורך דחוס בטמפרטורת הפעלה כדי לראות את נסיעת הדחיסה במהלך ריצות בדיקה. בצע אימות עומק ההחדרה במהלך תחזוקה כדי לוודא באופן שגרתי את מיקום החיישן. השתמש בתרכובות נעילה המדורגות לטמפרטורת הפעלה כדי להגן על שלמות המחבר. אם יש לך יישום תובעני, ראה צמדים תרמיים אלחוטיים שמבטלים לחלוטין את ההשפעות של צמיחת כבלים.