Mikä on tiukan mutkan vaikutus sisäiseen vastusjohtoon ja sen sähköiseen suorituskykyyn?

PTFE-suojus saattaa näyttää hyvältä ulkopuolelta, mutta jos sisällä oleva vastuslanka oli ylikuormitettu taivutettaessa, sisälle kehittyy kuuma kohta. Mutka on usein varhaisen palamisen paikka, ja perussyynä on usein langan mekaaniset vauriot, joita ei voida havaita millään ulkopuolisella tarkastuksella. Tiukan mutkan sisäisen vastuslangan vaikutuksen ymmärtäminen PTFE-lämmittimen toiminnan on olennaista jokaiselle, joka määrittelee tai asentaa muotoiltuja uppolämmittimiä vaativiin teollisiin toimintoihin.

Sisäisen vastuslangan reaktio taipumiseen
Jokaisen PTFE - uppolämmittimen sisällä on metallivastuslanka . Yleensä käytetty metalliseos on NiCr (nikkelikromi) metalliseos (Nichrome). Lanka on lämmittimen toimiva sydän; kun sähkövirta kulkee sen läpi, tapahtuu resistiivinen kuumennus. Useimmissa malleissa lanka on kierretty täydelliseksi kierteiseksi kelaksi tai asetettu suoraksi, homogeeniseksi säikeeksi koko PTFE-vaipan pituudelle.

Sitten lämmitin taivutetaan tiettyyn muotoon. Vastuslanka taivutetaan sitten samassa käyrässä. Langan mekaaninen vaste on asennon funktio suhteessa taivutukseen:

Taivutuksen ulkopuolella - Lanka on jännitetty. Jos taivutussäde on riittävän suuri, lanka venyy elastisesti ja palautuu alkuperäiseen pituuteensa, kun taivutusvoima vapautetaan. Mutta jos mutka on liian terävä, lanka ylittää kimmorajan ja saa pysyvän plastisen vääristymän, joka tekee siitä paikallisesti ohuemman.

Lanka on puristusjännityksen alaisena mutkan sisällä. Jos taivutat sitä jyrkästi, langan sisäympyrä puristuu ja lanka lommahtaa/kiertyy/kimppuu. Kierukkamaisessa lankarakenteessa peräkkäiset kierrokset voivat koskettaa toisiaan tai tulla epätasaisesti toisistaan.

Sähköiset vaikutukset: Hot Spot ja venytetty lanka
Eri tyyppiset sähköhäiriöt johtuvat PTFE-lämmittimen vastuslangan tiukoista mutkista, mikä heikentää suorituskykyä ja lyhentää käyttöikää.

Paikallinen vastuksen kasvu
Kun lankaa venytetään ja taivutetaan ulospäin, vastuslanka ohuenee ja poikki{0}}pinta-ala pienenee. Sähkövastus on kääntäen verrannollinen poikki-pinta-alaan, joten ohuemmalla osalla on suurempi resistanssi pituusyksikköä kohti. Paikallinen resistanssin kasvu tarkoittaa, että samalla koko lämmittimen läpi kulkevalla virralla taivutettu kappale tuottaa suhteettoman paljon enemmän lämpöä (teho=I2R). Tämä muodostaa kuuman pisteen, pienen osan lämmittimestä, jossa lämpötila on paljon korkeampi kuin muun lämmittimen.

Kuumien pisteiden vaikutukset
Hot spot on vastuussa useista vikamekanismeista:

Vastuslangan hapettuminen - Mitä nopeampi NiCr-seoksen hapettuminen, sitä korkeampi lämpötila on. Hapetus lisää vastusta entisestään luoden positiivisen takaisinkytkentäsilmukan, joka johtaa lopulta sulamiseen-tai avoimeen piiriin.

Ympäröivän PTFE-vaipan hajoaminen - PTFE:tä voidaan käyttää jatkuvasti 110 asteen kulmassa, vaikka kuuma paikka voi paikallisesti olla yli 200 astetta tai enemmän. Näissä lämpötiloissa PTFE alkaa huonontua, menettää dielektristä lujuutta ja mahdollisesti vapauttaa syövyttäviä sivutuotteita. Ylikuormitetussa mutkassa vaippa voi pehmentyä, muotoutua tai halkeilla.

Väsymisen{0}}aiheuttaman langan käyttöiän lyheneminen
Kun plastinen muodonmuutos ei katkaise venytettyä lankaa edes taivutettaessa, syntyy jännityskeskittymiä. Lanka turpoaa ja supistuu toistuvan lämpösyklin jälkeen (lämpenee käyttölämpötilaan ja jäähdytä takaisin ympäristön lämpötilaan). Jännityksellä oleva mutkan alue altistuu sykliselle mekaaniselle rasitukselle, mikä aiheuttaa väsymisvaurion. Johto, joka olisi voinut kestää vuosia suorassa mallissa, voi rikkoutua kuukausissa tiukassa mutkassa.

Kimppuun ja käänteiden välisen kosketuksen ongelma
Kiertetyissä lankalämmityselementeissä käyrän sisäpuolella oleva tiukka mutka saattaa puristaa käämin, jolloin viereiset käännökset koskettavat. Jos käännökset koskettavat, sähkövirta voi hypätä aiotun kierteen yli, mikä vähentää johtimen aktiivista pituutta kyseisellä alueella. Tämä vähentää paikallista vastusta (venytettyä-lankavaikutusta vastaan) – mutta aiheuttaa toisen vaikeuden – virran ruuhkautumisen ja epätasaisen lämmönjakauman. Kosketuspiste voi kaarella tai kuumeta paikallisesti muodostaen jälleen kuuman pisteen.

Todellisuudessa lämmittimen liittimien sähkövastusmittaukset saattoivat näyttää aluksi normaaleja arvoja. Yleismittarissa koko langan resistanssi on määritysten sisällä, joten pientä kuumapistettä ei voida havaita. Monissa tapauksissa vika tapahtuu käyttöjakson, joskus satojen tuntien, joskus vain muutaman päivän, jälkeen, kun kuuma piste lopulta sulaa johdon läpi tai vahingoittunut PTFE mahdollistaa oikosulun maahan.

Sisäisen johdon eheys taivutustestauksen jälkeen
PTFE-vaippa ei ole läpinäkyvä, joten sisäjohtoa ei voida tarkastaa silmämääräisesti. Laatutietoiset-valmistajat käyttävät röntgentarkastusta analysoidakseen johtimien asettelua valmiissa taivutetussa lämmittimessä. Röntgenkuva- paljastaa:

Tasainen käämien kierrosväli (ei nippua tai erottelua)

Ei taitoksia, vakavia mutkia tai langan ohenemista

Johdon asennon toistettavuus suhteessa vaipan keskiviivaan

Hyvin muotoiltu taivutus säilytti langan alkuperäisen geometrian lämmitetyn karan taivutuksen ja taivutuksen jälkeisen-hehkutuksen avulla. Taivutuksen ulkopuolella oleva lanka ei ole jännittynyt kimmorajan yli eikä sisäpuolen lanka taipu. Johdinväli on tasainen, mikä auttaa edistämään tasaista lämpöä lämmittimen koko pituudella.

Kuinka lämpöpyöräily pahentaa pieniä taivutusvaurioita
Hieman ylikiristetty lämmitin voi kestää alkuvirran{0}}ja jopa useiden päivien jatkuvan käytön. Lämpökierto (lämmitys ja jäähdytys) kuitenkin lisää vahinkoa kahdella tavalla:

Differentiaalilaajeneminen - Langalla ja PTFE-vaipalla on erilliset lämpölaajenemiskertoimet. Jokainen sykli synnyttää leikkausjännityksiä langan-vaipan koskettimeen, joka on lokalisoitu siihen mutkaan, jossa lanka on jo jännitetty.

Progressiivinen hapettuminen - Kun jokainen kuuma piste saavuttaa korkean lämpötilan, langalle muodostuu pieni oksidipinnoite. Tämä oksidikerros on vähemmän johtava ja hauraampi. Lopulta lanka tulee niin ohueksi ja hapettuneeksi, että se katkeaa.

Olemme havainneet kenttäkokemuksesta, että jos taivutat lämmittimen alle 5-6 kertaa OD-säteeseen, se tyypillisesti epäonnistuu 3-12 kuukaudessa normaaleissa sykliolosuhteissa, kun taas identtinen lämmitin riittävin taivutuksin kestää 5 vuotta tai enemmän.

Johtopäätös: Sähköinen luotettavuus on mekaanista tarkkuus
Pitkäaikainen sähköinen luotettavuus perustuu sisäisen vastuslangan suojaamiseen ylikuormitukselta taivutuksen aikana. Tiukka mutka vääntää tai kastelee lankaa aiheuttaen paikallisia kuumia kohtia, jotka edistävät hapettumista, vahingoittavat PTFE-vaippaa ja johtavat ennenaikaiseen loppuunpalamiseen. Ensimmäiset sähkötestit voidaan läpäistä, mutta piilovauriot näkyvät aina käytössä.

Tämä ymmärrys johtaa yleisempään johtopäätökseen, että lämmittimen laatu on yhdistelmä mekaanista tarkkuutta ja sähköistä suorituskykyä. Taivutus-lämmitetty tuurnan taivutus, jälki-taivutushehkutus ja röntgenvarmennus- ovat stressivapaita- ja niissä käytetään samoja tuotantomenetelmiä, jotka säilyttävät sisäisen vastuslangan eheyden. Minimaalisen taivutussäteen määrittäminen ei riitä suojaamaan lankaa, estämään kuumia kohtia ja tarjoamaan teollisten sovellusten edellyttämää pitkää käyttöikää.