تأثیر یک خم محکم بر سیم مقاومت داخلی و عملکرد الکتریکی آن چیست؟

غلاف PTFE ممکن است از بیرون خوب به نظر برسد، اما اگر سیم مقاومتی درون هنگام خم شدن بیش از حد تحت فشار باشد، یک نقطه داغ در داخل ایجاد می شود. خم شدن محل مکرر فرسودگی زودرس است و دلیل اصلی آن اغلب آسیب مکانیکی به سیم است، آسیبی که با هر مقدار بازرسی بیرونی قابل تشخیص نیست. درک اثر عملکرد بخاری PTFE سیم مقاومت داخلی خمش محکم برای هر کسی که بخاری های غوطه وری شکل را در عملیات های صنعتی سخت نصب می کند، اساسی است.

پاسخ سیم مقاومت داخلی به خمش
داخل هر بخاری غوطه وری PTFE یک سیم مقاومت فلزی وجود دارد. معمولاً آلیاژ مورد استفاده یک آلیاژ نیکل کروم (نیکل کروم) (نیکروم) است. سیم قلب کار بخاری است. هنگامی که جریان الکتریکی از آن عبور می کند، گرمایش مقاومتی رخ می دهد. در اکثر طرح ها، سیم به شکل یک سیم پیچ مارپیچ کامل پیچیده می شود یا به عنوان یک رشته مستقیم و همگن در طول غلاف PTFE قرار می گیرد.

سپس بخاری به شکل خاصی خم می شود. سپس سیم مقاومت در همان منحنی خم می شود. پاسخ مکانیکی سیم تابعی از موقعیت نسبت به خم است:

در قسمت بیرونی خم - سیم تحت کشش قرار می گیرد. اگر شعاع خمش به اندازه کافی بزرگ باشد، سیم به صورت کشسانی کشیده می شود و با آزاد شدن نیروی خمشی به طول اولیه خود باز می گردد. اما اگر خمش خیلی تیز باشد، سیم از حد الاستیک خود فراتر می رود و اعوجاج پلاستیکی دائمی پیدا می کند که آن را به صورت موضعی نازک تر می کند.

سیم در داخل خم تحت تنش فشاری قرار دارد. اگر آن را به شدت خم کنید، دایره داخلی سیم فشرده می شود و سیم کمانش / پیچ خوردگی / دسته می شود. در طراحی سیم مارپیچ، چرخش های متوالی ممکن است با یکدیگر تماس داشته باشند یا به طور ناموزون فاصله بگیرند.

پیامدهای الکتریکی: نقطه داغ و سیم کشیده
خرابی های الکتریکی در انواع مختلف از خم های محکم در سیم مقاومتی بخاری PTFE ناشی می شود که منجر به کاهش عملکرد و عمر مفید کمتر می شود.

افزایش مقاومت موضعی
وقتی سیم کشیده می شود و به سمت خارج خم می شود، سیم مقاومت نازک تر می شود و سطح مقطع{0}}کاهش می یابد. مقاومت الکتریکی با سطح مقطع نسبت معکوس دارد، به طوری که یک بخش نازکتر مقاومت بیشتری در واحد طول دارد. این افزایش موضعی مقاومت به این معنی است که برای جریان یکسانی که از کل بخاری عبور می کند، قطعه خم شده مقدار نامتناسب بیشتری گرما تولید می کند (قدرت=I2R). این یک نقطه داغ تشکیل می دهد، قسمت کوچکی از بخاری که در آن دما بسیار بالاتر از بقیه بخاری است.

پیامدهای نقاط داغ
یک نقطه داغ مسئول تعدادی از مکانیسم های خرابی است:

اکسیداسیون سیم مقاومتی - هر چه آلیاژ NiCr سریعتر اکسید شود، دما بالاتر است. اکسیداسیون مقاومت را بیشتر افزایش می دهد و یک حلقه بازخورد مثبت ایجاد می کند که در نهایت منجر به مذاب-یا یک مدار باز می شود.

تخریب غلاف PTFE اطراف - PTFE را می توان به طور مداوم در 110 درجه کار کرد، اگرچه لکه داغ ممکن است به صورت محلی بالاتر از 200 درجه یا بیشتر باشد. در این دماها، PTFE شروع به خراب شدن می کند، استحکام دی الکتریک را از دست می دهد و احتمالاً محصولات جانبی خورنده منتشر می کند. در خم شدن بیش از حد فشار، غلاف ممکن است نرم شود، تغییر شکل دهد یا ترک بخورد.

خستگی باعث کاهش طول عمر سیم شد
هنگامی که تغییر شکل پلاستیک سیم کشیده شده را حتی در حین خم شدن نمی شکند، غلظت تنش ایجاد می شود. سیم پس از چرخه حرارتی مکرر متورم و منقبض می شود (گرم شدن تا دمای عملیاتی و خنک شدن مجدد به محیط). ناحیه خم تحت کشش تحت فشار مکانیکی چرخه ای قرار می گیرد که باعث شکست خستگی می شود. سیمی که می‌توانست سال‌ها در یک طرح مستقیم دوام بیاورد، ممکن است در چند ماه در یک خمیدگی محکم شکست بخورد.

مشکل دسته بندی و تماس بین پیچ ها
در المنت‌های گرمایش سیم پیچ‌دار، خمیدگی محکم در قسمت داخلی منحنی ممکن است سیم‌پیچ را فشرده کند و باعث تماس چرخش‌های مجاور شود. اگر پیچ ها لمس شوند، جریان الکتریکی می تواند از روی مارپیچ مورد نظر بپرد، بنابراین طول فعال سیم در آن ناحیه کاهش می یابد. این امر مقاومت موضعی را کاهش می دهد (در برابر اثر کشیده شده-سیم) - اما باعث ایجاد مشکل دیگری می شود - تراکم فعلی و توزیع نابرابر گرما. نقطه تماس ممکن است قوس شود یا به صورت موضعی گرم شود و دوباره یک نقطه داغ تشکیل دهد.

در واقع، اندازه‌گیری‌های مقاومت الکتریکی در پایانه‌های بخاری می‌تواند مقادیر نرمال را در ابتدا نشان دهد. در یک مولتی متر، مقاومت کل سیم در حد مشخصات است، بنابراین یک نقطه داغ کوچک قابل تشخیص نیست. در بسیاری از موارد، خرابی پس از یک دوره کار، گاهی صدها ساعت، گاهی تنها چند روز، زمانی که نقطه داغ در نهایت از طریق سیم ذوب می‌شود، یا PTFE آسیب‌دیده اجازه اتصال کوتاه به زمین را می‌دهد، رخ می‌دهد.

یکپارچگی سیم داخلی پس از تست خمش
غلاف PTFE شفاف نیست بنابراین سیم داخلی را نمی توان به صورت بصری بررسی کرد. سازندگان با کیفیت{1}}آگاه از بازرسی اشعه ایکس- برای تجزیه و تحلیل طرح سیم در یک بخاری خم شده استفاده می کنند. یک تصویر اشعه ایکس- نشان می‌دهد:

فاصله یکنواخت چرخش سیم پیچ (بدون دسته یا جداسازی)

بدون پیچ خوردگی، خمیدگی شدید یا نازک شدن سیم

تکرارپذیری موقعیت سیم نسبت به خط مرکزی غلاف

یک خم به خوبی شکل گرفته، هندسه سیم اصلی را از طریق خمش سنبه گرم و بازپخت خم{0} حفظ کرد. سیم در خارج از خم بیش از حد الاستیک تحت فشار قرار نمی گیرد و سیم در داخل خم نمی شود. فاصله سیم ها یکنواخت است که به افزایش یکنواخت گرما در طول بخاری کمک می کند.

چگونه چرخه حرارتی آسیب خمشی کوچک را بدتر می کند
خم شدن بخاری که کمی بیش از حد سفت شده است ممکن است در برابر برق اولیه-و حتی چندین روز کار مداوم مقاومت کند. با این حال، چرخه حرارتی (گرمایش و سرمایش) آسیب را از دو طریق افزایش می دهد:

انبساط دیفرانسیل - سیم و غلاف PTFE دارای ضرایب انبساط حرارتی متمایز هستند. هر چرخه تنش‌های برشی را در تماس سیم-در غلاف ایجاد می‌کند که در خمشی که سیم قبلاً تحت فشار قرار دارد، موضعی می‌گیرد.

اکسیداسیون پیشرونده - با رسیدن هر نقطه داغ به دمای بالا، پوشش کوچکی از اکسید روی سیم ایجاد می‌شود. این لایه اکسیدی رسانایی کمتر و شکننده تر است. در نهایت سیم آنقدر نازک و اکسید می شود که باز می شود.

ما از تجربیات میدانی دریافته‌ایم که اگر بخاری را به کمتر از 5 تا 6 برابر شعاع OD خم کنید، معمولاً در 3 تا 12 ماه در شرایط چرخه معمولی از کار می‌افتد، در حالی که یک بخاری مشابه با خمیدگی کافی 5 سال یا بیشتر دوام می‌آورد.

نتیجه گیری: قابلیت اطمینان الکتریکی دقت مکانیکی است
قابلیت اطمینان الکتریکی بلند مدت بر اساس محافظت از سیم مقاومت داخلی در برابر فشار بیش از حد در طول خمش است. یک خم محکم سیم را می پیچد یا دسته می کند و باعث ایجاد لکه های داغ موضعی می شود که باعث اکسیداسیون می شود، به غلاف PTFE آسیب می رساند و منجر به فرسودگی زودرس می شود. ممکن است تست های الکتریکی اولیه با موفقیت پشت سر گذاشته شود، اما آسیب پنهان همیشه خود را در سرویس نشان می دهد.

این درک منجر به یک نتیجه کلی تر می شود، که کیفیت بخاری ترکیبی از دقت مکانیکی و عملکرد الکتریکی است. خم شدن خم سنبه گرم، خم شدن-پست خمشی و تأیید اشعه ایکس-بدون تنش-هستند و از همان روش‌های تولید استفاده می‌کنند که یکپارچگی سیم مقاومت داخلی را حفظ می‌کند. تعیین حداقل شعاع خمیدگی برای محافظت از سیم، جلوگیری از نقاط داغ و ارائه عمر طولانی مورد نیاز کاربردهای صنعتی کافی نیست.