Kakav je utjecaj čvrstog savijanja na žicu unutarnjeg otpora i njezinu električnu izvedbu?

PTFE plašt može izgledati dobro izvana, ali ako je otporna žica unutar bila prenapregnuta prilikom savijanja, unutra se razvija vruća točka. Savijanje je često mjesto ranog pregorjevanja, a osnovni razlog često je mehaničko oštećenje žice, oštećenje koje se ne može otkriti nikakvim vanjskim pregledom. Razumijevanje učinka rada PTFE grijača s unutarnjom otpornom žicom čvrstog savijanja ključno je za svakoga tko specificira ili instalira oblikovane uronjive grijače u zahtjevnim industrijskim operacijama.

Odziv žice unutarnjeg otpora na savijanje
Unutar svakog PTFE uronjivog grijača nalazi se metalna otporna žica. Obično je korištena legura NiCr (nikal krom) legura (nikrom). Žica je radno srce grijača; kada kroz njega teče električna struja, dolazi do otpornog zagrijavanja. U većini dizajna žica je upletena u savršenu spiralnu zavojnicu ili je položena kao ravna, homogena nit duž cijele duljine PTFE plašta.

Zatim se grijač savije u određeni oblik. Otporna žica se tada savija u istoj krivulji. Mehanički odziv žice je funkcija položaja u odnosu na zavoj:

S vanjske strane zavoja - Žica je zategnuta. Ako je radijus savijanja dovoljno velik, žica je elastično istegnuta i vratit će se na svoju izvornu duljinu kada sila savijanja prestane. Ali ako je zavoj preoštar, žica prelazi svoju granicu elastičnosti i dobiva trajnu plastičnu distorziju koja je čini lokalno tanjom.

Žica je pod pritiskom unutar savijanja. Ako je oštro savijete, unutarnji krug žice će se stisnuti i žica će se savijati/savijati/skupiti. U dizajnu spiralne žice, uzastopni zavoji mogu se dodirivati ​​ili postati neravnomjerno raspoređeni.

Električne implikacije: vruća točka i rastegnuta žica
Električni kvarovi raznih vrsta proizlaze iz uskih zavoja u otpornoj žici PTFE grijača, što dovodi do smanjene učinkovitosti i kraćeg vijeka trajanja.

Lokalizirano povećanje otpora
Kada se žica rasteže i savija prema van, otporna žica postaje tanja, a površina poprečnog-presjeka se smanjuje. Električni otpor obrnuto je proporcionalan površini poprečnog-presjeka tako da tanji presjek ima veći otpor po jedinici duljine. To lokalno povećanje otpora znači da za istu struju koja teče kroz cijeli grijač savijeni komad proizvodi nesrazmjerno veću količinu topline (snaga=I2R). To čini vruću točku, maleni dio grijača gdje je temperatura mnogo viša od ostatka grijača.

Implikacije vrućih točaka
Hot spot je odgovoran za brojne mehanizme kvara:

Oksidacija otporne žice - Što je brža oksidacija NiCr legure što je viša temperatura. Oksidacija još više povećava otpor, stvarajući pozitivnu povratnu spregu koja će na kraju dovesti do taljenja ili prekida kruga.

Degradacija okolnog PTFE omotača - PTFE može neprekidno raditi na 110 stupnjeva, iako vruća mrlja može lokalno biti iznad 200 stupnjeva ili više. Na tim temperaturama, PTFE počinje propadati, gubi dielektričnu čvrstoću i možda emitira korozivne nusprodukte. Kod prenapregnutog savijanja plašt može omekšati, deformirati se ili puknuti.

Skraćivanje vijeka trajanja-žice uzrokovano umorom
Kada plastična deformacija ne lomi istegnutu žicu čak ni pri savijanju, nastaju koncentracije naprezanja. Žica bubri i skuplja se nakon ponovljenog toplinskog ciklusa (zagrijati na radnu temperaturu i ponovno ohladiti na sobnu). Područje zavoja pod napetosti podvrgnuto je cikličkom mehaničkom naprezanju, što uzrokuje lom uslijed zamora. Žica koja je mogla preživjeti godinama u ravnom dizajnu može otkazati za nekoliko mjeseci pri jakom savijanju.

Problem skupljanja i kontakta između zavoja
Kod namotanih žičanih grijaćih elemenata, uski zavoj na unutarnjoj strani krivulje može stisnuti zavojnicu uzrokujući kontakt susjednih zavoja. Ako se zavoji dodiruju, električna struja može preskočiti željenu spiralu, čime se smanjuje aktivna duljina žice u tom području. To smanjuje lokalni otpor (protiv efekta rastegnute-žice) – ali uzrokuje drugu poteškoću – zagušenje struje i nejednaku raspodjelu topline. Kontaktna točka može zalučiti ili se lokalno zagrijati, ponovno stvarajući vruću točku.

U stvarnosti, mjerenja električnog otpora na stezaljkama grijača mogu isprva pokazati normalne vrijednosti. U multimetru, otpor cijele žice unutar je specifikacije, pa se mala vruća točka ne može otkriti. U mnogim slučajevima, kvar se događa nakon razdoblja rada, ponekad stotine sati, ponekad samo nekoliko dana, kada se vruća točka konačno rastopi kroz žicu ili ugroženi PTFE dopušta kratki spoj na masu.

Integritet unutarnje žice nakon ispitivanja savijanjem
PTFE plašt nije proziran stoga se unutarnja žica ne može vizualno pregledati. Proizvođači-svjesni kvalitete koriste pregled rendgenskim{-zrakama za analizu rasporeda žice unutar gotovog savijenog grijača. Rendgen-slika otkriva:

Ravnomjerni razmak zavoja zavojnice (bez gomilanja ili odvajanja)

Bez pregiba, ozbiljnih savijanja ili stanjivanja žice

Ponovljivost položaja žice u odnosu na središnju liniju plašta

Dobro oblikovano savijanje zadržalo je izvornu geometriju žice putem grijanog savijanja trna i žarenja nakon-savijanja. Žica s vanjske strane zavoja nije opterećena preko granice elastičnosti, a žica s unutarnje strane se ne savija. Razmak žica je ujednačen što pomaže u promicanju ravnomjerne topline po cijeloj duljini grijača.

Kako toplinski ciklusi pogoršavaju mala oštećenja od savijanja
Lagano previše zategnut grijač savijen može izdržati početno-uključivanje, pa čak i nekoliko dana neprekidnog rada. Međutim, termalni ciklus (grijanje i hlađenje) povećava štetu na dva načina:

Diferencijalno širenje - Žica i PTFE omotač imaju različite koeficijente toplinskog širenja. Svaki ciklus generira posmična naprezanja na kontaktu s-plaštom žice, lokalizirana na zavoju gdje je žica već opterećena.

Progresivna oksidacija - Kako svaka vruća točka postiže visoku temperaturu, na žici se stvara mali sloj oksida. Ovaj oksidni sloj je manje vodljiv i lomljiviji. Na kraju žica postane toliko tanka i oksidirana da pukne.

Iz iskustva na terenu otkrili smo da ako savijete grijač na radijus manji od 5 do 6 puta OD, on će obično otkazati za 3 do 12 mjeseci u normalnim uvjetima ciklusa, dok će identičan grijač s odgovarajućim zavojima trajati 5 ili više godina.

Zaključak: električna pouzdanost je mehanička točnost
Dugoročna električna pouzdanost temelji se na zaštiti unutarnje otporne žice od prenaprezanja tijekom savijanja. Čvrsto savijanje će uvrnuti ili skupiti žicu uzrokujući lokalizirane vruće mrlje koje potiču oksidaciju, oštećuju PTFE omotač i dovode do preranog sagorijevanja. Početni električni testovi mogu biti uspješni, ali skrivena oštećenja uvijek se pokažu u servisu.

Ovo razumijevanje dovodi do općenitijeg zaključka da je kvaliteta grijača kombinacija mehaničke točnosti i električnih performansi. Savijanje-grijane igle za savijanje, naknadno-žarenje savijanja i provjera rendgenskim-zrakama su-bez naprezanja i koriste iste proizvodne postupke koji čuvaju integritet unutarnje otporne žice. Određivanje minimalnog radijusa savijanja nije dovoljno za zaštitu žice, sprječavanje vrućih točaka i pružanje dugog vijeka trajanja koji zahtijevaju industrijske primjene.