Hvad er virkningen af ​​en stram bøjning på den indre modstandsledning og dens elektriske ydeevne?

PTFE-kappen kan se OK ud på ydersiden, men hvis modstandstråden indeni blev overbelastet, da den blev bøjet, udvikler der sig et hot spot indeni. Bøjningen er et hyppigt sted for tidlig udbrændthed, og den grundlæggende årsag er ofte mekaniske skader på ledningen, skader, der ikke kan opdages ved udvendig inspektion. Forståelse af virkningen af ​​en tæt bøjet intern modstandstråds funktion af PTFE-varmelegeme er grundlæggende for enhver, der specificerer eller installerer formede dyppevarmere i krævende industrielle operationer.

Reaktion af intern modstandstråd på bøjning
Inde i hver PTFE el-varmelegeme er der en metalmodstandstråd. Normalt er den anvendte legering en NiCr (nikkel chrom) legering (Nichrom). Tråden er varmelegemets arbejdende hjerte; når en elektrisk strøm løber gennem den, opstår der resistiv opvarmning. I de fleste designs er tråden snoet til en perfekt spiralformet spole eller lagt som en lige, homogen tråd i hele PTFE-kappens længde.

Derefter bøjes varmeren i en bestemt form. Modstandstråden bøjes derefter i samme kurve. Trådens mekaniske respons er en funktion af positionen i forhold til bøjningen:

På ydersiden af ​​bøjningen - Tråden sættes under spænding. Hvis bøjningsradius er stor nok, strækkes wiren elastisk og vender tilbage til sin oprindelige længde, når bøjningskraften udløses. Men hvis bøjningen er for skarp, går wiren over sin elastiske grænse og får en permanent plastisk forvrængning, der gør den lokalt tyndere.

Tråden er under kompressionsspænding inde i bøjningen. Hvis du bøjer den skarpt, vil den inderste cirkel af wiren blive komprimeret, og wiren vil spænde/knikke/bund. I et spiralformet wiredesign kan på hinanden følgende drejninger røre hinanden eller blive ujævnt fordelt.

De elektriske konsekvenser: Hot Spot og strakt ledning
Elektriske fejl af forskellige typer opstår som følge af de snævre bøjninger i modstandstråden i en PTFE-varmer, hvilket fører til reduceret ydeevne og en kortere levetid.

Lokaliseret modstandsstigning
Når tråden strækkes ud og bøjes udad, bliver modstandstråden tyndere, og tværsnitsarealet mindskes. Den elektriske modstand er omvendt proportional med tværsnitsarealet, således at en tyndere sektion har en større modstand pr. længdeenhed. Den lokale stigning i modstand betyder, at for den samme strøm, der løber gennem hele varmeren, producerer det bøjede stykke en uforholdsmæssigt større mængde varme (effekt=I2R). Dette danner et hot spot, en lillebitte del af varmelegemet, hvor temperaturen er meget højere end resten af ​​varmelegemet.

Implikationer af hot spots
Et hot spot er ansvarlig for en række fejlmekanismer:

Oxidation af modstandstråd - Jo hurtigere oxidation af NiCr-legeringen, jo højere er temperaturen. Oxidation øger modstanden yderligere, hvilket skaber en positiv feedback-loop, der i sidste ende vil føre til en gennemsmeltning- eller et åbent kredsløb.

Nedbrydning af den omgivende PTFE-kappe - PTFE kan betjenes kontinuerligt ved 110 grader, selvom en varm plaster lokalt kan være over 200 grader eller mere. Ved disse temperaturer begynder PTFE at forringes, miste dielektrisk styrke og måske udsende ætsende biprodukter. Ved den overbelastede bøjning kan kappen blødgøres, deformeres eller revne.

Træthed-induceret ledningslevetid
Når den plastiske deformation ikke bryder den strakte tråd, selv under bøjning, opstår der spændingskoncentrationer. Tråden svulmer og trækker sig sammen efter gentagne termiske cyklusser (varm op til driftstemperatur og afkøl tilbage til omgivelserne). Området af bøjningen under spænding er udsat for cyklisk mekanisk belastning, hvilket forårsager udmattelsessvigt. En ledning, der kunne have overlevet i årevis i et lige design, kan svigte i måneder ved en snæver bøjning.

Problemet med sammenklumpning og kontakt mellem sving
I varmeelementer med spiraltråd kan den snævre bøjning på indersiden af ​​kurven komprimere spolen, hvilket får tilstødende vindinger i kontakt. Hvis drejningerne rører hinanden, kan den elektriske strøm hoppe over den tilsigtede helix og dermed mindske den aktive længde af ledningen i det område. Dette mindsker den lokale modstand (mod den strakte-trådeffekt) – men forårsager en anden vanskelighed – strømoverbelastning og ulige varmefordeling. Kontaktpunktet kan bue eller opvarme lokalt og igen danne et hot spot.

I virkeligheden kunne de elektriske modstandsmålinger ved varmeapparatets terminaler indikere normale værdier i starten. I et multimeter er hele ledningens modstand inden for specifikationerne, så et lille hot spot kan ikke detekteres. I mange tilfælde sker fejlen efter en driftsperiode, nogle gange hundreder af timer, nogle gange kun et par dage, når hot spot i sidste ende smelter gennem ledningen, eller den kompromitterede PTFE tillader en kortslutning til jord.

Intern ledningsintegritet efter bøjningstest
PTFE-kappen er ikke gennemsigtig, derfor kan den indvendige ledning ikke inspiceres visuelt. Kvalitetsbevidste-producenter anvender røntgeninspektion til at analysere ledningslayoutet i en færdig bøjet varmelegeme. Et røntgenbillede afslører:

Jævn afstand mellem spolevindinger (ingen sammenklumpning eller adskillelse)

Ingen knæk, kraftige bøjninger eller udtynding af ledningen

Repeterbarhed af trådposition i forhold til kappens midterlinje

En velformet bøjning bibeholdt den oprindelige trådgeometri via opvarmet dornbøjning og post-bøjningsudglødning. Wiren på ydersiden af ​​bøjningen belastes ikke ud over elastikgrænsen, og wiren på indersiden spænder ikke. Trådafstanden er ensartet, hvilket hjælper med at fremme jævn varme på tværs af varmelegemet.

Hvordan termisk cykling gør små bøjningsskader værre
En let overspændt varmelegeme, der er bøjet, kan modstå den første opstart-og endda flere dages kontinuerlig drift. Termisk cykling (opvarmning og afkøling) øger dog skaden på to måder:

Differentialudvidelse - Tråden og PTFE-kappen har distinkte termiske ekspansionskoefficienter. Hver cyklus genererer forskydningsspændinger ved trådens-kappekontakt, lokaliseret ved bøjningen, hvor tråden allerede er belastet.

Progressiv oxidation - Da hvert hot spot opnår en høj temperatur, dannes der en lille belægning af oxid på ledningen. Dette oxidlag er mindre ledende og mere skørt. Til sidst bliver tråden så tynd og oxideret, at den knækker op.

Vi har fundet ud af erfaring fra marken, at hvis du bøjer et varmelegeme til mindre end 5 til 6 gange OD-radius, vil det typisk svigte på 3 til 12 måneder under normale cyklusforhold, hvorimod et identisk varmelegeme med tilstrækkelige bøjninger vil holde i 5 eller flere år.

Konklusion: Elektrisk pålidelighed er mekanisk nøjagtighed
Den langsigtede elektriske pålidelighed er baseret på at beskytte den indre modstandsledning mod overbelastning under bøjning. En snæver bøjning vil vride eller samle tråden, hvilket forårsager lokale varme pletter, der fremmer oxidation, beskadiger PTFE-kappen og fører til for tidlig udbrændthed. Indledende elektriske test kan blive bestået, men den skjulte skade viser sig uvægerligt under brug.

Denne forståelse fører til en mere generel konklusion, at kvaliteten af ​​varmeren er en kombination af mekanisk nøjagtighed og elektrisk ydeevne. Bøjning-opvarmet dornbøjning, efter--bøjningsglødning og røntgenbekræftelse er spændingsfri- og bruger de samme produktionsprocedurer, som bevarer integriteten af ​​den interne modstandstråd. Angivelse af en minimal bøjningsradius er ikke tilstrækkelig til at beskytte ledningen, forhindre hot spots og give den lange levetid, som industrielle applikationer kræver.