การเลือกวัสดุสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบตลับ 80 องศา-สิ่งที่ใช้งานได้จริง
เมื่อเครื่องทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์ทำงานล้มเหลวที่ -80 องศา สาเหตุภายนอกแทบจะไม่สามารถเห็นได้ชัดเจน ฝักอาจดูไม่บุบสลาย สายไฟอาจมีเสียง แต่ภายใน คุณสมบัติของวัสดุที่ทำให้เครื่องทำความร้อนทำงานได้ที่อุณหภูมิห้องมีการเปลี่ยนแปลงไปโดยสิ้นเชิง
ปัญหาพื้นฐานคือการหดตัวจากความร้อน ตั้งแต่อุณหภูมิห้องไปจนถึงอุณหภูมิเยือกแข็ง เหล็กกล้าไร้สนิมหดตัวประมาณ 0.3% ในขณะที่โลหะผสม Inconel หดตัวประมาณ 0.2% ความแตกต่างของอัตราการหดตัวระหว่างเปลือก ฉนวน และลวดต้านทานทำให้เกิดแรงกดดันภายในซึ่งโครงสร้างมาตรฐานไม่สามารถรับมือได้ ผลลัพธ์ที่ได้คือรอยแตกขนาดเล็ก-ในฉนวน ช่องว่างที่ส่วนต่อประสาน และท้ายที่สุดคือไฟฟ้าขัดข้อง
การเลือกวัสดุของเปลือกหุ้มถือเป็นจุดตัดสินใจที่สำคัญ เหล็กกล้าไร้สนิม 304 ทำหน้าที่เพียงพอสำหรับการทำความร้อนในอุตสาหกรรมทั่วไป แต่จะเปราะที่อุณหภูมิเย็นจัด ทำให้เปราะบางต่อการแตกหักจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือความเครียดทางกล เกรดออสเทนนิติก 321 และ 316 ให้ความเหนียวที่ดีกว่าเนื่องจากโครงสร้างจุลภาคยังคงมีเสถียรภาพ สำหรับการใช้งานที่มีความต้องการมากที่สุด Inconel 600 หรือโลหะผสมนิกเกิล-โครเมียมเฉพาะทางแสดงให้เห็นความต้านทานที่เหนือกว่าต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันเมื่อหมุนเวียนระหว่าง -80 องศา และอุณหภูมิในการทำงานสูงถึงหลายร้อยองศาเหนือศูนย์ โลหะผสมเหล่านี้รักษาความสมบูรณ์ทางกลตลอดสเปกตรัมอุณหภูมิทั้งหมด
ฉนวนแมกนีเซียมออกไซด์ที่บรรจุอยู่ภายในหน่วยทั่วไปผ่านการเปลี่ยนแปลงผลึกเล็กน้อยที่อุณหภูมิแช่แข็ง เทคนิคการบดอัดความหนาแน่นสูง-ซึ่งมีความหนาแน่นเกิน 3.2 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร กลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้าง ผู้ผลิตระดับพรีเมียมใช้วิธีการก่อสร้างแบบ swaged ซึ่งบีบอัดผงแมกนีเซียมออกไซด์ให้มีความหนาแน่นสูงสุด เพื่อขจัดช่องว่างที่อาจเกิดการควบแน่น ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการถ่ายเทความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพแม้ว่าอุณหภูมิภายนอกจะพยายามดึงความร้อนลงก็ตาม
ตัวลวดต้านทาน-โดยทั่วไปแล้วจะเป็นโลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม เช่น NiCr 80/20- จะต้องแสดงคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เสถียรตลอดช่วงอุณหภูมิเต็ม ที่ -80 องศา โลหะผสมนิกเกิล-โครเมียมอาจมีความต้านทานน้อยกว่าที่อุณหภูมิแวดล้อม 10–15% เครื่องทำความร้อนที่ดึงกระแสไฟ 10A ที่ 20 องศาอาจดึงกระแสไฟ 11-12A เมื่อสตาร์ทครั้งแรกในสภาวะการแช่แข็ง พฤติกรรมการสตาร์ทขณะเครื่องเย็นนี้จะต้องคำนึงถึงในการออกแบบระบบจ่ายไฟและระบบควบคุม
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนกลายเป็นข้อพิจารณาในการออกแบบเบื้องต้น ความไม่ตรงกันระหว่างปลอกเครื่องทำความร้อนและงานโลหะโดยรอบทำให้เกิดแรงกดทับระหว่างระยะคูลดาวน์ ส่วนประกอบภายในใช้โลหะผสมที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่ตรงกัน เพื่อป้องกันการแตกร้าวภายในเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ข้อมูลจำเพาะของวัสดุเหล่านี้ทำให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้น แต่จะลดความถี่ในการเปลี่ยน
การสิ้นสุดทางไฟฟ้าต้องการการดูแลเป็นพิเศษในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิเยือกแข็ง การเชื่อมต่อแบบย้ำมาตรฐานจะหดตัวในอัตราที่แตกต่างจากสายทำความร้อน ทำให้เกิดจุดเชื่อมต่อที่มีความต้านทานสูง-ซึ่งสร้างความร้อนเฉพาะที่ การเชื่อมต่อแบบบัดกรีหรือแบบประสานเงิน- ปิดผนึกด้วยสารประกอบอีพอกซีที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับการต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ช่วยรักษาความสมบูรณ์ของการนำไฟฟ้าตลอดสเปกตรัมอุณหภูมิ กล่องขั้วต่อมาตรฐานและซีลอีพอกซีแตกหักภายในสองสามรอบอุณหภูมิแรกๆ ความชื้นรั่วซึม และสร้างความเสี่ยงทางไฟฟ้า โซลูชันที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมได้รับการทดสอบสำหรับบริการไครโอเจนิกส์-ซีลการบีบอัดแบบพิเศษ การป้อนผ่านแบบสุญญากาศ และ-ฮาร์ดแวร์การเชื่อมต่อระดับไครโอเจนิค-ช่วยแก้ไขปัญหาเหล่านี้
การเลือกใช้วัสดุสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์สำหรับการบริการที่อุณหภูมิ -80 องศาไม่ได้เกี่ยวกับการเลือกตัวเลือกที่แพงที่สุด เป็นเรื่องเกี่ยวกับการจับคู่คุณสมบัติของวัสดุให้ตรงกับความต้องการด้านความร้อนจำเพาะของการใช้งาน เครื่องทำความร้อนแบบหลอดทำความร้อนไฟฟ้าแบบหัวเดียวสำหรับเครื่องทำแห้งแช่แข็งในห้องปฏิบัติการมีข้อกำหนดที่แตกต่างจากข้อกำหนดสำหรับห้องเย็นด้านเภสัชกรรม และข้อกำหนดเหล่านั้นแตกต่างจากอุปกรณ์ทดสอบการบินและอวกาศอีกครั้ง การทำความเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการระบุเครื่องทำความร้อนที่จะทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือตลอดอายุการใช้งานที่ตั้งใจไว้
