عیب یابی خرابی ترموکوپل در دماهای بالا

با خراب شدن حسگر دما آن را تعویض می‌کنید. پس، مشکل کار کجاست؟ چرا عیب یابی خرابی ترموکوپل در دماهای بالا می تواند برای کسب و کار شما مهم باشد؟ کافی است با فروشندة خود تماس بگیرید، قطعة جایگزین را سفارش دهید، آن را نصب کنید و خط تولید را مجدداً راه‌اندازی کنید. یا چنانچه غالباً شاهد این اتفاق هستید، ممکن است قطعات لازم را پیشاپیش در‌اختیار داشته باشید و، به‌این‌ترتیب، مدت زمان توقف خط را به حداقل برسانید. همانطور که پیش‌تر نیز اشاره شد، هر‌بار توقف برنامه‌ریزی نشدة خط تولید معادل صرف هزینه است. حال یا با از دست دادن زمان تولید یا بر ‌اثر اتلاف محصول.

حالا، حسگرهای دما چرا و چطور خراب می‌شوند؟ ترموکوپل‌ها به طرق مختلف خراب می‌شوند. ممکن است ترموکوپل دچار اتصالی شود، غلاف آن خراب شود، در‌حین کار یا نصب آسیب ببیند، به‌درستی نصب نشده باشد، و نظایر این. راه حل صحیح این است که در‌صورت امکان با تحلیل کامل علل ریشه‌ای، از وقوع مجدد خرابی در آینده و هزینه مجدد خرید ترموکوپل جلوگیری شود.

برای پیدا کردن خرابی احتمالی چه مواردی را بررسی کنیم؟

• طراحی پروب/ غلاف
• مواد عایق‌بندی انتخابی
• ساختار ترموکوپل (دارای اتصال زمین، فاقد اتصال زمین، یا غلاف ته باز)
• نصب نادرست
• سیم یا خودِ اتصال ترموکوپل
• سیم‌های خروجی پروب به‌طرف مدار الکترونیکی
• مدار الکترونیکی

طراحی پروب

عموماً پروب را دستگاهی بسیار مقاوم تلقی می‌کنیم (شکل‌۱). این قطعه غالباً از مواد خاصی ساخته می‌شود که بسیار سخت هستند: فولاد ضدزنگ(Stainless Steel) ، مولیبدن، تانتالوم، زیرکونیا، و سایر سرامیک‌ها. این مواد اگرچه بسیار مقاوم‌اند، محدودیت‌های خاص خود را دارند و باید در محیط‌های مناسبی به‌کار گرفته شوند.

به‌عنوان مثال، مولیبدن (Molybdenum) از خواص مکانیکی عالی در دمای بالا برخوردار است. در‌عین حال، از این ماده می‌توان در شرایط جوی کاهنده یا خنثی استفاده کرد، در‌حالی که رفتار آن در اتمسفر هیدروژن و گازهای بی‌اثر مطلوب است، اما در محیط‌های اکسیدی ضعیف است. همچنین، این ماده مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر شوک حرارتی دارد و در محیط خلاء می‌تواند در دما‌های زیاد از طول عمر بالایی برخوردار باشد. مولیبدن در دماهای بالاتر از ۸۰۰ درجة فارنهایت (۴۲۷°C) با اکسیژن واکنش می‌کند.

از‌سوی دیگر، از تانتالوم (Tantalum) باید در مقابل گازهایی مثل اکسیژن و نیتروژن در دماهای بالاتر ۳۰۰ درجه سانتیگراد محافظت کرد. مانند مولیبدن، بیشترین کارایی آن در اتمسفرهای احیایی و خنثی یا در محیط‌های خلاء است. تانتالوم در مصارف با چرخه‌های حرارتی مکرّر کاملاً مقاوم است. به‌طور کلی، این ماده در مقابل خوردگی بسیار مقاوم است و مناسب استفاده در محیط‌های اسیدی است (به‌استثناء اسید هیدروفلوئوریک).

در‌میان تمامی فلزات دیرگداز، تنگستن بیشترین مقاومت را در دماهای بالا دارد، و علاوه بر آن، از مقاومت سایشی مطلوبی نیز برخوردار است. از این ماده می‌توان در محیط‌های هیدروژنی، آرگون خشک و هلیوم در هر دمایی استفاده کرد، اما استفاده از تنگستن در محیط‌های اکسیژنی توصیه نمی‌شود، زیرا خواص آن ظرف چند ساعت افت می‌کند. نهایتاً، این ماده به‌دلیل شکنندگی زیاد نیاز به مراقبت ویژه دارد.

فولاد ضدزنگ ۳۰۴ مقرون‌بصرفه‌ترین ماده است و در‌مقابل اکسیداسیون تا دمای ۹۰۰ درجه سانتیگراد مقاوم است. اینکونل‌۶۰۰ از مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر ترک ناشی از خوردگی تنشی برخوردار است و تا دمای ۱۱۵۰ درجه سانتیگراد مقاوم است. تصویر کلی غلاف‌ها در شکل‌۲ نمایش داده شده است.

بررسی ساختار پروب مستلزم ارزیابی پروب، طراحی آن، و روش به‌کار‌گیری آن است. ممکن است متوجه شویم که انتظارات ما فراتر از قابلیت‌های طراحی پروب است و نیاز به تغییر دارد. با فروشندة خود صحبت کنید، و حتماً، روش مورد نظر خود برای استفاده از محصول را برای او توضیح دهید. صرف زمان برای گفتگو دربارة امکان استفاده از پروب‌های دیگری با مقاومت بالاتر ممکن است نهایتاً میزان خرابی‌ها را کمتر کند و هزینه‌های شما را کاهش دهد.

سایر عواملی که باید در‌نظر گرفته شوند عبارتند از:

• آیا قطر خارجی یا طراحی ترمینال انتخابی برای حساسیت دمایی مورد نظر مناسب است؟
• آیا افزودن پایه برای استفاده از ترموکوپل‌های بلندتر لازم است؟
• آیا عایق‌بندی‌ها درست تعیین شده‌اند؟

برای اطمینان از انتخاب درست در تمامی مسائل فوق می توانید از مشاورین گروه ژرمن الکتریک راهنمایی بخواهید.

اتصال سیم/ ترموکوپل

موضوعاتی که باید هنگام بررسی سیم و اتصال ترموکوپل در‌نظر گرفته شوند از قرار زیر است:

• آیا نوع سیم انتخاب شده برای بازة دمایی مربوطه مناسب است؟
• آیا ممکن است سیم پاره و موجب قطعی مدار شده باشد (شکل‌۳)؟
• آیا میان سیم‌های ترموکوپل در نقطه‌ای غیر از اتصال ترموکوپل اتصال کوتاه روی داده است؟ این موضوع می‌تواند ناشی از رسوب‌گذاری مادة رسانا روی اجزاء مجاور، آسیب مکانیکی، رطوبت، و نظایر آن باشد.
• آیا ترموکوپل درست نصب شده است؟ عدم تخصیص فضای کافی برای انبساط یا انقباض حرارتی سیم‌ها ممکن است با ایجاد پارگی در سیم‌ها موجب قطعی شود.
• آیا از اتصال مناسب استفاده کرده‌اید (نوک تماسی، دارای اتصال زمین، فاقد اتصال زمین‌)؟
• آیا پروب طوری آسیب مکانیکی دیده که مانع عملکرد مناسب آن شده است؟

مشکل ساده‌ای همچون تماس سیم ترموکوپل با سیم دیگر در ترمینال ها ممکن است موجب نمایش دمای نادرست در ترموکوپل شود. اکثر تیغه‌های ترمینال طوری طراحی شده‌اند که با ایجاد حفاظ‌هایی میان ترمینال‌های مثبت و منفی مانع بروز این مشکل شوند، اما در مصارف صنعتی، استفادة نادرست از تیغه‌های ترمینال یادشده ممکن است موجب تخریب روکش‌های حفاظ و ایجاد اتصال شود.

سیم‌کشی سیستم

غالباً موضوع ساده‌ای همچون سیم رابط و روش انتقال سیگنال از پروب به سیستم کنترل را نادیده می‌گیریم. این تنها سیم ساده‌ای است که به نمایشگر متصل شده است، اینطور نیست؟ البته که اینطور است، اما مشکل ساده‌ای همچون ایجاد شکاف در روکش سیم به‌مرور زمان می‌تواند موجب بروز اتصال شود. با وقوع چرخه‌های انبساط و انقباض حرارتی، تمامی زمینه‌های لازم برای وقوع اتصال کوتاه فراهم است.

احتمال وقوع خرابی در سیم‌بندی دستگاه چندان بالا نیست، اما اگر تمامی حالات خرابی بالقوة دیگر را آزموده‌اید و همچنان دلیل ریشه‌ای مشکل را در‌نیافته‌اید، باید آن را در‌نظر بگیرید.

اتصالات یا ترمینال‌ها اجزاء کلیدی سیم‌بندی سیستم‌اند. بسیاری از اوقات، دو نیمة نر و مادة اتصالات بدون توجه به بروز خوردگی احتمالی در آنها همچنان به‌کار گرفته می‌شوند. به‌طور کلی، هنگام تعویض ترموکوپل بهتر است از مجموعه اتصالات جدید (نرو ماده) استفاده شود.

اتصالات کم‌هزینه‌اند، اما می‌توانند در کارایی کلی سیستم نقشی حیاتی ایفا کنند. اتصالات ضعیف ممکن است موجب بروز خطا شوند و خرابی حسگر را القا کنند، در‌حالی که مشکل واقعاً ناشی از اتصال یا قطعة‌ دیگری غیر از حسگر است.

مدار الکترونیکی

خرابی مدار الکترونیکی معمولاً به طرزی فاجعه‌بار رخ می‌دهد، و خرابی آن واضح است- یعنی اصلاً روشن یا راه‌اندازی نمی‌شود. یافتن این دسته از خرابی‌ها آسان است، اما ارزیابی سایر مشکلات کارکرد دستگاه پیش از بروز خرابی در آن بسیار دشوارتر است.

برای کارکرد صحیح، مدارات الکترونیکی باید حتماً بررسی شوند. یکی از آزمون‌های ساده این است که ترموکوپل را در حوضچه‌ای از یخ قرار دهیم و نمایش دمای ۰°C (32°F) از سوی سیستم را کنترل کنیم، یا سیم‌های آن را به دستگاه دستی وصل کنیم و ببینیم دمای یکسان یا متفاوتی را نمایش می‌دهند.

گاهی در عیب یابی خرابی ترموکوپل در دماهای بالا با شرایطی مواجه شده‌ایم که مدار الکترونیکی به ترموکوپل مناسبی متصل نشده است. این موضوع ممکن است بدیهی به نظر برسد، اما چنین مشکلی بیش از تصور شما روی می‌دهد. در محیط‌های خصوصاً پر‌سر‌و‌صدا، صدای پیرامون ممکن است بر سیگنال خروجی حسگر غلبه کند، و موجب نمایش دمای نادرست شود. برای اجتناب از این مشکل، برخی اتصالات فیلترهای فریتی داخلی دارند، اما چنین راه حلی عموماً بسیار پر‌هزینه است، در‌حالی که شیوة نصب مطلوب می‌تواند مانع بروز این مشکل شود.

انتخاب و برنامه‌ریزی صحیح فرستندة هوکی- پاک (Hockey-puck) نیز می‌تواند ضرورت استفاده از سیم رابط ترموکوپل گران‌قیمت را کم کند، اما البته اضافی فرستنده و ترمو‌وِل را به سیستم تحمیل می‌کند، یعنی انتخاب بین دو گزینه که به کاربرد و میزان پیچیدگی سیستم وابسته است.

بازرسی و تعویض

با پیشرفت‌های حاصل در پردازش مواد، نیاز به مواد جدید و کوره‌های دما بالا، با شرایطی مواجه شده‌ایم که فناوری موجود در تولید غلاف‌ها و پوشش‌های ترموکوپل به انتهای مسیر خود نزدیک شده است.

در چنین موقعیت‌هایی، باید این مسئله را در نظر بگیرید که آیا تعویض ترموکوپل‌ها به‌طور منظم و برنامه‌ریزی شده ارزان‌تر است، یا انتظار تا زمان وقوع خرابی و سپس تعویض آنها. به‌عنوان مثال، بسیاری از مجموعه‌ اقلام تخصصی ممکن است تا میلیاردها تومان یا بیشتر هزینه داشته باشند. آیا حاضرید به‌دلیل خرابی یک ترموکوپل چند هزار/میلیون تومانی خطر اتلاف مجموعة اقلام یک دسته یا بخشی از آن را بپذیرید؟ پاسخ این سوأل به‌احتمال زیاد خیر است.

نتیجه‌گیری

دستیابی به دلیل ریشه‌ای خرابی ترموکوپل و رفع آن مهم است. عیب یابی خرابی ترموکوپل در دماهای بالا می‌تواند به صرفه‌جوئی در میزان هزینه‌ها و کاهش زمان توقف خط تولید بیانجامد. برای مطالعه مطلب به زبان اصلی اینجا کلیک کنید.