دلیل استفاده از کلید حرارتی چیست؟
A: نمی توان به راحتی مانع فعالیت فیزیک بنیادی شد که ضریب انبساط دو فلز ناهمسان یا غیر هم جنس متصل شده را تشخیص می دهد. در صورت مشاهده و یا حتی عدم مشاهده محیط، نمی توان مانع فعالیت فنر تختی شد که از آن برای حفظ کنتاکت های بسته استفاده شده است. خلاصه اینکه، با استفاده درست، نمی دانیم چه موقع کار کردن سوئیچ متوقف خواهد شد.
مثالها دراین زمینه عبارتنداز:
• ۱ میلیون سیکل، ۱ آمپر، ۳۰VDC، مثل یک وسیله خزشی (قوسی )
• سیکل حرارتی سوئیچ ها در دمای اتاق تا ۶۰۰ درجه فارنهایت
• سیکل حرارتی سوئیچ ها در دمای اتاق تا ۱۸۴- درجه فارنهایت
• ارتعاش تصادفی تا ۸۳grms
• پیروشوک تا ۴۰۰۰g
• دیسک های بایگانی شده به مدت ۳۵ سال، کمتر از ۲ درجه فارنهایت جابجا شده اند.
سئوال : چه چیزی بیو فلز و فنرهای تخت را به طور قابل توجهی جابجا خواهد نمود؟
A: موارد ذیل
کلید حرارتی صفر و یک زیمنس
۱٫ فرو کردن وسیله در به مدت ۳۰ دقیقه
۲٫ سنباده زدن تصادفی لبه های دیسک
۳٫ مونتاژ دیسک با اعمال نیرو در دستگاه با بلندترین پین استریکری (کوبنده) که قابل مونتاژ باشد
۴٫ مونتاژ دیسک در دستگاه (ماشین) با کوتاهترین پین استریکر ممکن که قادر به لمس دیسک کاملاً کج شده باشد
۵٫ مهار (بستن) دیسک ساخته شده بین بلاک های فلز و سپس مونتاژ کردن آن در سوئیچ
۶٫ ضربه زدن به دیسک ساخته شده با چکش
۷٫ ضربه زدن به دیسک ساخته شده با یک پین گرد، با استفاده از چکش
غوطه وری دارای بزرگترین اثر نامنظم بود، به این معنی که برخی از دیسک ها متاثر واقع نشده و دیگران ۵۰ درجه جابجا شده، و اسنپ (انرژی کمکی هسته ای) تعداد کمی متوقف گردید. پین استریکر بلند موجب جابجایی ۷۰ درجه ای گردید. سایر سوء استفاده ها اثر کمتر از ۳۰ درجه فارنهایت بر دستگاه داشتند. به این دلیل فضاپیمای Voyager 1 و Voyager2 امروز به شکلی موثر عمل می کنند.
سئوال: چه موقع وسایل کلید حرارتی روشن و خاموش می شوند؟
A: کمی شبیه به سوئیچ نوری است که به جای دست با سنسور بی متالیک کار می کند.
ازیک نمونه کلید حرارتی استاندارد می توان برای روشن شدن موارد زیر استفاده نمود:
• سوئیچ در دمای بسته و در دمای باز می شود. مینیموم دیفرانسیل یا تفاضل سوئیچ ۸ درجه فارنهایت است.
• نحوه کار کردن سوئیچ در محیط را نشان می دهد.
• کلیه دماهای پائین تر از ۹٫ ۳۴ درجه فارنهایت بسته خواهند شد.
• کلیه دماهای بالاتر از ۱٫ ۶۰ باز خواهند شد.
• با کاهش دما از ۱٫ ۶۰ یا بالاتر از آن، سوئیچ بین دماهای ۳۵ و ۴۵ درجه فارنهایت همچنان بازباقی خواهد ماند.
• با افزایش دما از ۹٫ ۳۴ یا کمتر از آن، سوئیچ بین دماهای ۵۰ و ۶۰ درجه فارنهایت همچنان بسته باقی خواهد ماند.
• زمانی که همپوشانی امکان همپوشانی کمتر از ۸ درجه فارنهایت را فراهم می آورد، آنگاه مینیموم دیفرانسیل ۸ درجه فارنهایت، برتر از تولرانس است.
• بسته شدن سوئیچ در ۵٫ ۴۴ درجه فارنهایت و باز شدن آن در ۵٫ ۵۰ درجه فارنهایت، در حد تولرانس قرار دارد اما مینیموم دیفرانسیل ۸ درجه فارنهایت این گونه نیست.
• خط عدد به تجسم کمک می کند.
تولرانس ها و دیفرانسیل های دمایی نامتناهی وجود دارد.
سئوال: چگونه سوئیچ های حرارتی خراب می شوند؟
A: سوئیچ های حرارتی که از کنتاکت های الکتریکی استفاده می کنند، به احتمال زیاد زمانی خراب می شوند که کنتاکت ها خراب می شوند. به طور مثال، هنگام استفاده از سوئیچ :
• اگر ولتاژ و جریان پائین باشند، مثلاً ۲۸ VDC در ۵۰۰ میلی آمپر، آنگاه وسایل هیچگاه تا پایان عمرشان تست نمی شوند. بزرگترین ریسک خرابی، آلودگی بین کنتاکت ها است. این بدان معناست که سوئیچ از لحاظ مکانیکی بسته خواهد شد، اما از لحاظ الکتریکی در موقعیت باز خراب نخواهد شد. سوئیچ تمیز بیش از ۱ میلیون سیکل کار خواهد نمود.
• اگر ولتاژ و جریان بالا باشند، مثلاً ۲۸VDC و ۵ آمپر، آنگاه وسایل به صورت انفرادی یا در ترکیب با انتقال کنتاکت، تغییر ابعادی تاثیرگذار بر شکاف کنتاکت، و آنیلینگ فنر تخت به خاطر سیکل یا چرخه سریع، خراب خواهند شد. بسته به ترکیب رویدادها، وسیله در حالت باز یا بسته خراب می شود. وسیله در وضعیت بیش از ۱۰۰۰۰۰ سیکل در ۲۸VDC، ۵ آمپر و بسیار بلندتر زمانی که از دی ریتینگ (کاهش حد مجاز ) به درستی استفاده شده باشد، کار خواهد نمود.
سئوال: دی ریتینگ کلید حرارتی چقدر است؟ و هدف از آن چیست؟
A: در شروع پرواز فضایی، از چند شیوه برای تضمین عملکرد در فضااستفاده می شود. از قطعات طراحی شده برای هواپیما و وسایل Mil-Spec پایه مثل روی زمین استفاده گردید. این وضعیت غیر رضایت بخش ثابت گردید، و دی ریتینگ قطعات الکتریکی، الکترونیکی و الکترومکانیکی، به شیوه ای به ثبت رسیده تبدیل گردید. MIL-STD-975 یکی از اولین روشهایی بود که نیازمندیهایی برای دی ریتینگ تحمیل می نماید. حال، این سند بلااستفاده است، اما دی ریتینگ ، هنوز به عنوان شیوه ای حیاتی شناخته می شود. اسناد مختلفی جایگزین MIL-STD-975 شده اند.
هدف دی ریتینگ
دی ریتینگ یا کاهش حد مجاز تکنیکی است که به موجب آن قطعه در کاربرد حقیقی در مقادیری پائین تر از ریتینگ تولیدکننده ، تحت تنش قرار می گیرد. با کاهش تنش های مکانیکی، حرارتی و الکتریکی، امکان تخریب یا خرابی فجیع آن تقلیل می یابد.
کلید حرارتی چرخشی زیمنس
بحث
این خصوصیات کاربران سوئیچ های حرارتی را به سمت بخش رله خصوصیات مربوط به دی ریتینگ ارجاع می دهند. جداول مربوط به هر خصوصیت از لحاظ مقدار دی ریتینگ توصیه شده، متغیر هستند، اما دارای وجه اشتراک زیادی می باشند. خصوصیات JPL و NASA هر دو از فرمولهایی استفاده می کنند که دما، تعداد سیکل ها در ساعت و ضریب بار را مد نظر قرار می گیرند. MIL-HDVK-1547 از جدولی مبتنی بر نوع عناصر یا المنت های مدار استفاده می کند: اهمی، لامپ و غیره. خصوصیات Boeing جدولی مثل MIL-HDBK-1547، محاسبه قابلیت اطمینان و راهبردهای کتبی خاصی مثل موارد زیر فراهم می نماید:
• در هیچ موردی (به جز جریانات گذرای غیر تکراری)، برای کلیه حدود خصوصیات بالا و بدترین مورد، دی ریتینگ نباید کمتر از ۲۵ درصد باشد ( ریتینگ).
• لازم به تاکید است که کاربر باید کلیه کلید های حرارتی را طبق نیازمندیهای اپلیکیشن مربوطه ارزیابی نماید، زیرا کاربر مسئولیت اطمینان و تضمین دی ریتینگ کافی را برعهده دارد.
• تحلیل بدترین طراحی مدار بایستی امکان خلاء حرارتی برروی مدار و اثر این محیط بر عملکرد و قابلیت اتلاف حرارتی وسیله را مد نظرقرار دهد.
استفاده از این روشها و راهنما برای صنعت فضایی نیز مفید بوده است. Honeywell شیوه دی ریتینگ را تصدیق و کاربران را تشویق به پیاده سازی آن در همه موارد کاربردی مورد نظر می نماید.
سئوال: برای کلید حرارتی واژه “دیفرانسیل” به چه معناست؟
A: دیفرانسیل واژه ای است که برای تعریف دمای باز و بسته شدن کلید حرارتی استفاده می شود. بهترین دیفرانسیل شناخته شده”دیفرانسیل اسمی” است. هدف، توصیف دماهای باز و بسته شدن اسمی است.
مثالها در این زمینه عبارتنداز:
• فرض کنید دارای سوئیچی هستیم که در دمای ۱۰۰ درجه فارنهایت، بسته و در دمای ۱۱۰ درجه فارنهایت باز می شود. تولرانس استاندارد برای باز و بسته شدن است. تا زمانی که تحلیل بدترین تولرانس باز و بسته شدن همزمان در دمای ۱۰۵ درجه فارنهایت را نشان دهد، ساده تلقی می شد. در سوئیچ حرارتی اسنپ بی متالیک، دست نیافتنی است. بی متال برروی اختلاف ضریب انبساط بین فلزات کار می کند. برای مقابله با همپوشانی، از” مینیموم دیفرانسیل یا تفاضل” استفاده شده است. در سریهای ۷۰۰، ۸ درجه فارنهایت است. بنابراین سوئیچی که در دمای ۱۰۴ درجه فارنهایت، بسته و در دمای ۱۱۳ درجه فارنهایت باز می شود، سوئیچی خوب به شمار می رود. اگر سوئیچ در دمای ۱۱۰ درجه فارنهایت باز شود، خراب محسوب می شود، زیرا مینیموم دیفرانسیل ۸ درجه فارنهایت است. مینیموم دیفرانسیل، انرژی اسنپ (انرژی کمکی هسته ای) را افزایش و ریسک های عمر عملیاتی در محیط های فضایی را کاهش می دهد. از دیفرانسیل به عنوان روش تولرانس “مینیموم/ ماکزیمم” نیز استفاده شده است. یعنی، کاربر دامنه ای را انتخاب می کند، به گونه ای که بالایا پائین تر از دمای ویژه، سوئیچ بسته یا باز می شود.
• فرض کنید دارای سوئیچی هستیم که مینیموم بسته شدن آن ۹۵ درجه فارنهایت و ماکزیمم باز شدنش، ۱۱۵ درجه فارنهایت است. یعنی، سوئیچی که در دمای ۹٫ ۹۴ درجه فارنهایت بسته می شود و سوئیچی که در دمای ۱٫ ۱۱۵ درجه فارنهایت باز می شود، خراب می باشد. همانند مثال قبل، دیفرانسیل یا تفاضل بین بسته و باز تعریف نشده است. استفاده از دیفرانسیل مینیموم ۸ درجه فارنهایت، مسئله محدودیت بیش از حد را حل می کند. یعنی، مجدداً با استفاده از مثال بدترین مورد، سوئیچی که در دمای ۱٫ ۱۰۸ درجه فارنهایت باز می شود، اگر در دمای ۹۵ درجه فارنهایت بسته شود، سوئیچ خوبی تلقی می گردد. از ترکیبات زیادی از تولرانس های ، مینیموم دیفرانسیل ، و ماکزیمم دیفرانسیل برای کنترل تولرانس های محکم و نفوذناپذیر استفاده شده است، در حالیکه هزینه های بالای تولرانس های را کاهش می دهد. سوئیچ های حرارتی صادر شده از ایالات متحده آمریکا بایستی مطابق با مقررات اداره صادرات (EAR) به کار انداخته شوند.
