-80 डिग्री कार्ट्रिज हीटर के लिए सामग्री चयन-वास्तव में क्या काम करता है

जब कार्ट्रिज हीटर -80 डिग्री पर विफल हो जाता है, तो इसका कारण बाहर से शायद ही स्पष्ट होता है। म्यान अक्षुण्ण दिख सकता है. वायरिंग में आवाज़ आ सकती है. फिर भी आंतरिक रूप से, कमरे के तापमान पर हीटर को कार्यात्मक बनाने वाले भौतिक गुण पूरी तरह से बदल गए हैं।

मूलभूत समस्या तापीय संकुचन है। कमरे के तापमान से लेकर क्रायोजेनिक तापमान तक, स्टेनलेस स्टील लगभग 0.3% सिकुड़ता है, जबकि इनकोनेल मिश्र धातु लगभग 0.2% सिकुड़ता है। म्यान, इन्सुलेशन और प्रतिरोध तार के बीच संकुचन दर में यह अंतर आंतरिक दबाव बनाता है जिसे मानक निर्माण संभाल नहीं सकते हैं। परिणाम इन्सुलेशन में सूक्ष्म फ्रैक्चर, इंटरफेस पर अंतराल और अंततः, विद्युत विफलता हैं।

म्यान सामग्री चयन एक महत्वपूर्ण निर्णय बिंदु प्रस्तुत करता है। स्टेनलेस स्टील 304 सामान्य औद्योगिक हीटिंग के लिए पर्याप्त रूप से कार्य करता है, लेकिन यह क्रायोजेनिक तापमान पर भंगुर हो जाता है, जिससे थर्मल शॉक या यांत्रिक तनाव से फ्रैक्चर होने की संभावना अधिक हो जाती है। ऑस्टेनिटिक ग्रेड 321 और 316 बेहतर लचीलापन प्रदान करते हैं क्योंकि उनकी सूक्ष्म संरचना स्थिर रहती है। सबसे अधिक मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए, इनकोनेल 600 या विशेष निकल क्रोमियम मिश्र धातु -80 डिग्री के बीच साइकिल चलाते समय और ऑपरेटिंग तापमान शून्य से कई सौ डिग्री ऊपर पहुंचने पर थर्मल शॉक के लिए बेहतर प्रतिरोध प्रदर्शित करते हैं। ये मिश्र धातुएँ पूरे तापमान स्पेक्ट्रम में यांत्रिक अखंडता बनाए रखती हैं।

पारंपरिक इकाइयों के अंदर पैक किया गया मैग्नीशियम ऑक्साइड इन्सुलेशन क्रायोजेनिक तापमान पर सूक्ष्म क्रिस्टलीय परिवर्तनों से गुजरता है। उच्च घनत्व संघनन तकनीक, 3.2 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर से अधिक घनत्व प्राप्त करना, संरचनात्मक अखंडता बनाए रखने के लिए आवश्यक हो जाती है। प्रीमियम निर्माता स्वेज्ड निर्माण विधियों का उपयोग करते हैं जो मैग्नीशियम ऑक्साइड पाउडर को उसके अधिकतम घनत्व तक संपीड़ित करते हैं, जिससे रिक्त स्थान समाप्त हो जाते हैं जहां संक्षेपण एकत्र हो सकता है। यह गर्मी हस्तांतरण को कुशलतापूर्वक सुनिश्चित करता है, तब भी जब बाहरी तापमान इसे नीचे खींचने की कोशिश करता है।

प्रतिरोध तार को आमतौर पर NiCr 80/20 जैसे निकेल {{1} क्रोमियम मिश्र धातु {{6} को पूर्ण तापमान सीमा पर स्थिर विद्युत गुण दिखाना चाहिए। -80 डिग्री पर, निकेल-क्रोमियम मिश्र धातुओं में परिवेश के तापमान की तुलना में 10-15% कम प्रतिरोध हो सकता है। एक हीटर जो 20 डिग्री पर 10A खींचता है, क्रायोजेनिक स्थितियों में पहली बार शुरू होने पर 11-12A खींच सकता है। बिजली आपूर्ति और नियंत्रण प्रणाली के डिजाइन में इस कोल्ड-स्टार्ट व्यवहार को ध्यान में रखा जाना चाहिए।

थर्मल विस्तार का गुणांक प्राथमिक डिजाइन विचार बन जाता है। हीटर शीथ और आसपास के मेटलवर्क के बीच बेमेल कूलडाउन चरणों के दौरान क्रशिंग बल उत्पन्न करता है। तापमान में परिवर्तन के रूप में आंतरिक दरार को रोकने के लिए आंतरिक घटक मिलान थर्मल विस्तार गुणांक के साथ मिश्र धातुओं का उपयोग करते हैं। ये सामग्री विनिर्देश उत्पादन लागत बढ़ाते हैं, लेकिन वे प्रतिस्थापन आवृत्ति को कम करते हैं।

क्रायोजेनिक वातावरण में विद्युत समाप्ति पर विशेष ध्यान देने की आवश्यकता होती है। मानक क्रिंप कनेक्शन हीटर लीड की तुलना में अलग-अलग दरों पर सिकुड़ते हैं, जिससे उच्च {{1}प्रतिरोध जंक्शन बनते हैं जो स्थानीय हीटिंग उत्पन्न करते हैं। थर्मल शॉक प्रतिरोध के लिए रेट किए गए एपॉक्सी यौगिकों के साथ सील किए गए सिल्वर - सोल्डर या ब्रेज़्ड कनेक्शन, तापमान स्पेक्ट्रम में चालकता अखंडता बनाए रखते हैं। मानक टर्मिनल बक्से और एपॉक्सी सील पहले कुछ तापमान चक्रों के भीतर टूट जाते हैं, नमी का रिसाव होता है, और विद्युत जोखिम पैदा होता है। क्रायोजेनिक सेवा के लिए परीक्षण किए गए इंजीनियर समाधान {{6}विशेष संपीड़न सील, हर्मेटिक फीडथ्रू, और क्रायोजेनिक {7}रेटेड कनेक्शन हार्डवेयर {{8}इन समस्याओं का समाधान करते हैं।

-80 डिग्री सेवा के लिए इच्छित कार्ट्रिज हीटर के लिए सामग्री का चुनाव सबसे महंगा विकल्प चुनने के बारे में नहीं है। यह अनुप्रयोग की विशिष्ट थर्मल मांगों के लिए भौतिक गुणों के मिलान के बारे में है। प्रयोगशाला फ्रीज ड्रायर के लिए सिंगल हेड इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूब कार्ट्रिज हीटर की आवश्यकताएं फार्मास्युटिकल कोल्ड स्टोरेज सुविधा के लिए अलग-अलग होती हैं, और वे एयरोस्पेस परीक्षण उपकरण से भी भिन्न होती हैं। इन अंतरों को समझना एक हीटर को निर्दिष्ट करने के लिए आवश्यक है जो अपने इच्छित सेवा जीवन के दौरान विश्वसनीय रूप से प्रदर्शन करेगा।