जब मानक हीटर -120 डिग्री पर विफल हो जाते हैं - वास्तव में क्या होता है

एक क्रायोजेनिक भंडारण सुविधा जैविक नमूनों का एक पूरा बैच खो देती है क्योंकि एक साधारण सा दिखने वाला हीटिंग तत्व शुरू होने से इंकार कर देता है। एक सेमीकंडक्टर निर्माण लाइन तब बंद हो जाती है जब एक वाल्व माइनस 100 डिग्री पर ठोस रूप से जम जाता है, और उस समस्या को रोकने के लिए स्थापित कार्ट्रिज हीटर बिल्कुल भी गर्मी देने में विफल रहता है। ये परिदृश्य अधिकांश इंजीनियरों द्वारा स्वीकार किए जाने की तुलना में अधिक बार सामने आते हैं, और मूल कारण लगभग हमेशा एक ही निरीक्षण पर आधारित होता है: मानक कार्ट्रिज हीटर बिल्कुल अल्ट्रा {{3} कम तापमान वाले वातावरण के लिए नहीं बनाए जाते हैं।

एकल - सिरे वाली हीटिंग ट्यूब, जिसे उद्योग में कार्ट्रिज हीटर के रूप में जाना जाता है, एक सीधे सिद्धांत पर काम करती है। प्रतिरोध तार एक धातु आवरण के केंद्र से होकर गुजरता है, जो कॉम्पैक्ट मैग्नीशियम ऑक्साइड इन्सुलेशन से घिरा होता है जो विद्युत अलगाव को बनाए रखते हुए गर्मी को बाहर की ओर स्थानांतरित करता है। कमरे के तापमान या मध्यम गर्मी पर, यह डिज़ाइन खूबसूरती से काम करता है। लेकिन जब वही कार्ट्रिज हीटर माइनस 120 डिग्री सेल्सियस के संपर्क में आता है, तो भौतिकी पूरी तरह से बदल जाती है।

पारंपरिक इकाइयों के अंदर पैक किया गया मैग्नीशियम ऑक्साइड इन्सुलेशन इन चरम तापमान पर सूक्ष्म क्रिस्टलीय परिवर्तनों से गुजरता है। इस बीच, धातु की म्यान आंतरिक सिरेमिक कोर की तुलना में अधिक सिकुड़ती है, जिससे संभावित रूप से सूक्ष्म अंतराल बनते हैं। जब बिजली क्रायोजेनिक तापमान पर भिगोए गए हीटर पर लागू होती है, तो थर्मल शॉक उत्पन्न होता है, जिसकी तुलना गर्म गिलास को बर्फ के पानी में डालने से की जा सकती है। ऑपरेशन के पहले कुछ सेकंड के दौरान सामग्री इंटरफेस में तापमान प्रवणता 500 डिग्री सेल्सियस प्रति सेंटीमीटर से अधिक हो सकती है। दरारें बन जाती हैं. इन्सुलेशन विफल रहता है. हीटर मर जाता है.

अनुभव के अनुसार, स्टेनलेस स्टील शीथ और आंतरिक घटकों के बीच थर्मल संकुचन अंतर यांत्रिक तनाव पैदा करता है जिसे मानक स्वैगिंग प्रक्रियाएं आसानी से समायोजित नहीं कर सकती हैं। यह बताता है कि क्यों एक कार्ट्रिज हीटर जो 300 डिग्री पर प्लास्टिक इंजेक्शन मोल्ड में त्रुटिहीन रूप से काम करता है, क्रायोजेनिक सेवा में दबाए जाने पर कुछ ही दिनों में टूट सकता है।

वास्तव में ठंडे {{0}रेटेड कार्ट्रिज हीटर को उसके मानक समकक्ष से क्या अलग करता है? उत्तर तीन महत्वपूर्ण क्षेत्रों में निहित है: सामग्री, संघनन घनत्व और थर्मल प्रबंधन। उच्च घनत्व संघनन तकनीक, 3.2 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर से अधिक घनत्व प्राप्त करना, अत्यधिक तापमान सीमा में संरचनात्मक अखंडता बनाए रखने के लिए आवश्यक हो जाती है। मैग्नीशियम ऑक्साइड को वैक्यूम से भरा होना चाहिए और इसे सिरेमिक से {{7}धातु कनेक्शन या विशेष एपॉक्सी यौगिकों से भरा और सील किया जाना चाहिए जो थर्मल साइक्लिंग के माध्यम से बरकरार रहे।

गर्म सतह क्षेत्र के प्रति वर्ग सेंटीमीटर वाट में मापा गया कार्ट्रिज हीटर घनत्व {{0} भी सावधानीपूर्वक पुनर्विचार की मांग करता है। जबकि मानक औद्योगिक कार्ट्रिज हीटर आमतौर पर 20 से 40 वॉट/सेमी² के घनत्व पर काम करते हैं, अल्ट्रा{5}निम्न तापमान अनुप्रयोगों के लिए अक्सर पूरी तरह से अलग विशिष्टताओं की आवश्यकता होती है। अनुभव माइनस 120 डिग्री पर निरंतर सेवा के लिए 40 वाट प्रति वर्ग सेंटीमीटर से नीचे घनत्व बनाए रखने का सुझाव देता है, साथ ही बार-बार थर्मल साइक्लिंग से जुड़े अनुप्रयोगों के लिए इसे और कम करने की सलाह दी जाती है। सिंगल हेड इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूब को आंतरिक तनाव उत्पन्न किए बिना आसपास के ठंडे सिंक को दूर करने के लिए पर्याप्त गर्मी प्रदान करनी चाहिए जो समय से पहले विफलता का कारण बनती है।

पावर एप्लिकेशन प्रोटोकॉल हार्डवेयर चयन जितना ही मायने रखते हैं। क्रायोजेनिक तापमान पर भिगोए गए कार्ट्रिज हीटर पर तुरंत पूरी शक्ति लगाने से थर्मल शॉक उत्पन्न होता है जो सेवा जीवन को नाटकीय रूप से छोटा कर देता है। कम वोल्टेज पर शुरू करके कई मिनटों तक चलने वाले रैंप अप अनुक्रम, प्रत्यक्ष पूर्ण पावर अनुप्रयोग की तुलना में तीन या अधिक के कारकों द्वारा परिचालन जीवन काल को बढ़ाते हैं।

माइनस 120 डिग्री और उससे नीचे विश्वसनीय हीटिंग की आवश्यकता वाले संचालन के लिए, सिंगल हेड कार्ट्रिज हीटर को क्रायोजेनिक सेवा के लिए जमीन से ऊपर तक इंजीनियर किया जाना चाहिए। मानक से हटकर -शेल्फ इकाइयां आवश्यक प्रदर्शन प्रदान नहीं कर सकतीं। प्रतिरोध तार मिश्र धातु से लेकर टर्मिनल सील्स तक प्रत्येक घटक {{5} को हीटर द्वारा सामना की जाने वाली पूर्ण तापमान सीमा के लिए विनिर्देश की आवश्यकता होती है।

निष्कर्ष सीधा है: जब तापमान शून्य से 100 डिग्री सेल्सियस नीचे चला जाता है, तो कार्ट्रिज हीटर कोई वस्तु नहीं है। यह एक सटीक थर्मल उपकरण है जो इसके द्वारा उपयोग किए जाने वाले अनुप्रयोग की गंभीरता के बराबर इंजीनियरिंग ध्यान की मांग करता है।