در فرایندهای صنعتی با دمای بالا،لوله های حفاظت از ترموکوپل نقش مهمی در تضمین اندازه گیری دقیق دمای و محافظت از سنسورهای دمایی از محیط های عملیاتی خشن دارند.
با این حال، دقت اندازه گیری دما بستگی به بیش از حداکثر مقاومت دمایی دارد.
در بسیاری از کاربردهایسخت گیری گاز یکی از مهم ترین عوامل عملکرد استچون گاز های خشن، مواد ذوب شده و بخار های شیمیایی می توانند به لوله محافظ نفوذ کنند و به ترموپول آسیب برسانند.
این امر به ویژه در موارد زیر مهم است:
- کوره های کنترل شده با اتمسفر
- سیستم های تصفیه گرما
- فرایندهای متالورژیک
- اجاق های ذوب شیشه
- تجهیزات پردازش شیمیایی
- سیستم های نظارت بر گاز دود
در میان مواد مختلف لوله محافظ سرامیکی،لوله های سرامیکی کربید سیلیکون (SiC)به دلیل رسانایی حرارتی عالی، مقاومت در برابر شوک حرارتی و ثبات در دمای بالا به طور گسترده ای استفاده می شود.
با این حال، مواد مختلف SiC سطوح قابل توجهی از سخت گیری گاز را ارائه می دهند.
درک این تفاوت برای انتخاب لوله محافظت از ترموپول مناسب ضروری است.
ضخامت گاز به توانایی یک لوله محافظ برای جلوگیری از نفوذ گازهای خارجی، بخارها و مایعات از طریق دیواره لوله و رسیدن به عنصر ترموپل اشاره دارد.
یک لوله محافظت از گاز باید به طور موثر ترموپول را از:
- گاز های اکسید کننده
- اتمسفر حاوی گوگرد
- کاهش گازهای
- بخار فلز ذوب شده
- اجزای شیمیایی خوردنی
فشرده سازی گاز می تواند منجر به:
- آلودگی ترموکوپل
- اکسیداسیون سنسور
- مشکل عایق برق
- مقادیر دمای نادرست
- شکست زودرس سنسور
بنابراین، ضخامت گاز به طور مستقیم بر قابلیت اطمینان اندازه گیری و زمان عملکرد تجهیزات تاثیر می گذارد.
در دمای بالا، بسیاری از محیط های صنعتی حاوی گاز های بسیار واکنش پذیر هستند.
به عنوان مثال:
اتمسفر ممکن است حاوی:
- بخار های قلیایی
- ترکیبات گوگرد
- اکسید فلز
این مواد به تدریج می توانند به مواد ترموپول حمله کنند.
اتمسفرهای کنترل شده ممکن است شامل:
- هیدروژن
- نیتروژن
- گازهای حاوی کربن
- آمونیا
نفوذ گاز می تواند محیط محلی اطراف ترموپول را تغییر دهد و بر دقت اندازه گیری تأثیر بگذارد.
فلزات ذوب شده می توانند:
- بخار فلزی
- اکسید ها
- ترکیبات واکنشی
بدون محافظت کافی، ترموپول ها می توانند به سرعت شکست بخورند.
همه لوله های محافظ کربید سیلیکون دارای ساختار یکسان نیستند.
فرآیند تولید تعیین می کند:
- حفره ای
- میکروساخت
- نفوذ گاز
- مقاومت در برابر خوردگی
رایج ترین مواد لوله های محافظ SiC عبارتند از:
- کربید سیلیکون مرتبط با واکنش (RBSC / SiSiC)
- کربید سیلیکون متصل به نیترید سیلیکون (Si3N4SiC متصل)
- کربید سیلیکون دوباره کریستالیزه شده (R-SiC)
- کربید سیلیکون بدون فشار (SSiC)
کربید سیلیکون با واکنش پیوند یافته با نفوذ سیلیکون ذوب شده به یک بدن سی سی کربن متخلخل تولید می شود.
سیلیکون باقیمانده منافذ داخلی را پر می کند و یک ساختار تقریبا کاملا متراکم ایجاد می کند.
ویژگی های معمولی:
| مالکیت | ارزش معمولی |
|---|---|
| تراکم عمده | 3.0033.05 گرم/سم3 |
| منافذ ظاهری | ≈0% |
| فشرده سازی گاز | عالی بود |
| حداکثر دمای کار | ۱۳۵۰-۱۴۰۰ درجه سانتیگراد |
به دلیل منافذیت نزدیک به صفر، SiSiC فراهم می کند:
- عملکرد مهر و موم عالی
- مقاومت بالا در برابر نفوذ گاز
- حفاظت قابل اطمینان از ترموکوپل
به خصوص برای:
- کوره های اتمسفر
- سیستم های تجزیه و تحلیل گاز
- کاربردهای اندازه گیری دمای مهر و موم
با این حال، وجود سیلیکون آزاد باقیمانده توانایی حداکثر دمای آن را محدود می کند.
قرار گرفتن در معرض طولانی مدت بالاتر از حدود 1400 درجه سانتیگراد ممکن است باعث اکسیداسیون و تخریب سطح شود.
کربید سیلیکون دوباره کریستالیزه شده بدون استفاده از افزودنی های سینتر سازی تولید می شود.
مواد به این اهداف می رسند:
- خالصیت بسیار بالا SiC
- مقاومت بسیار عالی در برابر اکسید
- مقاومت بالا در برابر ضربه های حرارتی
ویژگی های معمولی:
| مالکیت | ارزش معمولی |
|---|---|
| خالصیت SiC | >99٪ |
| حداکثر دمای کار | 1650°C |
| تراکم عمده | ~2.7 گرم در سانتی متر |
| منافذ ظاهری | ~15% |
ساختار متخلخل باعث مقاومت عالی در برابر شوک حرارتی می شود.
با این حال، این همچنین به این معنی است:
- نفوذ گاز بالاتر است
- بسته بندی کامل گاز نمی تواند تضمین شود
بنابراین، R-SiC برای:
- اجاق های ذوب شیشه
- محیط های اکسید کننده با دمای بالا
- اتمسفر حاوی گوگرد
اما برای ترموپول های فلز گرانبها یا کاربردهای حساس به گاز، ممکن است یک پوشش داخلی اضافی مورد نیاز باشد.
ترکیب سی سی با نیترید سیلیکون:
- قدرت ذرات SiC
- فاز اتصال Si3N4
مزایایی معمولی:
- مقاومت عالی در برابر ضربه های حرارتی
- ثبات ابعاد خوب
- در دسترس بودن قطر بزرگ
با این حال، ساختار متخلخل به این معنی است که سفتی گاز کمتر از SiC مرتبط با واکنش است.
معمولاً در موارد زیر استفاده می شود:
- کوره های درمان گرما
- کوره های سرامیکی
- سیستم های گرمایش متناوب
یک اشتباه رایج این است که یک لوله محافظ را فقط با توجه به دمای حداکثر انتخاب کنید.
با این حال، عمر واقعی خدمت بستگی به ترکیبی از:
- درجه حرارت
- جو
- محیط شیمیایی
- چرخه حرارتی
- الزامات نفوذ گاز
به عنوان مثال:
اولویت:
✓ مقاومت در برابر دمای بالا
✓ مقاومت در برابر شوک حرارتی
✓ مقاومت در برابر خوردگی گوگرد
توصیه می شود:
R-SiC
اولویت:
✓ عایق گاز
✓ دقت اندازه گیری
✓ عمر طولانی سنسور
توصیه می شود:
SiC مرتبط با واکنش (SiSiC)
اولویت:
✓ مقاومت در برابر شوک حرارتی
✓ دوام مکانیکی
توصیه می شود:
SiC با پیوند Si3N4
| مواد | تنش گاز | ظرفیت دمایی | شوک حرارتی | کاربرد معمول |
|---|---|---|---|---|
| SiSiC | عالی بود | ۱۳۵۰-۱۴۰۰ درجه سانتیگراد | عالی بود | کوره اتمسفر، تجزیه و تحلیل گاز |
| R-SiC | متوسط | تا ۱۶۵۰ درجه سانتیگراد | عالی بود | کوره شیشه ای، گازهای خوردگی |
| Si3N4-SiC | خوبه | حدود 1450 درجه سانتیگراد | عالی بود | کوره های دوچرخه گرما |
| SSiC | عالی بود | تا 1600 درجه سانتیگراد | خیلی خوبه | برنامه های کاربردی با عملکرد بالا |
برای رسیدن به عمر طولانی تر ترموکوپل:
فقط بر اساس درجه حرارت انتخاب نکنید.
به این موضوع فکر کنید:
- ترکیب گاز
- سطح اکسیداسیون
- قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی
- عملکرد مهر و موم مورد نیاز
برای کاربردهایی که شامل:
- ترموپول های پلاتین-رودیوم
- گازهای بسیار خوردنی
- حفاظت از فلزات گرانبها
طراحی دو طرفه با پوشش آلومینیوم می تواند به طور قابل توجهی حفاظت را بهبود بخشد.
حتی مواد عالی هم می توانند به دلیل:
- نصب نادرست
- شوک حرارتی
- ضربه مکانیکی
پاکسازی مناسب و چرخه های گرمایش کنترل شده ضروری است.
در هنگام انتخاب لوله های محافظت از ترموپول کربید سیلیکون، سخت گیری گاز یک عامل مهم اما اغلب نادیده گرفته می شود.
مواد مختلف SiC مزایای متفاوتی دارند:
- سی سی سی (SiSiC) در واکنشعملکرد بالاتری در مهر و موم گاز ارائه می دهد.
- SiC بازکریستالیزه شده (R-SiC)مقاومت فوق العاده ای در برابر دمای بالا و خوردگی دارد.
- SiC با پیوند Si3N4مقاومت فوق العاده ای در برابر شوک حرارتی و بهره وری هزینه دارد.
انتخاب صحیح مواد همیشه باید محیط کار کامل را در نظر بگیرد نه فقط دمای حداکثر.
برای کاربردهایی که نیاز به اندازه گیری دقیق دمای در محیط های صنعتی سخت دارند، انتخاب مواد مناسب لوله های محافظت SiC برای بهبود قابلیت اطمینان ضروری است.کاهش زمان توقفو طول عمر ترموپول را افزایش می دهد.
