カートリッジヒーターの寿命に対する熱サイクルの影響

常に一定の温度を保つカートリッジ ヒーターは、何年も使用できます。同じヒーターでも、オンとオフを頻繁に繰り返す用途で使用すると、数か月で故障する可能性があります。この矛盾については、何ら曖昧な点はありません。これは、ヒーターが加熱と冷却を繰り返すことによって発生します。これを熱サイクルと呼びます。熱サイクルがカートリッジ ヒーターにどのような影響を与えるかを知ることは、ある使用法が他の使用法よりもヒーターに厳しい理由と、それを長持ちさせる方法を理解するのに役立ちます。

カートリッジヒーターは高温になると各部が大きくなります。金属シース、酸化マグネシウム絶縁体、抵抗線はすべて大型化します。ヒーターが冷えると、これらの部品はすべて小さくなります。この成長と縮小は毎回起こります。内部の部品は数千回のサイクル後に動く可能性があります。抵抗線は MgO 内で少しずれる可能性があります。 MgO 自体に微小な亀裂が生じることがあります。-リード線に接続するワイヤの端には、サイクルするたびに機械的ストレスがかかります。

熱サイクルによる損傷の程度には、いくつかの要因が影響します。一番重要なのは温度変化です。 50 度から 200 度に上昇して再び戻るヒーターは、50 度から 500 度に上昇して再び戻るヒーターよりもストレスが少なくなります。温度が変化すると、物体の膨張と収縮が大きくなります。サイクルのペースも重要です。急速に加熱および冷却するヒーターは、温度変化が遅いヒーターよりも大きなストレスにさらされます。数秒で加熱および冷却するシールバーは、最も要求の厳しい用途の 1 つです。

ヒーターが熱サイクルにどれだけ効果的に対処できるかは、その構造によって決まります。酸化マグネシウムがしっかりと詰まったヒーターは、断熱材が緩く詰まったヒーターよりも内部の動きが少なくなります。圧縮により抵抗線が所定の位置に保持されるため、ヒーターが伸縮しても抵抗線が動かなくなります。セラミックスペーサーやセンターロッドなどの内部サポートシステムを備えたヒーターは、より安定しています。最終的な品質も同様に重要です。リード線がヒーターの内側に密閉されているスエジド構造は、終端が外側にある圧着構造よりも熱サイクルに対して効果的です。{6}

ヒーターの設置方法は、熱サイクルがヒーターに与える影響に影響します。キャビティ内で自由に膨張および収縮できるヒーターは、このように制限されたヒーターよりも内部応力が小さくなります。ヒーターがブラインドキャビティの底に当たったり、先端がしっかりとクランプされている場合、膨張力は行き場がありません。ヒーターはその応力を受け入れる必要があるため、MgO が破損したり、抵抗線が摩耗したりする可能性があります。この張力は、先端に拡張用の小さな隙間を残し、リード端を少し動かすことができる取り付けを利用することで軽減されます。

熱サイクルに頻繁に使用されるヒーターを使用する必要がある場合は、サイクル使用向けに作られたヒーターを選択する必要があります。これには、強力な内部構造を備えたヒーター、温度が変動しても強度を保つシースの材料、繰り返しの応力に耐えられる終端を選択することが含まれます。温度サイクルに関しては、機械的品質をより良く保つため、Incoloy® シースは通常のステンレス鋼よりも優れていることがよくあります。かしめ構造のニッケルリードは、従来の圧着設計のリードよりも繰り返しの動きに優れています。-

熱サイクルは、ヒーターが故障する前に故障する最も一般的な理由の 1 つです。損傷は時間の経過とともに蓄積され、通常はヒーターが故障するまで気付かれません。何千回も使用されたヒーターは、外見的には素晴らしく見えますが、MgO に亀裂が入り、ワイヤーが動き、終端が弱くなっています。何か問題が起こったとき、それは一度に起こっているように見えることがよくあります。しかし、手順は最初のサイクルから始まりました。これがどのように機能するかを理解することで、熱サイクルの影響を軽減するヒーターを選択し、設置を設計することができます。これにより、最も要求の厳しいサ​​イクル用途でもヒーターをより長く持続させることができます。