Mehanizam starenja termoelementa i predviđanje radnog vijeka pri radu na visokim-temperaturama
Dugotrajan-rad na visokim-temperaturama glavni je čimbenik koji dovodi do slabljenja performansi termoelementa i kvara. Za razliku od iznenadnog oštećenja strukture, starenje termoelementa je spor i nepovratan proces fizičke i kemijske promjene, s postupnim slabljenjem točnosti i stabilnosti mjerenja temperature. Većina poduzeća mijenja termoparove tek nakon potpunog kvara, što rezultira dugotrajnim-postojanjem netočnih stanja kontrole temperature i nestabilnom kvalitetom proizvoda. Ovladavanje mehanizmom starenja termoparova pri visokim-temperaturama i znanstvenim metodama predviđanja životnog vijeka pomaže u realizaciji prediktivnog održavanja, otklanjanju skrivenih rizika kvalitete unaprijed i osiguravanju-dugoročnog stabilnog rada sustava grijanja.
Osnovni mehanizam starenja termoparova od osnovnih metala kao što su tip K i tip J na visokoj{0}}temperaturi je oksidacija i difuzija elementa legure. Pod dugotrajnim -visoko{3}}temperaturnim zagrijavanjem, elementi kroma, silicija i željeza u žicama od legure prolaze kontinuiranu reakciju oksidacije na visokim-temperaturama, stvarajući oksidne slojeve na površini žice. Oksidni sloj mijenja izvorni termoelektrični koeficijent legure, što rezultira postupnim smanjenjem izlaznog termoelektričnog potencijala i negativnim odstupanjem podataka mjerenja temperature. Visoko{7}}temperaturno okruženje također ubrzava rast unutarnjih zrna legiranih materijala, uništava jedinstvenu strukturu materijala i dodatno smanjuje stabilnost termoelektrične pretvorbe.
Termoparovi od plemenitih metala kao što su tip S i tip B imaju različite mehanizme starenja. Materijali od legure platine-rodija imaju izuzetno jaku otpornost na oksidaciju, a starenje na visokim-temperaturama uglavnom se očituje kao difuzija elementa rodija i segregacija komponenti. Dugotrajan-rad na ultra-visokoj temperaturi uzrokuje neravnomjernu raspodjelu unutarnjih komponenti legure, što rezultira linearnim odstupanjem termoelektričnih signala i sporim slabljenjem točnosti mjerenja. Iako je brzina starenja daleko manja od one kod termoparova od baznih metala, i dalje će doći do nepovratne degradacije performansi nakon dugotrajnog-kontinuiranog rada.
Parametri radne okoline izravno utječu na životni vijek termoelementa, uključujući radnu temperaturu, raspon temperaturnih fluktuacija, atmosfersko okruženje i intenzitet vibracija. Što je viša dugoročna-radna temperatura, to je brža brzina starenja; česti ciklusi porasta i pada temperature ubrzavaju starenje uslijed toplinskog zamora; oksidativne i korozivne atmosfere pogoršavaju materijalnu štetu; kontinuirane mehaničke vibracije potiču strukturno labavljenje i slabljenje performansi. Industrijski statistički podaci pokazuju da termoparovi tipa K koji rade na 1000 stupnjeva imaju efektivni životni vijek od oko 8000 sati, dok je radni vijek skraćen na manje od 3000 sati u okruženjima s čestim promjenama temperature.
Znanstveno predviđanje radnog vijeka i mehanizmi ranog upozorenja mogu se uspostaviti na temelju pravila starenja. Redovitim praćenjem podataka o kalibraciji može se procijeniti stupanj starenja termoparova: kada pogreška mjerenja dvostruko premaši početni standard preciznosti, komponente su ušle u fazu kvara starenja i potrebno ih je zamijeniti na vrijeme. U kombinaciji s radnim satima opreme i parametrima okoliša, ciklus zamjene različitih tipova termoparova može se točno predvidjeti kako bi se ostvarilo prediktivno održavanje.
Razumijevanje mehanizama starenja termoelementa na visokim-temperaturama i implementacija prediktivnog održavanja može učinkovito izbjeći greške u kontroli temperature uzrokovane neuspjehom starenja, održati dugo{1}}precizan i stabilan rad industrijske opreme za grijanje i smanjiti fluktuaciju kvalitete proizvodnje i ekonomske gubitke.
