Meccanismo di invecchiamento della termocoppia e previsione della durata utile nel funzionamento ad alta-temperatura
Il funzionamento a lungo termine ad-alte{1}temperature è il principale fattore che porta all'attenuazione e al guasto delle prestazioni della termocoppia. Diversamente dal danno strutturale improvviso, l'invecchiamento della termocoppia è un processo di cambiamento fisico e chimico lento e irreversibile, con graduale attenuazione della precisione e della stabilità della misurazione della temperatura. La maggior parte delle aziende sostituisce le termocoppie solo dopo un guasto completo, con la conseguente esistenza a lungo termine di stati di controllo della temperatura imprecisi e di qualità del prodotto instabile. Padroneggiare il meccanismo di invecchiamento ad alta-temperatura delle termocoppie e i metodi scientifici di previsione della durata di servizio aiuta a realizzare la manutenzione predittiva, eliminare in anticipo i rischi nascosti relativi alla qualità e garantire un funzionamento stabile a lungo-termine dei sistemi di riscaldamento.
Il meccanismo principale di invecchiamento ad alta-temperatura delle termocoppie in metalli non preziosi come il Tipo K e il Tipo J è l'ossidazione e la diffusione degli elementi di lega. Sotto il riscaldamento a lungo termine-ad alta-temperatura, gli elementi di cromo, silicio e ferro nei fili in lega subiscono una reazione di ossidazione continua ad alta-temperatura, formando strati di ossido sulla superficie del filo. Lo strato di ossido modifica il coefficiente termoelettrico originale della lega, con conseguente riduzione graduale del potenziale termoelettrico in uscita e deviazione negativa dei dati di misurazione della temperatura. L'ambiente ad alta-temperatura accelera inoltre la crescita interna dei grani dei materiali in lega, distrugge la struttura uniforme del materiale e riduce ulteriormente la stabilità della conversione termoelettrica.
Le termocoppie in metalli preziosi come il Tipo S e il Tipo B hanno meccanismi di invecchiamento diversi. I materiali in lega di platino-rodio hanno una resistenza all'ossidazione estremamente forte e l'invecchiamento alle alte-temperature si manifesta principalmente come diffusione dell'elemento rodio e segregazione dei componenti. Il funzionamento a lungo termine-a temperature ultra{5}}ultra elevate provoca una distribuzione non uniforme dei componenti interni della lega, con conseguente deviazione lineare dei segnali termoelettrici e lenta attenuazione della precisione della misurazione. Sebbene la velocità di invecchiamento sia di gran lunga inferiore a quella delle termocoppie in metallo base, si verificherà comunque un degrado irreversibile delle prestazioni dopo un funzionamento continuo a lungo-termine.
I parametri dell'ambiente di lavoro influiscono direttamente sulla durata della termocoppia, tra cui la temperatura operativa, l'intervallo di fluttuazione della temperatura, l'ambiente atmosferico e l'intensità delle vibrazioni. Maggiore è la temperatura operativa a lungo-termine, più rapida sarà la velocità di invecchiamento; frequenti cicli di aumento e diminuzione della temperatura accelerano l’invecchiamento da fatica termica; le atmosfere ossidative e corrosive aggravano i danni materiali; le continue vibrazioni meccaniche favoriscono l’allentamento strutturale e l’attenuazione delle prestazioni. I dati statistici industriali mostrano che le termocoppie di tipo K che funzionano a 1000 gradi hanno una durata utile effettiva di circa 8000 ore, mentre la durata utile è ridotta a meno di 3000 ore in ambienti con frequenti cicli di temperatura.
La previsione scientifica della durata di servizio e i meccanismi di allerta precoce possono essere stabiliti sulla base delle norme sull’invecchiamento. Il monitoraggio regolare dei dati di calibrazione può giudicare il grado di invecchiamento delle termocoppie: quando l'errore di misurazione supera il doppio dello standard di precisione iniziale, i componenti sono entrati nella fase di invecchiamento e devono essere sostituiti in tempo. In combinazione con le ore di funzionamento delle apparecchiature e i parametri ambientali, è possibile prevedere con precisione il ciclo di sostituzione di diversi tipi di termocoppie per realizzare la manutenzione predittiva.
Comprendere i meccanismi di invecchiamento ad alta-temperatura della termocoppia e implementare la manutenzione predittiva può efficacemente evitare errori di controllo della temperatura causati da guasti dovuti all'invecchiamento, mantenere un funzionamento preciso e stabile a lungo-termine delle apparecchiature di riscaldamento industriale e ridurre le fluttuazioni della qualità della produzione e le perdite economiche.
