維薩拉(Vaisala)DMT143在液氮或液化氮?dú)鈶?yīng)用中損壞,根本原因幾乎總是“熱沖擊"和“冷凝",而不是傳感器本身的質(zhì)量問題。液氮的及端低溫(-196°C)和其物理特性,對(duì)任何電子測(cè)量設(shè)備都是極惡劣嚴(yán)酷的環(huán)境。以下是導(dǎo)致DMT143損壞的詳細(xì)原因分解:
核心原因:劇烈的熱沖擊與冷凝(這是損壞的最主要、最常見的原因。)
1.原理:當(dāng)DMT143探頭(通常處于室溫或更高溫度)突然插入或暴露在液氮或極低溫的氮?dú)猸h(huán)境中時(shí),其金屬部件和內(nèi)部的傳感器會(huì)以極快的速度收縮。
2.機(jī)械應(yīng)力:不同材料(如不銹鋼外殼、陶瓷基底、硅傳感器芯片)的熱膨脹系數(shù)不同,它們收縮的速率和程度不同。這種不均勻的劇烈收縮會(huì)產(chǎn)生巨大的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力,可能導(dǎo)致:
1)敏感的DRYCAP®濕度傳感器薄膜開裂或脫層。
2)微小的焊點(diǎn)斷裂。
3)密封處失效,破壞探頭的完整性。
3.冷凝與結(jié)冰:探頭在插入過程中,其溫度會(huì)迅速?gòu)氖覝亟抵?196°C。空氣中的水蒸氣會(huì)瞬間在探頭的任何部位凝結(jié)并凍結(jié)成堅(jiān)硬的冰。如果冰在探頭內(nèi)部形成,其膨脹力足以摧毀精密的電子結(jié)構(gòu)。
液氮的挑戰(zhàn):“反轉(zhuǎn)溫度"與沸騰(這是一個(gè)容易被忽略但至關(guān)重要的物理現(xiàn)象。)
1.問題:在常壓下,液氮的溫度(-196°C)遠(yuǎn)低于氮?dú)獾姆悬c(diǎn)(-195.8°C)。當(dāng)您將室溫的物體放入液氮時(shí),會(huì)發(fā)生劇烈的“閃蒸"沸騰,物體表面會(huì)瞬間被一層氣態(tài)氮?dú)獍鼑ㄈR頓弗羅斯特笑應(yīng))。
2.對(duì)測(cè)量的影響:DMT143是用來測(cè)量氣體中的露點(diǎn)溫度的。然而,在液氮中,探頭感知到的實(shí)際上是它自身與液氮之間那層沸騰氣態(tài)氮的濕度特性,而不是液氮本身的屬性。這層氣體的狀態(tài)極不穩(wěn)定,會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)劇烈波動(dòng)且不準(zhǔn)確。
3.間接損壞:這種劇烈的沸騰和熱交換會(huì)加劇上述的熱沖擊。
其他損壞原因:
1.液態(tài)水的“液滴沖擊":
即使系統(tǒng)通的是氮?dú)猓绻麣庠椿蚬艿乐泻兴郑诘蜏叵逻@些水分會(huì)凝結(jié)并凍結(jié)。
當(dāng)冰冷的探頭遇到這些水滴,或冰融化后重新凝結(jié),液態(tài)水撞擊傳感器薄膜會(huì)產(chǎn)生巨大應(yīng)力,直接撕裂薄膜。
2.物理?yè)p傷:
液氮的劇烈沸騰會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。
如果探頭直接接觸到容器壁或其他堅(jiān)硬物體,在極低溫下金屬會(huì)變脆,容易因輕微的碰撞而損壞。
3.電纜脆化:
標(biāo)準(zhǔn)電纜的護(hù)套(如PVC)在液氮溫度下會(huì)變得像玻璃一樣脆,輕輕一彎就會(huì)斷裂或破裂,導(dǎo)致短路或測(cè)量中斷。