Wat veroorzaakt voortijdig falen van het thermokoppel?

Thermokoppels zijn apparaten die metaallegeringen gebruiken die bij blootstelling aan warmte een elektrische stroom produceren - door deze stroom te meten, kan deze als temperatuurmeter worden gebruikt. Thermokoppels worden bijvoorbeeld vaak gebruikt als regelaars in huisovens. Als solid state-apparaten zijn thermokoppels relatief veerkrachtig; voortijdig falen komt over het algemeen voort uit een combinatie van problemen.

Omdat een verandering in temperatuur resulteert in een kleine variatie in grootte over een lange tijdsperiode, deze constante uitzettingscycli en contractie kan "metaalmoeheid" veroorzaken. Met andere woorden, het thermokoppel wordt steeds minder veerkrachtig tot het uiteindelijk breekt. Dit proces kan worden gedetecteerd door het thermokoppel te controleren op ongebruikelijke metingen, vooral als het zich in een omgeving bevindt waar het wordt blootgesteld aan herhaalde hittestress of extreme temperaturen.

Als het thermokoppel een afgesloten omgeving is, zoals wordt gebruikt in bewakingsapparatuur met ultrahoge temperatuur, welke dan ook blootstelling aan de atmosfeer kan natuurlijke vervalprocessen verergeren, wat leidt tot voorbarig thermokoppel mislukking. Zuurstof in de omgeving reageert met het pure metaal van het thermokoppel, waardoor de draden dunner worden en potentieel brozer: naarmate de oxidatie erger wordt, komt er meer en meer van het thermokoppel aan bloot aanval. Zelfs een kleine hoeveelheid zuurstof kan problemen veroorzaken, dus een afgesloten thermokoppel moet regelmatig zijn omgeving laten controleren om er zeker van te zijn dat het niet is aangetast.

Zelfs als het thermokoppel niet erg gevoelig is voor atmosferische indringing (zoals met helium gevulde thermokoppels), kan het voortijdig worden beschadigd door verontreinigingen. Zwavel is vooral problematisch voor thermokoppels gemaakt van puur nikkel; bij hoge temperaturen reageert het met het nikkel om nikkelsulfide te vormen. Veel problemen die leiden tot voortijdig falen van het thermokoppel - inclusief metaalmoeheid - kunnen worden verergerd door onzuiverheden in het thermokoppel, veroorzaakt tijdens het fabricageproces of door een gebruikersfout bij het installeren of hanteren van de apparaat.

Een van de belangrijkste oorzaken van voortijdig falen van het thermokoppel is simpelweg een slechte installatie, waardoor elk ander probleem veel erger kan worden. Thermokoppels moeten nauwkeurig worden geplaatst en beschermd. Anders kunnen ze worden blootgesteld aan spanningen die hun ontwerptoleranties overschrijden, of ze kunnen in contact worden gebracht met chemicaliën die de effectiviteit of sterkte van hun materialen verminderen. Dit geldt met name voor thermokoppels voor thuis, die vaak in ovenkamers worden geplaatst die de netheid en uniformiteit van een wetenschappelijk laboratorium missen.