Pertimbangan Vakum dan Keluar Gas untuk -196 darjah Pemanas Kartrij
Bilik simulasi angkasa dan peralatan penyelidikan vakum-tinggi memberikan satu set cabaran unik yang melampaui keperluan pemanasan kriogenik standard. Dalam vakum, haba tidak boleh bergerak melalui perolakan-semua pemanasan mestilah sama ada radiasi atau konduktif. Perubahan asas dalam dinamik pemindahan haba ini mengubah sepenuhnya cara pemanas kartrij [pemanas kartrij] berfungsi, dan masalah hanya berganda apabila peralatan juga beroperasi pada suhu nitrogen cecair.
Masalah keluar gas menyebabkan ramai jurutera tidak berjaga-jaga. Apabila dipanaskan, bahan yang digunakan untuk membina pemanas kartrij standard boleh membebaskan bahan kimia yang tidak menentu yang mencemarkan ruang vakum atau meninggalkan mendapan pada permukaan optik. Dalam aplikasi simulasi ruang, hidrogen dan karbon monoksida boleh datang daripada bahan pukal dan bahan cemar permukaan, mendap pada permukaan optik sejuk dan merendahkan keberkesanannya. Ini bukan kebimbangan teori-ini ialah mod kegagalan praktikal yang telah merosakkan kempen percubaan yang tidak terkira banyaknya dan melambatkan projek aeroangkasa kritikal.
Pemilihan bahan dalam persekitaran vakum mengikut peraturan yang berbeza daripada aplikasi atmosfera. Keluli tahan karat 304, cukup sempurna untuk pemanasan industri am, mengeluarkan terlalu banyak gas dalam vakum melainkan dirawat secara khusus. Walaupun dengan penggilap elektrik dan pembakar vakum, 304 masih tidak mencukupi untuk kerja simulasi ruang yang sensitif. Struktur mikro 316L yang distabilkan dengan kandungan karbon rendah berprestasi lebih baik dalam vakum, dan apabila vakum-dicetuskan untuk mengeluarkan bahan meruap, kadar gas keluarnya menjadi boleh diterima untuk banyak aplikasi.
Untuk aplikasi optik atau instrumen kritikal, Inconel 600 dan 625 menjadi bahan pilihan. Aloi kromium nikel-ini mengekalkan ketulenan yang sangat baik dan skala oksida yang stabil yang mengeluarkan sedikit gas. Perbezaan dalam prestasi keluar gas adalah mengejutkan-Inconel yang disediakan dengan betul boleh mencapai 10⁻¹² Torr-liter/saat-cm², manakala 304 yang kurang disediakan hanya boleh mencapai 10⁻⁸ atau lebih teruk. Itulah perbezaan 10,000 kali ganda yang menentukan sama ada simulasi ruang berfungsi atau gagal.
Tingkah laku elektrik juga berubah secara mendadak dalam vakum. Terminal yang berpenebat secukupnya di udara boleh melengkung merentasi dalam vakum, terutamanya pada suhu tinggi di mana gas keluar dan perubahan bahan berlaku. Pemanas kartrij vakum khusus [pemanas katrij] menggunakan laluan rayapan lanjutan-jarak yang lebih jauh di sepanjang permukaan penebat-untuk mengelakkan kerosakan. Kaedah pengedap standard juga gagal dalam keadaan vakum. Pengedap organik seperti silikon atau epoksi tidak boleh digunakan kerana ia mengeluarkan gas. Pengedap hermetik dengan struktur kaca-ke-logam atau seramik menjadi wajib.
Ketiadaan penyejukan perolakan dalam vakum bermakna pengurusan haba memerlukan pemikiran yang berbeza. Haba hanya boleh keluar melalui pengaliran ke permukaan pelekap atau sinaran ke permukaan sekeliling. Ini menjadikan kecerunan terma dalam pemanas lebih teruk, terutamanya semasa permulaan awal dari -196 darjah . Kecerunan suhu lebih daripada 800 darjah Celsius setiap sentimeter boleh terbentuk merentasi antara muka bahan dalam saat pertama operasi. Dalam vakum, tanpa udara untuk menyederhanakan kecerunan ini, tekanan renjatan haba bertambah kuat.
Kemasan permukaan memainkan peranan penting dalam prestasi vakum. Penggilapan elektrik menghasilkan permukaan licin dan pasif dengan pencemaran terperangkap yang minimum. Penggilapan mekanikal meninggalkan kerja-lapisan permukaan yang mengeras dengan ciri keluar gas yang lebih lemah. Pempasifan kimia menstabilkan lapisan oksida. Rawatan permukaan ini, digabungkan dengan pemilihan bahan asas, menentukan sama ada pemanas mencemarkan persekitaran vakum atau mengekalkan piawaian kebersihan yang diperlukan.
Untuk-tetapan penyelidikan vakum yang tinggi, pensijilan bahan yang menunjukkan kadar keluar gas menjadi dokumentasi penting. Pembinaan gas keluar-rendah khusus menggunakan-ketulenan tinggi magnesium oksida, bahan pengedap yang dipilih dengan teliti dan pembakar vakum selepas pembuatan untuk meminimumkan pelepasan yang tidak menentu. Sesetengah aplikasi memerlukan pemanas dengan termokopel terbina dalam-untuk maklum balas suhu langsung, tetapi simpang termokopel mesti diasingkan secara elektrik daripada litar pemanas untuk mengelakkan gelung pembumian dan ralat pengukuran.
Sifat sinaran haba permukaan pemanas juga penting dalam vakum. Pemancaran permukaan mengawal keberkesanan pemindahan haba melalui sinaran. Permukaan teroksida mengeluarkan banyak haba, manakala logam yang digilap mengeluarkan sangat sedikit. Mengoptimumkan rawatan permukaan sarung pemanas untuk sama ada kecekapan sinaran atau gas keluar yang rendah memerlukan keputusan-perdagangan yang teliti.
Pada akhirnya, menentukan pemanas kartrij [pemanas kartrij] untuk gabungan perkhidmatan kriogenik dan vakum memerlukan lebih jauh daripada tawaran katalog standard. Gabungan kesejukan melampau, kekangan keluar gas vakum dan pemindahan haba-yang didominasi sinaran mewujudkan keperluan yang hanya dapat dipenuhi oleh kejuruteraan khusus.
