سنسورهای دما که در لوازم خانگی با دمای بالا مانند فر، گریل و مایکروویو استفاده می‌شوند، به دقت و قابلیت اطمینان بسیار بالایی در تولید نیاز دارند، زیرا مستقیماً با ایمنی، راندمان انرژی، اثر پخت و پز و طول عمر تجهیزات مرتبط هستند. موارد کلیدی که در طول تولید به بیشترین توجه نیاز دارند عبارتند از:
I. عملکرد اصلی و قابلیت اطمینان
- محدوده دما و دقت:
- تعریف الزامات:حداکثر دمایی که سنسور باید اندازه‌گیری کند را دقیقاً مشخص کنید (مثلاً فرها تا دمای ۳۰۰ درجه سانتیگراد به بالا، محدوده‌های بالقوه بالاتر، دمای محفظه مایکروویو معمولاً پایین‌تر اما به سرعت گرم می‌شود).
- انتخاب مواد:تمام مواد (عنصر حسگر، عایق، محفظه، سیم‌ها) باید حداکثر دمای عملیاتی به علاوه یک حاشیه ایمنی را در درازمدت بدون کاهش عملکرد یا آسیب فیزیکی تحمل کنند.
- دقت کالیبراسیون:در طول تولید، جداسازی و کالیبراسیون دقیق را اجرا کنید تا اطمینان حاصل شود که سیگنال‌های خروجی (مقاومت، ولتاژ) در کل محدوده کاری (به ویژه نقاط بحرانی مانند ۱۰۰ درجه سانتیگراد، ۱۵۰ درجه سانتیگراد، ۲۰۰ درجه سانتیگراد، ۲۵۰ درجه سانتیگراد) با دمای واقعی مطابقت دارند و استانداردهای دستگاه (معمولاً ±۱٪ یا ±۲ درجه سانتیگراد) را رعایت می‌کنند.
- زمان پاسخ حرارتی:طراحی (اندازه پروب، ساختار، تماس حرارتی) را بهینه کنید تا به سرعت پاسخ حرارتی مورد نیاز (ثابت زمانی) برای واکنش سریع سیستم کنترل دست یابید.
- پایداری و طول عمر طولانی مدت:
- پیری مواد:موادی را انتخاب کنید که در برابر فرسودگی ناشی از دمای بالا مقاوم باشند تا از پایداری عناصر حسگر (مانند ترمیستورهای NTC، RTDهای پلاتینی، ترموکوپل‌ها)، عایق‌ها (مانند سرامیک‌های دما بالا، شیشه‌های مخصوص) و کپسوله‌سازی با حداقل رانش در طول قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دمای بالا، اطمینان حاصل شود.
- مقاومت در برابر چرخه حرارتی:حسگرها چرخه‌های مکرر گرمایش/سرمایش (روشن/خاموش) را تحمل می‌کنند. ضرایب انبساط حرارتی (CTE) مواد باید سازگار باشند و طراحی سازه باید در برابر تنش حرارتی ناشی از آن مقاومت کند تا از ترک خوردن، لایه لایه شدن، شکستن سرب یا رانش جلوگیری شود.
- مقاومت در برابر شوک حرارتی:به خصوص در مایکروویوها، باز کردن درب برای اضافه کردن غذای سرد می‌تواند باعث افت سریع دمای محفظه شود. حسگرها باید در برابر چنین تغییرات سریع دما مقاومت کنند.
دوم. انتخاب مواد و کنترل فرآیند
- مواد مقاوم در برابر دمای بالا:
- عناصر حسگر:NTC (رایج، نیازمند فرمولاسیون ویژه دما بالا و کپسوله‌سازی شیشه‌ای)، Pt RTD (پایداری و دقت عالی)، ترموکوپل نوع K (مقرون به صرفه، طیف وسیع).
- مواد عایق:سرامیک‌های مقاوم در برابر حرارت بالا (آلومینا، زیرکونیا)، کوارتز ذوب‌شده، شیشه‌های مخصوص مقاوم در برابر حرارت بالا، میکا، PFA/PTFE (برای دماهای مجاز پایین‌تر). باید مقاومت عایقی کافی را در دماهای بالا حفظ کنند.
- مواد محفظه/پوشش:فولاد ضد زنگ (304، 316 رایج)، اینکونل، لوله‌های سرامیکی دما بالا. باید در برابر خوردگی و اکسیداسیون مقاوم باشند و استحکام مکانیکی بالایی داشته باشند.
- سیم‌ها/کابل‌ها:سیم‌های آلیاژی با دمای بالا (مثلاً نیکروم، کانتال)، سیم مسی با روکش نیکل (با عایق دمای بالا مانند فایبرگلاس، میکا، PFA/PTFE)، کابل جبران خسارت (برای شرایط و ضوابط). عایق باید مقاوم در برابر دما و ضد شعله باشد.
- لحیم کاری/اتصال:از لحیم با دمای بالا (مثلاً لحیم نقره) یا روش‌های بدون لحیم مانند جوشکاری لیزری یا پرس استفاده کنید. لحیم استاندارد در دمای بالا ذوب می‌شود.
- طراحی سازه و آب‌بندی:
- مقاومت مکانیکی:ساختار پروب باید مقاوم باشد تا در برابر تنش نصب (مثلاً گشتاور هنگام قرار دادن) و ضربات/لرزش‌های عملیاتی مقاومت کند.
- هرمسیتی/آب‌بندی:
- جلوگیری از نفوذ رطوبت و آلودگی:جلوگیری از نفوذ بخار آب، چربی و بقایای مواد غذایی به داخل حسگر - که یکی از دلایل اصلی خرابی (اتصال کوتاه، خوردگی، رانش) است - به ویژه در محیط‌های بخارآلود/چرب فر/اجاق گاز، ضروری است.
- روش‌های آب‌بندی:آب‌بندی شیشه به فلز (با قابلیت اطمینان بالا)، اپوکسی دمای بالا (نیازمند انتخاب دقیق و کنترل فرآیند)، لحیم‌کاری/حلقه‌های اورینگ (اتصالات محفظه).
- مهر و موم خروج سرب:یک نقطه ضعف بحرانی که نیاز به توجه ویژه دارد (مثلاً آب‌بندهای مهره شیشه‌ای، پر کردن درزگیر با دمای بالا).
- پاکیزگی و کنترل آلاینده‌ها:
- محیط تولید باید گرد و غبار و آلاینده‌ها را کنترل کند.
- قطعات و فرآیندهای مونتاژ باید تمیز نگه داشته شوند تا از ورود روغن، باقیمانده‌های روان‌ساز و غیره که می‌توانند در دماهای بالا تبخیر، کربونیزه یا خورده شوند و عملکرد و طول عمر را کاهش دهند، جلوگیری شود.
III. ایمنی الکتریکی و سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) - به ویژه برای مایکروویوها
- عایق ولتاژ بالا:حسگرهای نزدیک مگنترون یا مدارهای HV در مایکروویوها باید عایق بندی شوند تا در برابر ولتاژهای بالای بالقوه (مثلاً کیلوولت) مقاومت کنند تا از خرابی جلوگیری شود.
- مقاومت در برابر تداخل مایکروویو / طراحی غیرفلزی (داخل حفره مایکروویو):
- انتقادی!حسگرهایی که مستقیماً در معرض انرژی مایکروویو قرار دارندنباید حاوی فلز باشد(یا قطعات فلزی به محافظ ویژه نیاز دارند)، در غیر این صورت ممکن است قوس الکتریکی، انعکاس مایکروویو، گرمای بیش از حد یا آسیب مگنترون رخ دهد.
- معمولاً استفاده کنیدترمیستورهای کاملاً سرامیکی (NTC)یا پروب‌های فلزی را خارج از موجبر/حفاظ نصب کنید، با استفاده از رساناهای حرارتی غیرفلزی (مثلاً میله سرامیکی، پلاستیک دما بالا) برای انتقال گرما به یک پروب حفره‌ای.
- همچنین کابل‌ها برای محافظت و فیلتر کردن به توجه ویژه نیاز دارند تا از نشت یا تداخل انرژی مایکروویو جلوگیری شود.
- طراحی EMC:سنسورها و سیم‌ها نباید تداخل (تابشی) ایجاد کنند و باید در برابر تداخل (ایمنی) سایر اجزا (موتورها، SMPS) برای انتقال پایدار سیگنال مقاومت کنند.
IV. تولید و کنترل کیفیت
- کنترل دقیق فرآیند:مشخصات دقیق و رعایت دقیق دما/زمان لحیم کاری، فرآیندهای آب بندی، پخت کپسوله سازی، مراحل تمیز کردن و غیره.
- آزمایش جامع و سوختگی:
- کالیبراسیون و تست عملکردی ۱۰۰٪:خروجی را در محدوده مشخصات در چندین نقطه دمایی تأیید کنید.
- سوختن در دمای بالا:برای تشخیص زودهنگام خرابی‌ها و تثبیت عملکرد، دستگاه را کمی بالاتر از حداکثر دمای کاری خود کار کنید.
- تست چرخه حرارتی:شبیه‌سازی استفاده واقعی با تعداد زیادی (مثلاً صدها) چرخه‌های بالا/پایین برای تأیید یکپارچگی و پایداری ساختاری.
- آزمایش عایق و های-پات:استحکام عایق بین سیم‌ها و بین سیم‌ها/محفظه را آزمایش کنید.
- آزمایش یکپارچگی پلمپ:به عنوان مثال، آزمایش نشتی هلیوم، آزمایش زودپز (برای مقاومت در برابر رطوبت).
- آزمایش مقاومت مکانیکی:به عنوان مثال، نیروی کشش، آزمایش خمش.
- آزمایش‌های مخصوص مایکروویو:قوس الکتریکی، تداخل میدان مایکروویو و خروجی نرمال را در محیط مایکروویو آزمایش کنید.
V. انطباق و هزینه
- رعایت استانداردهای ایمنی:محصولات باید گواهینامه‌های ایمنی اجباری برای بازارهای هدف (مثلاً UL، cUL، CE، GS، CCC، PSE، KC) را برآورده کنند که الزامات دقیقی برای مواد، ساخت و آزمایش حسگرهای حرارتی دارند (مثلاً UL 60335-2-9 برای فرها، UL 923 برای مایکروویوها).
- کنترل هزینه:صنعت لوازم خانگی به شدت به هزینه حساس است. طراحی، مواد و فرآیندها باید بهینه شوند تا هزینه‌ها کنترل شوند و در عین حال عملکرد اصلی، قابلیت اطمینان و ایمنی تضمین گردد.
خلاصه
تولید حسگرهای دمای بالا برای فرها، اجاق گازها و مایکروویوهابر حل چالش‌های قابلیت اطمینان و ایمنی بلندمدت در محیط‌های سخت تمرکز دارد.این امر ایجاب می‌کند:
۱. انتخاب دقیق مواد:تمام مواد باید در برابر درجه حرارت بالا مقاومت کنند و در درازمدت پایدار بمانند.
2. آب بندی قابل اعتماد:جلوگیری کامل از ورود رطوبت و آلودگی بسیار مهم است.
۳. ساختار مستحکم:برای مقاومت در برابر تنش‌های حرارتی و مکانیکی.
۴. تولید دقیق و آزمایش‌های دقیق:اطمینان از عملکرد مطمئن و ایمن هر واحد در شرایط سخت.
۵. طراحی تخصصی (مایکروویو):رسیدگی به الزامات غیرفلزی و تداخل مایکروویو.
۶. رعایت مقررات:برآورده کردن الزامات صدور گواهینامه ایمنی جهانی.
نادیده گرفتن هر جنبه‌ای می‌تواند منجر به خرابی زودرس حسگر در محیط‌های نامناسب دستگاه شود، بر عملکرد پخت و پز و طول عمر دستگاه تأثیر بگذارد، یا بدتر از آن، باعث خطرات ایمنی شود (مثلاً فرار حرارتی که منجر به آتش‌سوزی می‌شود).در لوازم خانگی با دمای بالا، حتی یک خرابی جزئی سنسور می‌تواند عواقب فاجعه‌باری داشته باشد، و توجه دقیق به تک تک جزئیات ضروری است.
زمان ارسال: 7 ژوئن 2025