ข้อควรพิจารณาหลักในการผลิตเซ็นเซอร์อุณหภูมิสูงที่ใช้ในเตาอบ เตา และไมโครเวฟ

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิที่ใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนที่อุณหภูมิสูง เช่น เตาอบ เตาปิ้งย่าง และเตาไมโครเวฟ จำเป็นต้องมีความแม่นยำและความน่าเชื่อถือสูงมากในการผลิต เนื่องจากเกี่ยวข้องโดยตรงกับความปลอดภัย ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ประสิทธิภาพในการปรุงอาหาร และอายุการใช้งานของอุปกรณ์ ประเด็นสำคัญที่ต้องให้ความสำคัญมากที่สุดในระหว่างการผลิต ได้แก่:

I. ประสิทธิภาพหลักและความน่าเชื่อถือ

1. ช่วงอุณหภูมิและความแม่นยำ:
   • กำหนดข้อกำหนด:ระบุอุณหภูมิสูงสุดที่เซ็นเซอร์จำเป็นต้องวัดอย่างแม่นยำ (เช่น เตาอบที่มีอุณหภูมิสูงสุด 300°C+ ช่วงอุณหภูมิอาจสูงกว่า อุณหภูมิช่องไมโครเวฟโดยทั่วไปจะต่ำกว่าแต่ให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว)
   • การเลือกใช้วัสดุ:วัสดุทั้งหมด (องค์ประกอบการตรวจจับ ฉนวน การหุ้ม สายไฟ) จะต้องทนต่ออุณหภูมิการทำงานสูงสุดและระยะขอบความปลอดภัยในระยะยาวโดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลงหรือเกิดความเสียหายทางกายภาพ
   • ความแม่นยำในการสอบเทียบ:ใช้การจัดกลุ่มและการสอบเทียบที่เข้มงวดในระหว่างการผลิตเพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณเอาต์พุต (ความต้านทาน แรงดันไฟฟ้า) ตรงกับอุณหภูมิจริงอย่างแม่นยำตลอดช่วงการทำงานทั้งหมด (โดยเฉพาะจุดวิกฤตเช่น 100°C, 150°C, 200°C, 250°C) โดยเป็นไปตามมาตรฐานเครื่องใช้ (โดยทั่วไปคือ ±1% หรือ ±2°C)
   • เวลาตอบสนองความร้อน:ปรับปรุงการออกแบบ (ขนาดหัววัด โครงสร้าง การสัมผัสความร้อน) เพื่อให้ได้ความเร็วในการตอบสนองความร้อนตามต้องการ (ค่าคงที่ของเวลา) เพื่อให้ระบบควบคุมตอบสนองได้รวดเร็ว
2. เสถียรภาพและอายุการใช้งานยาวนาน:
   • การเสื่อมสภาพของวัสดุ:เลือกวัสดุที่ทนทานต่อการเสื่อมสภาพที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้แน่ใจว่าองค์ประกอบการตรวจจับ (เช่น เทอร์มิสเตอร์ NTC, Pt RTD, เทอร์โมคัปเปิล) ฉนวน (เช่น เซรามิกทนอุณหภูมิสูง กระจกพิเศษ) และการหุ้ม ยังคงมีเสถียรภาพโดยมีการดริฟต์น้อยที่สุดระหว่างการสัมผัสกับอุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน
   • ความต้านทานการหมุนเวียนความร้อน:เซ็นเซอร์ต้องทนต่อรอบการทำความร้อน/ความเย็นบ่อยครั้ง (เปิด/ปิด) ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ของวัสดุต้องเข้ากันได้ และการออกแบบโครงสร้างต้องทนทานต่อแรงเค้นความร้อนที่เกิดขึ้น เพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าว การแยกชั้น การแตกของตะกั่ว หรือการเลื่อนไหล
   • ความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ:โดยเฉพาะในเตาไมโครเวฟ การเปิดประตูเพื่อใส่อาหารเย็นอาจทำให้อุณหภูมิภายในช่องลดลงอย่างรวดเร็ว เซ็นเซอร์ต้องทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วเช่นนี้

II. การเลือกวัสดุและการควบคุมกระบวนการ

3. วัสดุที่ทนต่ออุณหภูมิสูง:
   • องค์ประกอบการตรวจจับ:NTC (ทั่วไป ต้องใช้สูตรพิเศษที่ทนอุณหภูมิสูงและหุ้มด้วยแก้ว), Pt RTD (มีเสถียรภาพและความแม่นยำที่ยอดเยี่ยม), เทอร์โมคัปเปิลชนิด K (คุ้มต้นทุน ช่วงกว้าง)
   • วัสดุฉนวน:เซรามิกทนอุณหภูมิสูง (อะลูมินา เซอร์โคเนีย) ควอตซ์หลอม แก้วทนอุณหภูมิสูงชนิดพิเศษ ไมกา PFA/PTFE (สำหรับอุณหภูมิที่ยอมรับได้ต่ำกว่า) ต้องรักษาความต้านทานฉนวนให้เพียงพอที่อุณหภูมิสูง
   • วัสดุหุ้ม/ตัวเรือน:ท่อสแตนเลส (304, 316 ทั่วไป) อินโคเนล และเซรามิกทนความร้อนสูง ต้องทนทานต่อการกัดกร่อน การเกิดออกซิเดชัน และมีความแข็งแรงเชิงกลสูง
   • สายนำ/สายไฟ:ลวดโลหะผสมทนความร้อนสูง (เช่น นิโครม แคนทัล) ลวดทองแดงชุบนิกเกิล (มีฉนวนทนความร้อนสูง เช่น ไฟเบอร์กลาส ไมกา PFA/PTFE) และสายชดเชย (สำหรับ T/C) ฉนวนต้องทนอุณหภูมิและทนไฟ
   • การบัดกรี/การต่อ:ใช้การบัดกรีที่อุณหภูมิสูง (เช่น การบัดกรีเงิน) หรือวิธีการแบบไม่ต้องบัดกรี เช่น การเชื่อมด้วยเลเซอร์หรือการจีบลวด การบัดกรีมาตรฐานจะละลายที่อุณหภูมิสูง
4. การออกแบบโครงสร้างและการปิดผนึก:
   • ความแข็งแรงเชิงกล:โครงสร้างหัววัดจะต้องแข็งแรงเพื่อทนต่อแรงกดในการติดตั้ง (เช่น แรงบิดขณะใส่) และการกระแทก/การสั่นสะเทือนขณะใช้งาน
   • ความแน่นหนา/การปิดผนึก:
     • การป้องกันความชื้นและสิ่งปนเปื้อน:จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องป้องกันไม่ให้ไอน้ำ ไขมัน และเศษอาหารแทรกซึมเข้าไปในเซ็นเซอร์ ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของความล้มเหลว (ไฟฟ้าลัดวงจร การกัดกร่อน การฟุ้งกระจาย) โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมเตาอบ/เตาที่มีไอน้ำหรือคราบน้ำมัน
     • วิธีการปิดผนึก:การปิดผนึกระหว่างแก้วกับโลหะ (ความน่าเชื่อถือสูง) อีพอกซีที่ทนอุณหภูมิสูง (ต้องเลือกและควบคุมกระบวนการอย่างเข้มงวด) การบัดกรี/โอริง (ข้อต่อตัวเรือน)
     • ซีลทางออกตะกั่ว:จุดอ่อนที่สำคัญที่ต้องได้รับความเอาใจใส่เป็นพิเศษ (เช่น ซีลลูกปัดแก้ว สารอุดซีลทนความร้อนสูง)
5. ความสะอาดและการควบคุมสารปนเปื้อน:
   • สภาพแวดล้อมการผลิตจะต้องควบคุมฝุ่นละอองและสารปนเปื้อน
   • ส่วนประกอบและกระบวนการประกอบจะต้องรักษาให้สะอาดเพื่อหลีกเลี่ยงการนำน้ำมัน สารตกค้างของฟลักซ์ ฯลฯ เข้ามา ซึ่งอาจระเหย กลายเป็นคาร์บอน หรือกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง ทำให้ประสิทธิภาพและอายุการใช้งานลดลง

     

III. ความปลอดภัยทางไฟฟ้าและความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) - โดยเฉพาะสำหรับไมโครเวฟ

6. ฉนวนไฟฟ้าแรงสูง:เซ็นเซอร์ใกล้แมกนีตรอนหรือวงจร HV ในไมโครเวฟจะต้องมีฉนวนหุ้มเพื่อทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงที่อาจเกิดขึ้นได้ (เช่น กิโลโวลต์) เพื่อป้องกันการเสียหาย
7. ความต้านทานการรบกวนของไมโครเวฟ / การออกแบบที่ไม่ใช่โลหะ (ภายในช่องไมโครเวฟ):
   • วิกฤต!เซ็นเซอร์ที่สัมผัสกับพลังงานไมโครเวฟโดยตรงต้องไม่ประกอบด้วยโลหะ(หรือชิ้นส่วนโลหะต้องมีการป้องกันพิเศษ) มิฉะนั้น อาจเกิดการอาร์ก การสะท้อนของไมโครเวฟ ความร้อนสูงเกินไป หรือความเสียหายของแมกนีตรอนได้
   • โดยทั่วไปใช้เทอร์มิสเตอร์หุ้มเซรามิกทั้งหมด (NTC)หรือติดตั้งหัววัดโลหะไว้ด้านนอกท่อนำคลื่น/โล่ โดยใช้ตัวนำความร้อนที่ไม่ใช่โลหะ (เช่น แท่งเซรามิก พลาสติกทนความร้อนสูง) เพื่อถ่ายเทความร้อนไปยังหัววัดโพรง
   • สายนำยังต้องได้รับความเอาใจใส่เป็นพิเศษในการป้องกันและการกรองเพื่อป้องกันการรั่วไหลหรือการรบกวนของพลังงานไมโครเวฟ
8. การออกแบบ EMC:เซ็นเซอร์และสายไฟไม่ควรปล่อยสัญญาณรบกวน (แผ่รังสี) และต้องทนทานต่อสัญญาณรบกวน (ภูมิคุ้มกัน) จากส่วนประกอบอื่นๆ (มอเตอร์, SMPS) เพื่อการส่งสัญญาณที่เสถียร

IV. การผลิตและการควบคุมคุณภาพ

9. การควบคุมกระบวนการที่เข้มงวด:ข้อมูลจำเพาะโดยละเอียดและการปฏิบัติตามอย่างเคร่งครัดสำหรับอุณหภูมิ/เวลาในการบัดกรี กระบวนการปิดผนึก การบ่มด้วยการหุ้ม ขั้นตอนการทำความสะอาด ฯลฯ
10. การทดสอบที่ครอบคลุมและการเบิร์นอิน:
    • การสอบเทียบและการทดสอบฟังก์ชัน 100%:ตรวจสอบเอาต์พุตภายในข้อกำหนดที่จุดอุณหภูมิหลายจุด
    • การเบิร์นอินที่อุณหภูมิสูง:ทำงานเหนืออุณหภูมิการทำงานสูงสุดเล็กน้อยเพื่อคัดกรองความล้มเหลวในระยะเริ่มต้นและรักษาประสิทธิภาพการทำงานให้คงที่
    • การทดสอบการหมุนเวียนความร้อน:จำลองการใช้งานจริงด้วยรอบสูง/ต่ำจำนวนมาก (เช่น หลายร้อยรอบ) เพื่อตรวจสอบความสมบูรณ์และเสถียรภาพของโครงสร้าง
    • การทดสอบฉนวนและ Hi-Pot:ทดสอบความแข็งแรงของฉนวนระหว่างสายนำและระหว่างสายนำ/ตัวเรือน
    • การทดสอบความสมบูรณ์ของซีล:เช่น การทดสอบการรั่วไหลของฮีเลียม การทดสอบหม้อความดัน (เพื่อความทนทานต่อความชื้น)
    • การทดสอบความแข็งแรงเชิงกล:เช่น แรงดึง การทดสอบการดัด
    • การทดสอบเฉพาะไมโครเวฟ:ทดสอบการเกิดอาร์ก การรบกวนของสนามไมโครเวฟ และเอาต์พุตปกติในสภาพแวดล้อมไมโครเวฟ

V. การปฏิบัติตามและต้นทุน

11. การปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัย:ผลิตภัณฑ์จะต้องเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยที่จำเป็นสำหรับตลาดเป้าหมาย (เช่น UL, cUL, CE, GS, CCC, PSE, KC) ซึ่งมีข้อกำหนดโดยละเอียดเกี่ยวกับวัสดุ การก่อสร้าง และการทดสอบเซนเซอร์ความร้อน (เช่น UL 60335-2-9 สำหรับเตาอบ UL 923 สำหรับไมโครเวฟ)
12. การควบคุมต้นทุน:อุตสาหกรรมเครื่องใช้ไฟฟ้ามีความอ่อนไหวต่อต้นทุนสูง การออกแบบ วัสดุ และกระบวนการต่างๆ จำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อควบคุมต้นทุน ควบคู่ไปกับการรับประกันประสิทธิภาพหลัก ความน่าเชื่อถือ และความปลอดภัย    

สรุป

การผลิตเซ็นเซอร์อุณหภูมิสูงสำหรับเตาอบ เตา และไมโครเวฟมุ่งเน้นไปที่การแก้ไขความท้าทายด้านความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยในระยะยาวในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงสิ่งนี้ต้องการ:

1. การเลือกวัสดุที่แม่นยำ:วัสดุทั้งหมดจะต้องทนต่ออุณหภูมิสูงและคงความเสถียรในระยะยาว
2. การปิดผนึกที่เชื่อถือได้:การป้องกันความชื้นและการเข้ามาของสารปนเปื้อนโดยเด็ดขาดถือเป็นสิ่งสำคัญที่สุด
3. โครงสร้างแข็งแรงทนทาน:เพื่อต้านทานความเครียดจากความร้อนและเชิงกล
4. การผลิตที่แม่นยำและการทดสอบที่เข้มงวด:เพื่อให้แน่ใจว่าทุกหน่วยทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือและปลอดภัยภายใต้สภาวะที่รุนแรง
5. การออกแบบเฉพาะ (ไมโครเวฟ):การตอบสนองข้อกำหนดที่ไม่ใช่โลหะและการรบกวนไมโครเวฟ
6. การปฏิบัติตามกฎระเบียบ:ตอบสนองความต้องการการรับรองความปลอดภัยระดับโลก

การละเลยด้านใดด้านหนึ่งอาจทำให้เซ็นเซอร์เสียหายก่อนเวลาอันควรในสภาพแวดล้อมเครื่องใช้ที่รุนแรง ส่งผลต่อประสิทธิภาพในการปรุงอาหารและอายุการใช้งานของอุปกรณ์ หรือแย่กว่านั้น อาจทำให้เกิดอันตรายต่อความปลอดภัยได้ (เช่น ความร้อนสูงเกินจนอาจเกิดไฟไหม้ได้)ในอุปกรณ์ที่มีอุณหภูมิสูง แม้แต่ความล้มเหลวของเซ็นเซอร์เพียงเล็กน้อยก็อาจก่อให้เกิดผลกระทบตามมาได้ ดังนั้นการใส่ใจในทุกรายละเอียดอย่างพิถีพิถันจึงมีความจำเป็น