Тепловое расширение является неизбежной физической характеристикой всех горячеканальных металлических компонентов во время циклов нагрева, а несовпадение коэффициентов теплового расширения между датчиками термопар, коллекторами и патрубками постепенно разрушает целостность контактов датчика и внутренние структуры проводов, становясь часто упускаемой из виду основной причиной постепенного температурного дрейфа и периодических неисправностей обрыва-цепи. Горячеканальные коллекторы и сопла изготавливаются из литейной стали, бериллиевой меди и латунных сплавов с высокой-проводимостью, каждый из которых имеет различную степень линейного теплового расширения в диапазоне от 12 ppm/градус до 22 ppm/градус. Оболочки термопар из нержавеющей стали и инконеля имеют более низкие коэффициенты расширения — около 8–10 ppm/градус. Когда система нагревается от температуры окружающей среды до рабочей температуры 280–380 градусов, коллектор и сопло расширяются наружу более резко, чем встроенный зонд термопары, создавая постоянное механическое выдавливание и натяжение узла датчика.
Подпружиненные-термопары на наконечниках сопел испытывают на себе основную тяжесть теплового расширения. При холодном запуске пружина поддерживает плотный контакт между соединением зонда и сердечником сопла; после нагрева металл сопла расширяется, растягивая внутреннюю пружину, уменьшая давление сжатия и образуя тонкие изолирующие воздушные зазоры. Повторяющиеся ежедневные циклы нагрева и охлаждения вызывают усталость пружины: после тысяч термических циклов пружина теряет способность к эластичному восстановлению и не может восстановить плотный контакт во время холодного запуска на следующее утро. Многие специалисты по пресс-формам регулируют момент затяжки винтов только во время первоначальной установки, игнорируя необходимость вторичной проверки момента затяжки после первого полного цикла нагрева, чтобы компенсировать ослабление, вызванное расширением-. Чрезмерное-затягивание винтов для противодействия расширению приводит к обратному повреждению: тепловое расширение сопла разрушает тонкий чувствительный переход внутри армированной оболочки, ломая внутренние провода термопары и вызывая сигнал тревоги TC OPEN в середине-производства.
Встроенные термопары коллектора с глубокими-карманами подвергаются повреждениям из-за трения при радиальном расширении. Глубокое отверстие коллектора расширяется в радиальном направлении при высокой температуре, сжимая вставленную броневую оболочку. Постоянное трение между внешней стенкой оболочки и металлом отверстия царапает защитный изоляционный слой из оксида магния, подвергая внутренние положительные и отрицательные термопровода контакту с землей и риску короткого-замыкания. Дешевые типовые термопары с тонкими стенками оболочки толщиной 0,6 мм изнашиваются в течение сотен термических циклов, в то время как в оригинальных датчиках высокого класса- используются утолщенные оболочки из инконеля толщиной 1,2 мм с полированными внешними поверхностями для уменьшения истирания при трении.
Тепловое расширение также повреждает внешние жгуты проводов термопары. Пластины формы расширяются и слегка смещаются во время нагрева, натягивая и скручивая фиксированные удлинительные кабели, проложенные через узкие проволочные каналы. Повторяющееся растягивающее напряжение создает микро-трещины внутри тонких проводов термопары, которые медленно распространяются до полного разрушения. Стандартные протоколы установки уменьшают повреждения, вызванные расширением, за счет трех ключевых шагов: оставляют осевой зазор 0,3–0,5 мм для встроенных датчиков, используют отвертки с ограничением крутящего момента-для установки стандартного давления монтажных винтов и оставляют провисание кабеля в кабельных каналах для компенсации смещения пресс-формы во время теплового расширения. Ежемесячное техническое обслуживание должно включать в себя проверку-разборки в холодном состоянии, проверку натяжения пружины и истирания поверхности оболочки, замену усталых пружин и поцарапанных датчиков до появления нестабильных показаний температуры. Правильная конструкция компенсации расширения продлевает срок службы термопар более чем на 100 % и устраняет 80 % неисправностей, связанных с периодическими колебаниями температуры в многогнездных горячеканальных формах.
