رانش حرارتی یکی از مهمترین منابع خطا استسیستم های مهندسی دقیق. این ناشی از تفاوتهای انبساط مواد، نوسانات محیطی و تولید گرمای داخلی است که منجر به انحراف موقعیت در مقیاس میکرو{1}} یا نانومتر میشود.
در تولید{0}دقیق و سیستمهای اندازهشناسی، تغییر دما یکی از دشوارترین عوامل برای کنترل است. حتی نوسانات کوچک در دمای محیط می تواند منجر به جابجایی قابل اندازه گیری در سازه های مکانیکی شود.
رانش حرارتی به این دلیل رخ می دهد که مواد مختلف با سرعت های مختلف منبسط یا منقبض می شوند. هنگامی که یک سیستم حاوی مواد مخلوطی مانند فولاد، آلومینیوم، گرانیت یا سرامیک باشد، هر یک از اجزاء به طور متفاوتی نسبت به تغییرات دما واکنش نشان میدهند. این عدم تطابق منجر به تنش درونی و انحراف هندسی می شود.
در تجهیزات بازرسی نیمه هادی و سیستم های نوری{0}بالا، این اثر حیاتی می شود. تغییر تنها 0.1 درجه میتواند خطای اندازهگیری قابل تشخیص را در سیستمهای{3}}با وضوح بالا ایجاد کند.
برای کاهش رانش حرارتی، مهندسان معمولاً از ترکیبی از استراتژیها استفاده میکنند:
- انتخاب مواد با انبساط حرارتی کم
- کنترل دما و رطوبت محیط
- استفاده از تقارن ساختاری برای متعادل کردن تغییر شکل
- استفاده از الگوریتمهای جبران{0}زمان واقعی
در میان مواد انتخابی، گرانیت و سرامیک های فنی به دلیل رفتار انبساط حرارتی نسبتاً کم در مقایسه با فلزات، به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. با این حال، پایداری مواد غیرفعال نسبت به جبران نرم افزار به تنهایی قابل اعتمادتر است.
مقایسه انبساط حرارتی معمولی:
گرانیت: کم
سرامیک: بسیار کم
فولاد: متوسط-بالا
آلومینیوم: بالا
در سیستمهای{0}بالا، انتخاب مواد اغلب اولین و مهمترین مرحله در کنترل خطای حرارتی است.
سوالات متداول:
آیا نرم افزار می تواند رانش حرارتی را به طور کامل حذف کند؟
خیر، فقط تا حدی می تواند آن را جبران کند.
چرا از سرامیک در اپتیک-بالا استفاده می شود؟
زیرا انبساط حرارتی بسیار کمی دارد.
آیا جریان هوا بر پایداری حرارتی تأثیر می گذارد؟
بله، گردش هوا می تواند شیب دما را ایجاد کند.
آیا گرانیت از نظر حرارتی به اندازه کافی برای سیستم های دقیق پایدار است؟
بله، برای بسیاری از کاربردهای ساختاری.
منبع اصلی رانش حرارتی چیست؟
تغییرات دمای محیط
آیا رانش حرارتی را می توان به طور کامل حذف کرد؟
خیر، فقط به حداقل رسیده و کنترل شده است.