| AUTHOR | تاريخ الإنشاء | VERSION | رقم المستند |
|---|---|---|---|
| الدكتور بيتر مارشال | 9 فبراير 2017 | V1.5 | CC11 - 00107 |
المُقدّمة
تبحث هذه الورقة بالتفصيل في أفضل الزجاج لحماية سخانات كاسيت الكوارتز من Ceramicx مما يسمح بنقل أفضل من الأشعة تحت الحمراء. وهناك عدد من النظارات المختلفة المتاحة. ومع ذلك ، سيكون لها أطياف إرسال مميزة مختلفة بسبب اختلاف التراكيب. عن طريق ضبط طيف الانبعاث للعنصر على طيف إرسال الزجاج ، يمكن تحديد التركيبة المثلى لكفاءة الطاقة في عملية التسخين.
خدمة التوصيل
المواد 2.1
تم الحصول على خمسة أكواب كوارتز مختلفة ، كل منها بسمك 3 مم. كان الزجاج الأول هو زجاج الحماية القياسي Ceramicx Robax®. تم الحصول على زجاجين آخرين من مجموعة NextremaTM من Schott glass (المواد 712-3 و 724-3). تم الحصول على كأسين آخرين من طرف ثالث آخر. كانت شفافة مع لون رمادي خفيف ولون أبيض معتم أو مظهر متجمد.
تم تثبيت كل كأس أمام عنصر 500W ، 230V HQE مباشرة (الأبعاد: 123.5 x 62.5mm). تم وضع ملف التسخين داخل 6 من أنابيب زجاج الكوارتز المتوفرة في 7 مع ترك الأنبوب المركزي بدون تسخين. يظهر في الشكل 5 صورة لكل من نظارات 1 في الموقع على سخانات HQE
ورقة البيانات لأكواب Schott الثلاثة (NextremaTM 712-3 و NextremaTM 724-3 و Robax®) يوضح أطياف نقل الأشعة تحت الحمراء التي تظهر في الشكل 2. هذا يدل على أن NextremaTM 712-3 ينقل إشعاعات قليلة أو معدومة في الطيف المرئي ، بما يتمشى مع اللون الداكن للمادة ، في حين أن المزيد من الإشعاع ينتقل عن طريق NextremaTM 724-3 (لم يتم العثور على مصدر المرجع 2Error!) و Robax® نظارات. في الأطوال الموجية الأطول ، تكون نسبة الإشعاع المرسلة بواسطة مادة NextremaTM 724-3 أعلى من Robax® زجاج.
يحتوي سخان HQE 500W على ذروة كثافة الطاقة الطيفية (الانبعاثات) في النطاق الموجي لـ 2 - 4.2μm كما هو موضح في الطيف (لم يتم العثور على مصدر المرجع Error.). لذلك ، من المتوقع أن يُظهر الزجاج ذي ناقل الحركة الأكبر في هذه المنطقة أكبر تدفق حراري في التجربة. هذا مهم بشكل خاص في الأطوال الموجية المنخفضة والتي تكون أكثر نشاطًا من الأطوال الموجية الأطول.
طريقة شنومكس
تم تركيب السخانات داخل منصة هيرشل وتنشيطها. تم ضبط الجهد الكهربائي بحيث يكون خرج الطاقة 500 ± 1 W. وتم السماح للمدفئ بالتسخين لفترة 10 دقيقة قبل بدء الاختبار. تم اختبار كل سخان ثلاث مرات لزيادة الدقة.
2.3 هيرشيل
يفحص روبوت Ceramicx Herschel للتدفق الحراري إجمالي تدفق الحرارة (W.cm)-2) وهو الحادث على المستشعر. يمكن تركيب السخانات في Herschel وتحليلها باستخدام روتين تخطيط تدفق الحرارة بالأشعة تحت الحمراء 3D. يستخدم هذا النظام الآلي مستشعر الأشعة تحت الحمراء الذي يتم توجيهه آليًا حول نظام شبكة إحداثي محدد مسبقًا أمام باعث المدفأة قيد الاختبار. يحتوي المستشعر على مستوى تدفق الحرارة الأقصى 2.3 W.cm-2 ويقيس الأشعة تحت الحمراء في الفرقة ميكرومتر 0.4-10. نظام الإحداثيات عبارة عن شبكة مكعبة 500mm أمام باعث التدفئة ، انظر الشكل 3. يقوم الروبوت بتحريك المستشعر بزيادات 25mm على طول مسار أفعواني في الاتجاهين X و Z ، في حين يتم تثبيت باعث التسخين على عربة انزلاق تزيد بخطوات 100mm على طول الاتجاه Y.
يمكن تحويل نتائج الآلة إلى نسبة مئوية من إجمالي الطاقة المستهلكة التي يتم إرجاعها مع تدفق الحرارة المشع من المدفأة. هذا يتناقص مع زيادة المسافة من المدفأة حيث يتحول تدفق الحرارة المشع عن المدفأة.
النتائج
تُظهر نتائج الاختبار بعض البيانات المثيرة للاهتمام التي يجب تفسيرها جنبًا إلى جنب مع أطياف إرسال وانبعاث الزجاج وعناصر التسخين HQE من Ceramicx ، على التوالي. تم عمل جميع المخططات الكنتورية باستخدام مقياس الألوان نفسه لضمان المقارنة البصرية.
3.1 NextremaTM 712-3
يعرض هذا الزجاج الملون الغامق انتقال إشعاع ضئيل أو معدوم في الطيف المرئي (الشكل 2) ؛ ومع ذلك ، في الأطوال الموجية الأطول يكون أكثر شفافية. ينخفض الإرسال إلى أقل من 10٪ في النطاق الموجي من ≈ 2.8 - 3.2 ميكرومتر ، ولكنه يتعافى إلى 40٪ في منطقة النطاق 3.5 - 4.2 ميكرومتر.
تظهر النتائج أنه في 100mm ، هناك كثافة طاقة قصوى تبلغ 0.6 W.cm-2، كما هو مبين في الشكل 4. هذا يدل على أن ذروة تدفق الحرارة ، كما هو متوقع ، تأتي من مركز العنصر وتنخفض بشكل متناثر مع المسافة من مركز العنصر.
يمكن إنتاج قطعة أرض مماثلة لجميع المسافات من المدفأة ؛ ومع ذلك ، فإن الاتجاه العام لتقليل تدفق الحرارة من مركز العناصر هو نفسه.
وبالمثل ، تقل نسبة تدفق الحرارة الإشعاعية المسجلة مع زيادة المسافة من العنصر (على طول المحور ص) كما هو موضح في القسم 2.3. يظهر حجم هذا النقص في الشكل 5
3.2 NextremaTM 724-3
يعرض زجاج Nextrema TM الشفاف (724-3) ناتج تدفق حراري أعلى قليلاً من زجاج 712-3. هذا يرجع في المقام الأول إلى شفافيتها الأفضل (90٪) في المناطق المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء الأكثر نشاطًا (0.5 <<2.8 ميكرومتر). عند دمجها مع طيف الانبعاث لعنصر الكوارتز ، يتم رؤية تطابق أفضل وهو ما يؤكده تدفق الحرارة الأعلى المسجل في الخريطة (الشكل 6)
يتشابه انخفاض الطاقة المكتشف كدالة عن المسافة من المدفأة تمامًا مع ما هو موضح في الشكل 5 للعنصر نفسه مع زجاج الحماية 712-3.
3.3 Robax®
روباكس® يظهر الزجاج تدفق حرارة أعلى بشكل واضح عند النقطة المركزية للعنصر وهو خارج المقياس العام الذي تم تطبيقه ، كما هو مبين في الشكل 7. في هذه الحالة ، يبلغ ذروة تدفق الحرارة الإشعاعية 0.80 W.cm-2. يدل التدفق العالي للحرارة في المركز على انتقال أكبر بسبب ارتفاع درجة حرارة المصدر (أطوال موجات IR الأقصر).
سبب هذا الأداء الأفضل قليلاً هو زيادة إرسال الأشعة تحت الحمراء في النطاق الأساسي (0.4 <<2.8 ميكرومتر). بالنسبة لزجاج Robax® ، يحدث انخفاض ناقل الحركة بطول موجة أطول قليلاً مما يزيد من الإخراج من السخان. عرض النطاق الترددي المنخفض والضيق للإرسال في النطاق الثانوي (3.2 <<4.2 ميكرومتر) ليس له نفس التأثير لأن هذه الأطوال الموجية ليست نشطة مثل الأطوال الموجية الأقصر. التدفق الحراري الإجمالي المسجل عند 100 مم ، كما هو متوقع ، أعلى قليلاً من الزجاج الذي تم فحصه في القسمين 3.1 و 3.2 بسبب خصائص النقل المعززة للزجاج. هذا موضح في الشكل 8 أدناه.
3.4 زجاج بلوري
يوضح الشكل 9 خريطة تدفق الحرارة لمسخن الزجاج المصنفر المحمي. هذا يدل على وجود نمط مماثل من انبعاث الطاقة من سخان لتلك المذكورة أعلاه. حجم تدفق الحرارة المكتشف أعلى من تلك الموجودة في NextremaTM حماية ولكن أقل من ذلك من Robax® زجاج. نظرًا لعدم توفر طيف إرسال لهذه المادة ، لا يمكن إعطاء نظرة ثاقبة للأسباب الكامنة وراء ذلك.
مع زيادة المسافة بين باعث ومستشعر تدفق الحرارة ، يقع تدفق الحرارة المكتشف. نسبة تدفق الحرارة المكتشفة في 100mm أقل من Robax® الزجاج الذي يظهر في الشكل 7 ، ولكنه أعلى من NextremaTM نظارات.
3.5 زجاج شفاف
يوضح الشكل 11 خريطة تدفق الحرارة للزجاج الشفاف. يُظهر هذا اختلافًا بسيطًا للغاية في المادة الزجاجية المتجمدة التي تم فحصها في القسم 3.4 ، مما يدل على حدوث تغيير طفيف جدًا في طيف إرسال الزجاج في منطقة نطاق الموجات النشطة (2-4.2μm).
إجمالي تدفق الحرارة مرتفع قليلاً مقارنةً بالزجاج المصنفر ؛ ومع ذلك ، فإنه لا يزال أقل من Robax® زجاج. بدون بيانات طيف الإرسال ، لا يمكن تقديم تفسير لهذه الملاحظة.
يوضح الجدول 1 متوسط الحد الأقصى لتدفق الحرارة الذي تم تسجيله للعنصر عبر الاختبارات الثلاثة التي أجريت وكذلك متوسط نسبة التدفق الحراري المسجل في 100 و 200mm من سطح العنصر. هذا يدل على أن اثنين من NextremaTM وأداء النظارات متجمد ضعيف ، ومع ذلك ، هناك القليل لفصل روباكس® ونظارات شفافة.
تحدث ظاهرة القياس أثناء تخطيط تدفق الحرارة حيث تكون القراءة الأولية التي يتم إجراؤها قيمة مرجعية وتعيين صفر ويتم قياس كل قيمة مسجلة بالنسبة لذلك. عند فواصل زمنية قصيرة ، يمكن بالتالي تسجيل تدفق الحرارة على أنه سلبي مما يؤدي إلى ظهور المناطق غير الملونة في مخططات الكفاف.
يكشف تطبيع البيانات الخام أن نظارات Robax® وشفافة هي بالفعل أكثر الزجاج كفاءة في إرسال الإشعاع كما هو موضح في الجدول 2.
نظرًا لعدم توفر بيانات طيفية للزجاج الشفاف ، لا يمكن إعطاء سبب محدد لسبب حدوث الاختلاف بين هذا و Robax® وما إذا كان مستوى الشفافية في منطقة الرؤية المرئية / القريبة من الأشعة تحت الحمراء (0.5 - 2.8μm) أو في منطقة الموجة المتوسطة (≥3 μm).
من الملاحظ أن الحد الأقصى لتدفق الحرارة المسجّل في Robax® أعلى من الزجاج الشفاف. قد يكون هذا مؤشراً على حدوث تغيير في شفافية الأشعة تحت الحمراء كدالة لدرجة الحرارة ، مع Robax® تصبح أكثر شفافية في درجات الحرارة المرتفعة في الجزء المركزي من العنصر.
وفي الختام
نتائج التجربة أعلاه تبين أن روباكس® يمتلك الزجاج ، الذي تستخدمه سيراميك حاليًا لحماية سخاناته ، أحد أفضل خصائص نقل الأشعة تحت الحمراء لسخانات كاسيت الكوارتز. هذا لأن طيف النقل لهذا الزجاج يكون بحد أقصى في النطاق الموجي النشط للمدفأة.
من أجل التسخين الأمثل ، يجب مطابقة طيف الإرسال لزجاج الحماية مع طيف انبعاث السخان الذي يقوم بحمايته. في هذه الحالة ، يجب أن يكون الزجاج شفافًا قدر الإمكان في النطاق الموجي 1 - 3.2 ميكرومتر.
تجدر الإشارة إلى أن كثافة طاقة العنصر ومجموعة متنوعة من العوامل الأخرى سوف تؤثر على نتائج هذه التجربة. في حالة تغيير الطاقة لكل وحدة مساحة للعنصر ، ستتغير النتائج. علاوة على ذلك ، فإن النتائج المشار إليها في هذه التجربة ليست ممثلة لتكوين نوع الصوانى.
1 يتمتع 1000W FQE و 500W HQE بنفس كثافة الطاقة وبالتالي خصائص الانبعاثات المماثلة
إخلاء المسئولية
يجب النظر في نتائج الاختبار هذه بعناية قبل تحديد نوع باعث الأشعة تحت الحمراء المطلوب استخدامه في العملية. قد لا تحقق الاختبارات المتكررة التي أجرتها شركات أخرى نفس النتائج. هناك احتمال للخطأ في تحقيق شروط الإعداد والمتغيرات التي قد تغير النتائج ما يلي: العلامة التجارية للباعث المستخدم ، وكفاءة الباعث ، والطاقة المزودة ، والمسافة من المادة المختبرة إلى الباعث المستغلة ، بيئة. قد تختلف أيضًا المواقع التي يتم فيها قياس درجات الحرارة وبالتالي تؤثر على النتائج.
