तत्व संरक्षण के लिए उपयोग किए जाने वाले पांच क्वार्ट्ज ग्लास का तुलनात्मक अध्ययन

लेखक	निर्माण की तिथि	VERSION	दस्तावेज़ संख्या
डॉ। पीटर मार्शल	9 फ़रवरी 2017	V1.5	CC11 - 00107

परिचय

यह कागज सिरेमिक विकिरण के क्वार्ट्ज कैसेट हीटरों की रक्षा करने के लिए सबसे अच्छा ग्लास में जांच का विवरण देता है जो अवरक्त विकिरण के सर्वोत्तम संचरण की अनुमति देता है। विभिन्न प्रकार के चश्मे उपलब्ध हैं; हालाँकि, अलग-अलग रचनाओं के कारण इनमें अलग-अलग विशेषता संचरण स्पेक्ट्रा होगा। तत्व के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम को ग्लास के ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रम से ट्यून करके, हीटिंग प्रक्रिया ऊर्जा दक्षता के लिए इष्टतम संयोजन की पहचान की जा सकती है।

विधि

2.1 सामग्री

पांच अलग-अलग क्वार्ट्ज ग्लास खट्टा थे, जिनमें से प्रत्येक की मोटाई 3 मिमी थी। पहला ग्लास सिरेमिकएक्स स्टैंडर्ड प्रोटेक्शन रोबैक्स® ग्लास था। आगे के दो ग्लास Schott ग्लास के NextremaTM रेंज (सामग्री 712-3 और 724-3) से प्राप्त किए गए थे। एक और दो ग्लास दूसरे थर्ड पार्टी से मंगवाए गए थे। ये थोड़े ग्रे रंग और सफेद, अपारदर्शी रंग या ठंढी उपस्थिति के साथ पारदर्शी थे।

प्रत्येक ग्लास 500W, 230V HQE तत्व (आयाम: 123.5 x 62.5mm) के सामने सीधे लगाया गया था। हीटिंग कॉइल को 6 के 7 उपलब्ध क्वार्ट्ज ग्लास ट्यूब के भीतर रखा गया था, जिसमें केंद्रीय ट्यूब बिना गर्म किए छोड़ दिया गया था। HQE हीटर पर इन-सीटू में 5 के प्रत्येक ग्लास की एक छवि को चित्र 1 में दिखाया गया है

 

तीन Schott चश्मे के लिए डेटा शीट (NextremaTM 712-3, NextremaTM 724-3 और Robax^®) अवरक्त संचरण स्पेक्ट्रा को दिखाता है जो चित्र 2 में दिखाया गया है। यह NextremaTM 712-3 को दिखाता है कि दृश्य स्पेक्ट्रम में बहुत कम या कोई विकिरण नहीं है, जो सामग्री के गहरे रंग के अनुरूप है, जबकि NextremaTM 724-3 (चित्र 2Error! संदर्भ स्रोत नहीं मिला है) द्वारा अधिक विकिरण प्रसारित किया जाता है।^® चश्मा। अब तरंगदैर्घ्य पर, NextremaTM 724-3 सामग्री द्वारा प्रेषित प्रतिशत विकिरण रोबैक्स से अधिक है^® कांच।

HQE 500W हीटर में 2 - 4.2μm के वेवबैंड में एक शिखर वर्णक्रमीय शक्ति घनत्व (उत्सर्जन) है जैसा कि स्पेक्ट्रम में दिखाया गया है (त्रुटि! संदर्भ स्रोत नहीं मिला।)। इसलिए, यह उम्मीद की जाएगी कि इस क्षेत्र में सबसे बड़ा संचरण वाला ग्लास प्रयोग में सबसे बड़ा ताप प्रवाह प्रदर्शित करेगा। यह कम तरंग दैर्ध्य पर विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जो लंबी तरंगदैर्घ्य की तुलना में अधिक ऊर्जावान हैं।

2.2 विधि

हीटर हर्शेल प्लेटफॉर्म के भीतर लगाए गए थे और सक्रिय थे। वोल्टेज को ऐसे समायोजित किया गया था कि बिजली उत्पादन 500 UM 1 W था। हीटर को शुरू करने से पहले 10 मिनट की अवधि के लिए गर्म करने की अनुमति दी गई थी। सटीकता बढ़ाने के लिए प्रत्येक हीटर का तीन बार परीक्षण किया गया।

2.3 हर्शल

सेरामिक्स हर्शल हीट फ्लक्स रोबोट कुल हीट फ्लक्स (W.cm) की जांच करता है^-2) जो सेंसर पर घटना है। हीटर को हेर्शेल में रखा जा सकता है और एक्सएनयूएमएक्सडी इंफ्रारेड हीट फ्लक्स मैपिंग रूटीन का उपयोग करके विश्लेषण किया जा सकता है। यह स्वचालित प्रणाली एक इन्फ्रा-रेड सेंसर का उपयोग करती है जो कि परीक्षण के तहत हीटर एमिटर के सामने पूर्व-निर्धारित समन्वित ग्रिड प्रणाली के आसपास रोबोट द्वारा निर्देशित है। सेंसर में 3 W.cm का अधिकतम ताप प्रवाह स्तर है^-2 और बैंड 0.4-10 माइक्रोमीटर में IR को मापता है। समन्वय प्रणाली हीटिंग एमिटर के सामने एक 500mm घन ग्रिड है, चित्रा 3 देखें। रोबोट 25mm वेतन वृद्धि में सेंसर को X- और Z- दिशाओं में एक सर्पिन पथ के साथ ले जाता है, जबकि हीटिंग एमिटर एक स्लाइड गाड़ी पर लगाया जाता है जो Y- दिशा के साथ 100mm चरणों में वृद्धि करता है।

मशीन से मिलने वाले परिणाम हीटर से निकलने वाले रेडिएंट हीट फ्लक्स के रूप में वापस लौटी कुल ऊर्जा के प्रतिशत में तब्दील हो सकते हैं। यह हीटर से बढ़ती दूरी के साथ घटता है क्योंकि हीटर से रेडिएंट हीट फ्लक्स डाइवर्ज होता है।

परिणाम

परीक्षण के परिणाम कुछ दिलचस्प डेटा दिखाते हैं जो क्रमशः ग्लास और सिरेमिकएक्स के एचक्यूई हीटिंग तत्वों के संचरण और उत्सर्जन स्पेक्ट्रा के साथ व्याख्या की जानी चाहिए। सभी समोच्च भूखंडों को एक ही रंग के पैमाने का उपयोग करके बनाया गया था ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि दृश्य तुलना संभव है।

३.१ नेक्सट्रेमाटीएम ७१२-३

यह गहरे रंग का कांच दिखाई देने वाले स्पेक्ट्रम (चित्र 2) में बहुत कम या कोई विकिरण संचरण प्रदर्शित करता है; हालाँकि, अब तरंगदैर्ध्य पर यह अधिक पारदर्शी है। The 10 - 2.8 माइक्रोन के वेवबैंड में ट्रांसमिशन 3.2% तक गिर जाता है, लेकिन 40 - 3.5 माइक्रोन बैंड क्षेत्र में 4.2% तक पहुंच जाता है।

परिणाम बताते हैं कि, 100mm में, 0.6 W.cm का शिखर शक्ति घनत्व है^-2, जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है। इससे पता चलता है कि शिखर हीट फ्लक्स, जैसा कि अपेक्षित है, तत्व के केंद्र से आता है और तत्व के केंद्र से दूरी दोनों के साथ ध्यान से कम हो जाता है।

हीटर से सभी दूरी के लिए एक समान भूखंड का उत्पादन किया जा सकता है; हालांकि, तत्व केंद्र से गर्मी के प्रवाह में कमी की सामान्य प्रवृत्ति समान है।

इसी प्रकार, प्रतिशत विकिरण संबंधी ऊष्मा प्रवाह दर्ज किया गया घटता है क्योंकि तत्व से दूरी बढ़ती है (y- अक्ष के साथ) जैसा कि खंड 2.3 में दर्शाया गया है। इस कमी का परिमाण चित्र 5 में दिखाया गया है

३.१ नेक्सट्रेमाटीएम ७१२-३

पारदर्शी NextremaTM ग्लास (724-3) 712-3 ग्लास की तुलना में थोड़ा अधिक ऊष्मा प्रवाह को प्रदर्शित करता है। यह मुख्य रूप से अधिक ऊर्जावान दृश्य और निकट-आईआर क्षेत्रों (90 <λ <0.5 माइक्रोन) में इसकी बेहतर पारदर्शिता ()2.8%) के कारण है। जब क्वार्ट्ज तत्व के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम के साथ संयुक्त, एक बेहतर मैच देखा जाता है जो मानचित्र में दर्ज उच्च गर्मी प्रवाह द्वारा पुष्टि की जाती है (चित्र 6)

हीटर से दूरी के एक फ़ंक्शन के रूप में पाई गई ऊर्जा में कमी बहुत कुछ उसी के समान है जो एक्सएनयूएमएक्स-एक्सएनयूएमएक्स सुरक्षा ग्लास के साथ एक ही तत्व के लिए चित्रा एक्सएनयूएमएक्स में दिखाया गया है।

3.3 रोबैक्स^®

रोबैक्स^® ग्लास तत्व के केंद्रीय बिंदु पर एक विशिष्ट रूप से उच्च गर्मी प्रवाह को दिखाता है जो सामान्य पैमाने से दूर होता है जिसे लागू किया गया था, जैसा कि चित्रा 7 में दिखाया गया है। इस मामले में, शिखर विकिरण गर्मी प्रवाह 0.80 W.cm है^-2। केंद्र में उच्च गर्मी प्रवाह उच्च स्रोत तापमान (कम आईआर तरंग दैर्ध्य) के कारण अधिक संचरण का संकेत है।

इस थोड़ा बेहतर प्रदर्शन का कारण प्राथमिक बैंड (0.4 <λ <2.8μm) में वृद्धि हुई आईआर ट्रांसमिशन है। रोबैक्स® ग्लास के लिए, ट्रांसमिशन ड्रॉप थोड़े लंबे तरंग दैर्ध्य पर होता है जो हीटर से आउटपुट बढ़ाता है। माध्यमिक बैंड में संचरण की कमी और संकरा बैंडविड्थ (3.2 <λ <4.2μm) का उतना प्रभाव नहीं होता है क्योंकि ये तरंग दैर्ध्य उतने कम तरंग दैर्ध्य के रूप में ऊर्जावान नहीं होते हैं। कुल गर्मी का प्रवाह 100 मिमी दर्ज किया गया है, जैसा कि अपेक्षित है, कांच के संवर्धित संचरण गुणों के कारण वर्गों 3.1 और 3.2 में जांचे गए चश्मे की तुलना में थोड़ा अधिक है। यह नीचे चित्र 8 में दिखाया गया है।

3.4 पाले सेओढ़ लिया गिलास

पाले सेओढ़ लिया गिलास संरक्षित हीटर के लिए गर्मी प्रवाह नक्शा चित्रा 9 में दिखाया गया है। यह हीटर से ऊपर की ओर विस्तृत ऊर्जा उत्सर्जन का एक समान पैटर्न दिखाता है। पता चला गर्मी प्रवाह परिमाण नेक्स्ट्रेमा के साथ की तुलना में अधिक है^TM संरक्षण लेकिन रोबैक्स की तुलना में कम है^® कांच। जैसा कि इस सामग्री के लिए कोई प्रसारण स्पेक्ट्रम उपलब्ध नहीं है, इसके पीछे के कारणों में कोई अंतर्दृष्टि नहीं दी जा सकती है।

जैसा कि एमिटर और हीट फ्लक्स सेंसर के बीच की दूरी बढ़ जाती है, पता चला हीट फ्लक्स बंद हो जाता है। 100mm पर पाया गया प्रतिशत ऊष्मा प्रवाह, रोबैक्स की तुलना में कम है^® ग्लास जो चित्र 7 में दिखाया गया है, लेकिन नेक्स्ट्रेमा से अधिक है^TM चश्मा।

3.5 पारदर्शी ग्लास

पारदर्शी कांच के लिए गर्मी प्रवाह मानचित्र चित्रा 11 में दिखाया गया है। यह पाले सेओढ़ लिया ग्लास सामग्री के लिए बहुत कम विवेकात्मक अंतर दिखाता है जो कि खंड 3.4 में जांच की गई थी, सक्रिय वेवबैंड क्षेत्र (2-4.2μm) में कांच के संचरण स्पेक्ट्रम में बहुत कम परिवर्तन का संकेत है।

पाले सेओढ़ लिया गिलास की तुलना में कुल गर्मी प्रवाह थोड़ा ऊंचा है; हालाँकि, यह अभी भी रॉबैक्स से नीचे है^® कांच। ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रम डेटा के बिना, इस अवलोकन के लिए कोई स्पष्टीकरण नहीं दिया जा सकता है।

टेबल एक्सएनयूएमएक्स औसत अधिकतम गर्मी प्रवाह को दर्शाता है जो तीन आयोजित परीक्षणों में तत्व के लिए दर्ज किया गया था और साथ ही तत्व की सतह से एक्सएनयूएमएक्स और एक्सएनयूएमएक्सएमएम पर दर्ज औसत प्रतिशत गर्मी प्रवाह। यह इंगित करता है कि दो Nextrema^TM और पाले सेओढ़ लिया गिलास खराब प्रदर्शन किया, हालांकि, Robax को अलग करने के लिए बहुत कम है^® और पारदर्शी चश्मा।

एक माप घटना गर्मी प्रवाह मानचित्रण के दौरान होती है, जिसमें प्रारंभिक रीडिंग एक संदर्भ मूल्य, नामित शून्य और प्रत्येक रिकॉर्ड किए गए मूल्य को इसके सापेक्ष मापा जाता है। कम पृथक्करणों पर, ताप प्रवाह को नकारात्मक के रूप में दर्ज किया जा सकता है, जो विपरीत भूखंडों में अघोषित क्षेत्रों को जन्म देता है।

कच्चे डेटा को सामान्य करने से पता चलता है कि Robax® और पारदर्शी ग्लास वास्तव में तालिका 2 में दिखाए गए विकिरण को प्रसारित करने के लिए सबसे कुशल ग्लास हैं।

यह देखते हुए कि ट्रांसपेरेंट ग्लास के लिए कोई स्पेक्ट्रल डेटा उपलब्ध नहीं है, यह निश्चित कारण देना संभव नहीं है कि इस और रोबैक्स® के बीच अंतर क्यों होता है और क्या यह दृश्य / निकट-आईआर (0.5 - 2.8μm) में पारदर्शिता स्तर है या नहीं या मध्यम लहर क्षेत्र (N3 μm) में।

यह ध्यान देने योग्य है कि रॉबैक्स के लिए अधिकतम गर्मी प्रवाह दर्ज किया गया है^® पारदर्शी कांच के लिए की तुलना में अधिक है। यह रोबैक्स के साथ, तापमान के एक समारोह के रूप में अवरक्त पारदर्शिता में बदलाव का संकेत हो सकता है^® तत्व के मध्य भाग में देखे गए ऊंचे तापमान पर अधिक पारदर्शी हो जाना।

निष्कर्ष

ऊपर प्रयोग के परिणाम बताते हैं कि रोबैक्स^® ग्लास, वर्तमान में सिरेमिक हीटर द्वारा उपयोग किया जाता है, अपने हीटरों की सुरक्षा के लिए क्वार्ट्ज कैसेट हीटरों के लिए सबसे अच्छा आईआर ट्रांसमिशन गुणों में से एक है। ऐसा इसलिए है क्योंकि इस ग्लास के लिए ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रम हीटर के सक्रिय वेवबैंड में अधिकतम पर होता है।

इष्टतम हीटिंग के लिए, सुरक्षा कांच के संचरण स्पेक्ट्रम को हीटर के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम से मेल खाना चाहिए जो इसे संरक्षित कर रहा है। इस मामले में, ग्लास 1 - 3.2 माइक्रोन वेवबैंड में जितना संभव हो उतना पारदर्शी होना चाहिए।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि तत्व की शक्ति घनत्व और कई अन्य कारक इस प्रयोग के परिणामों को प्रभावित करेंगे। तत्व की प्रति इकाई क्षेत्र की शक्ति बदलनी चाहिए, परिणाम बदलेंगे। इसके अलावा इस प्रयोग में संकेतित परिणाम एक प्लैटन प्रकार विन्यास के प्रतिनिधि नहीं हैं।

¹ एक 1000W FQE और 500W HQE में समान शक्ति घनत्व और इसलिए समान उत्सर्जन विशेषताएँ हैं

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Disclaimer

इन परीक्षा परिणामों को एक निर्धारण से पहले सावधानीपूर्वक माना जाना चाहिए कि किस प्रक्रिया में किस प्रकार के अवरक्त एमिटर का उपयोग करना है। अन्य कंपनियों द्वारा किए गए बार-बार किए गए परीक्षण समान निष्कर्षों को प्राप्त नहीं कर सकते हैं। सेट-अप की स्थिति और चर को प्राप्त करने में त्रुटि की संभावना है जो परिणामों में परिवर्तन कर सकते हैं: इसमें शामिल हैं एमिटर का ब्रांड, एमिटर की दक्षता, आपूर्ति की गई शक्ति, परीक्षण सामग्री से उत्सर्जित ईटर तक की दूरी और उपयोग की गई वातावरण। जिन स्थानों पर तापमान मापा जाता है वे भी भिन्न हो सकते हैं और इसलिए परिणामों को प्रभावित करते हैं।