| 저자 | 작성일 | 버전 | 문서 번호 |
|---|---|---|---|
| 피터 마샬 박사 | 9 2월 2017 | V1.5 | CC11 – 00107 |
개요
이 백서에서는 Ceramicx의 석영 카세트 히터를 보호하기위한 최고의 유리에 대한 조사에 대해 자세히 설명하여 적외선을 최대한 전송할 수 있습니다. 다양한 안경을 사용할 수 있습니다. 그러나, 이들은 상이한 조성으로 인해 상이한 특성 투과 스펙트럼을 가질 것이다. 소자의 방출 스펙트럼을 유리의 투과 스펙트럼으로 조정함으로써, 가열 공정 에너지 효율을위한 최적의 조합이 식별 될 수있다.
방법
2.1 자료
각각 두께가 3mm 인 712 개의 다른 석영 유리가 공급되었습니다. 첫 번째 유리는 Ceramicx 표준 보호 Robax® 유리였습니다. Schott glass의 NextremaTM 제품군 (재료 3-724 및 3-XNUMX)에서 두 개의 추가 유리를 얻었습니다. 추가로 두 잔은 다른 제 XNUMX 자로부터 공급 받았습니다. 이것들은 약간의 회색 색조와 흰색, 불투명 한 색상 또는 반투명 외관으로 투명했습니다.
각 유리는 500W, 230V HQE 요소 (치수 : 123.5 x 62.5mm) 앞에 직접 장착되었습니다. 가열 코일을 중앙 튜브가 가열되지 않은 상태로 6 이용 가능한 석영 유리 튜브의 7 내에 위치시켰다. HQE 히터의 현장 5 안경 각각의 이미지는 그림 1에 나와 있습니다.
Schott 안경 712 개 (NextremaTM 3-724, NextremaTM 3-XNUMX 및 Robax)에 대한 데이터 시트®)는 그림 2에 표시된 적외선 전송 스펙트럼을 보여줍니다. 이것은 NextremaTM 712-3가 가시 스펙트럼에서 재료의 어두운 색상과 일치하는 방사선을 거의 또는 전혀 전송하지 않는 반면 NextremaTM 724-3 (그림 2Error! 참조 소스를 찾을 수 없음)와 Robax가 훨씬 더 많은 방사선을 전송 함을 나타냅니다.® 안경. 파장이 길면 NextremaTM 724-3 소재가 전송하는 방사율이 Robax보다 높습니다.® 유리.
HQE 500W 히터는 스펙트럼에 표시된대로 2 – 4.2μm의 파장 대역에서 피크 스펙트럼 전력 밀도 (방출)를 갖습니다 (오류! 참조 소스를 찾을 수 없음). 따라서이 영역에서 가장 큰 투과율을 갖는 유리는 실험에서 가장 큰 열유속을 보일 것으로 예상됩니다. 이는 장파장보다 에너지가 많은 장파장에서 특히 중요합니다.
2.2 메서드
히터를 Herschel 플랫폼 내에 장착하고 통전시켰다. 전력 출력이 500 ± 1 W가되도록 전압을 조정 하였다. 시험을 시작하기 전에 히터를 10 분 동안 가열시켰다. 정확도를 높이기 위해 각 히터를 세 번 테스트했습니다.
2.3 허셜
Ceramicx Herschel 열유속 로봇, 총 열유속 (W.cm) 검사-2)가 센서에 발생합니다. 히터는 Herschel에 장착하고 3D 적외선 열 플럭스 매핑 루틴을 사용하여 분석 할 수 있습니다. 이 자동화 시스템은 테스트중인 히터 이미 터 앞의 미리 결정된 좌표 그리드 시스템을 로봇 식으로 안내하는 적외선 센서를 사용합니다. 센서의 최대 열유속 수준은 2.3 W.cm입니다.-2 0.4-10 마이크로 미터 대역에서 IR을 측정합니다. 좌표계는 가열 이미 터 앞의 500mm 입방 격자입니다 (그림 3 참조). 로봇은 X- 및 Z- 방향으로 구불 구불 한 경로를 따라 25mm 단위로 센서를 100mm 단위로 이동하고, 가열 이미 터는 Y- 방향을 따라 XNUMXmm 단위로 증가하는 슬라이드 캐리지에 장착됩니다.
기계의 결과는 히터에서 복사 열 플럭스로 반환 된 총 에너지의 백분율로 변환 될 수 있습니다. 복사 열 플럭스가 히터에서 발산 할 때 히터에서 거리가 멀어 질수록 감소합니다.
결과
테스트 결과는 유리와 Ceramicx의 HQE 가열 요소 각각의 투과 및 방출 스펙트럼과 함께 해석되어야하는 흥미로운 데이터를 보여줍니다. 모든 등고선 플롯은 시각적으로 비교할 수 있도록 동일한 색상 스케일을 사용하여 만들어졌습니다.
3.1 NextremaTM 712-3
이 어두운 색의 유리는 가시 광선 스펙트럼에서 방사선 투과율이 거의 또는 전혀 표시되지 않습니다 (그림 2). 그러나 더 긴 파장에서는 더 투명합니다. 투과율은 ≈ 10 – 2.8 μm의 파장 대역에서 3.2 % 미만으로 떨어지지 만 40 – 3.5 μm 대역 영역에서는 ≥4.2 %로 회복됩니다.
결과는 100mm에서 0.6 W.cm의 피크 전력 밀도가 있음을 보여줍니다-2그림 4에 표시된대로 이것은 예상대로 피크 열 플럭스가 요소의 중심에서 나오고 요소의 중심에서 거리가 멀어지면 동심원 적으로 감소 함을 보여줍니다.
히터로부터의 모든 거리에 대해 유사한 플롯을 생성 할 수 있습니다. 그러나, 소자 중심으로부터 열 플럭스를 감소시키는 일반적인 경향은 동일하다.
마찬가지로, 2.3 섹션에 표시된대로 요소로부터의 거리가 (y 축을 따라) 증가함에 따라 기록 된 복사 열 플럭스 비율이 감소합니다. 이 감소의 크기는 그림 5에 표시됩니다
3.2 NextremaTM 724-3
투명한 NextremaTM 유리 (724-3)는 712-3 유리보다 약간 더 높은 열유속 출력을 나타냅니다. 이는 주로보다 에너지가 넘치는 가시 영역과 근적외선 영역 (90 <λ <0.5 μm)에서 더 나은 투명도 (≈2.8 %) 때문입니다. 석영 요소의 방출 스펙트럼과 결합하면 맵에 기록 된 더 높은 열유속으로 확인되는 더 나은 일치가 보입니다 (그림 6).
히터로부터의 거리의 함수로서 검출 된 에너지의 감소는 5-712 보호 유리를 갖는 동일한 요소에 대하여도 3에 도시 된 것과 매우 유사하다.
3.3 Robax®
Robax® 유리는 그림 7에 표시된 것처럼 적용된 일반적인 스케일을 벗어난 요소의 중심점에서 현저히 높은 열유속을 보여줍니다. 이 경우 최대 복사 열유속은 0.80 W.cm입니다.-2. 중앙에서 더 높은 열유속은 더 높은 소스 온도 (더 짧은 IR 파장)로 인해 더 큰 투과율을 나타냅니다.
이렇게 약간 더 나은 성능의 이유는 0.4 차 대역 (2.8 <λ <3.2μm)에서 IR 전송이 증가했기 때문입니다. Robax® 유리의 경우 약간 더 긴 파장에서 전송 강하가 발생하여 히터의 출력이 증가합니다. 4.2 차 대역 (100 <λ <3.1μm)에서 감소되고 좁은 전송 대역폭은 이러한 파장이 짧은 파장만큼 에너지가 없기 때문에 동일한 영향을 미치지 않습니다. 3.2mm에서 기록 된 총 열유속은 예상대로 유리의 향상된 투과 특성으로 인해 섹션 8 및 XNUMX에서 조사 된 유리보다 약간 높습니다. 이것은 아래 그림 XNUMX에 나와 있습니다.
3.4 젖빛 유리
젖빛 유리 보호 히터의 열 플럭스 맵은 그림 9에 나와 있습니다. 이것은 히터에서 위에서 설명한 것과 유사한 에너지 방출 패턴을 보여줍니다. 감지 된 열유속 크기가 Nextrema보다 높음TM 보호하지만 Robax보다 낮습니다® 유리. 이 재료에 대해 전송 스펙트럼을 사용할 수 없으므로이 이유에 대한 통찰력을 얻을 수 없습니다.
이미 터와 열유속 센서 사이의 거리가 증가함에 따라 감지 된 열유속이 떨어집니다. 100mm에서 감지 된 열유속 비율은 Robax의 열유속보다 낮습니다.® 그림 7에 표시되지만 Nextrema보다 높은 유리TM 안경.
3.5 투명 유리
투명 유리의 열유속 맵이 그림 11에 나와 있습니다. 이것은 3.4 섹션에서 조사한 젖빛 유리 재료와는 거의 식별 할 수없는 차이를 나타내며, 활성 파장 대역 영역 (2-4.2μm)에서 유리의 투과 스펙트럼 변화가 거의 없음을 나타냅니다.
전체 열유속은 젖빛 유리와 비교하여 약간 상승합니다. 그러나 여전히 Robax보다 낮습니다.® 유리. 전송 스펙트럼 데이터가 없으면이 관찰에 대한 설명을 제공 할 수 없습니다.
표 1는 세 가지 수행 된 테스트에서 요소에 대해 기록 된 평균 최대 열유속과 요소 표면에서 100 및 200mm에 기록 된 평균 열유속을 보여줍니다. 이것은 두 Nextrema를 나타냅니다TM 프로스트 글래스의 성능이 좋지 않지만 Robax를 분리 할 부분이 거의 없습니다.® 그리고 투명 안경.
측정 된 현상은 열 플럭스 매핑 중에 발생하며, 이로 인해 초기 판독 값은 기준 값, 0으로 지정되며 각 기록 된 값은 이에 대해 측정됩니다. 따라서 짧은 간격으로 열유속을 음수로 기록하여 등고선 플롯에서 색상이없는 영역을 생성 할 수 있습니다.
원시 데이터를 정규화하면 Robax® 및 Transparent 안경이 실제로 표 2에 표시된 것처럼 방사선을 전송하는 데 가장 효율적인 유리임을 알 수 있습니다.
투명 유리에 사용할 수있는 스펙트럼 데이터가없는 경우, Robax®와이 차이가 발생하는 이유와 가시 광선 / 근적외선 (0.5 – 2.8μm)의 투명도 수준에 대한 확실한 이유를 제시 할 수 없습니다. 또는 중파 영역 (≥3 μm)에서.
Robax에 대해 기록 된 최대 열유속® 투명 유리보다 높습니다. 이것은 Robax를 사용하여 온도에 따라 적외선 투명도의 변화를 나타낼 수 있습니다.® 요소의 중앙 부분에서 볼 수있는 고온에서 더 투명 해집니다.
결론
위 실험 결과 Robax는® 현재 Ceramicx에서 히터를 보호하기 위해 사용하는 유리는 석영 카세트 히터에 대한 최고의 IR 전송 특성 중 하나를 보유합니다. 이는이 유리의 투과 스펙트럼이 히터의 활성 파장 대역에서 최대이기 때문입니다.
최적의 가열을 위해 보호 유리의 투과 스펙트럼은 보호하는 히터의 방출 스펙트럼과 일치해야합니다. 이 경우 유리는 1 – 3.2 μm 파장대에서 가능한 한 투명해야합니다.
소자의 전력 밀도 및 다양한 다른 요인들이이 실험의 결과에 영향을 줄 것이라는 점에 유의해야한다. 요소의 단위 면적당 전력이 변경되면 결과가 변경됩니다. 또한이 실험에서 나타난 결과는 압 반형 구성을 대표하지 않습니다.
1 1000W FQE 및 500W HQE는 동일한 전력 밀도를 가지므로 방출 특성이 비슷합니다
책임 부인
공정에 사용할 적외선 이미 터 유형을 결정하기 전에 이러한 테스트 결과를 신중하게 고려해야합니다. 다른 회사에서 반복 테스트를 수행해도 같은 결과를 얻지 못할 수 있습니다. 설정 조건 및 결과를 변경할 수있는 변수를 달성하는 데 오류가있을 수 있습니다. 사용 된 이미 터 브랜드, 이미 터의 효율, 공급 전력, 테스트 된 재료에서 사용 된 이미 터까지의 거리 및 환경. 온도가 측정되는 위치도 다를 수 있으며 결과에 영향을 미칩니다.
