| АВТОР | ДАТА СОЗДАНИЯ | Версия | НОМЕР ДОКУМЕНТА |
|---|---|---|---|
| Доктор Питер Маршалл | 9 Февраль 2017 г. | V1.5 | CC11 - 00107 |
Введение
В этой статье подробно рассматриваются исследования лучшего стекла для защиты кварцевых кассетных нагревателей Ceramicx, обеспечивающих лучшую передачу инфракрасного излучения. Ряд различных очков доступны; однако они будут иметь разные характерные спектры пропускания из-за различного состава. Путем настройки спектра излучения элемента в соответствии со спектром пропускания стекла можно определить оптимальную комбинацию для энергетической эффективности процесса нагрева.
Способ доставки
Материалы 2.1
Было получено пять различных кварцевых стекол, каждое толщиной 3 мм. Первым стеклом было стекло Robax® со стандартной защитой Ceramicx. Еще два стекла были получены из ассортимента стекла Schott NextremaTM (материалы 712-3 и 724-3). Еще два стакана были приобретены у другой третьей стороны. Они были прозрачными с легким серым оттенком и белыми, непрозрачными или матовыми.
Каждое стекло было установлено непосредственно перед элементом 500W, 230V HQE (размеры: 123.5 x 62.5mm). Нагревательная катушка была помещена в 6 из имеющихся в наличии трубок из кварцевого стекла 7 с центральной трубкой, оставленной без подогрева. Изображение каждого из стекол 5 на месте на нагревателях HQE показано на рисунке 1
Паспорт трех очков Schott (NextremaTM 712-3, NextremaTM 724-3 и Robax®) показывает инфракрасные спектры пропускания, которые показаны на рисунке 2. Это показывает, что NextremaTM 712-3 передает мало или вообще не излучает в видимом спектре, что согласуется с темным цветом материала, в то время как намного больше излучения передается через NextremaTM 724-3 (Рисунок 2Error! Справочный источник не найден). И Robax® очки. На более длинных волнах процентное излучение, передаваемое материалом NextremaTM 724-3, выше, чем Robax® стакан.
Нагреватель HQE 500W имеет пиковую спектральную плотность мощности (излучение) в диапазоне волн 2 - 4.2μm, как показано в спектре (Ошибка! Опорный источник не найден.). Следовательно, можно ожидать, что стекло с наибольшим пропусканием в этой области будет демонстрировать наибольший тепловой поток в эксперименте. Это особенно важно при более низких длинах волн, которые являются более энергичными, чем более длинные.
Метод 2.2
Нагреватели были установлены на платформе Гершеля и были включены. Напряжение было отрегулировано таким образом, чтобы выходная мощность составляла 500 ± 1 Вт. Нагревателю позволяли нагреваться в течение минутного периода 10 до начала испытаний. Каждый нагреватель был проверен три раза для повышения точности.
2.3 Гершель
Робот Ceramicx Herschel исследует общий тепловой поток (Вт.см-2) который падает на датчик. Нагреватели могут быть установлены в Herschel и проанализированы с помощью процедуры инфракрасного картирования теплового потока 3D. Эта автоматизированная система использует инфракрасный датчик, который с помощью робота направляется вокруг заранее определенной системы координатной сетки перед тестируемым излучателем нагревателя. Датчик имеет максимальный уровень теплового потока 2.3 Вт.см-2 и измеряет ИК в полосе 0.4-10 микрометров. Система координат представляет собой кубическую сетку 500mm перед излучателем нагрева, см. Рисунок 3. Робот перемещает датчик с шагом 25mm по змеевидному пути в направлениях X и Z, в то время как излучатель нагревателя установлен на каретке, которая с шагом 100mm перемещается вдоль направления Y.
Результаты от машины могут быть преобразованы в процент от общей потребленной энергии, возвращенной как поток лучистого тепла от нагревателя. Это уменьшается с увеличением расстояния от нагревателя, так как поток лучистого тепла расходится от нагревателя.
Итоги
Результаты теста показывают некоторые интересные данные, которые необходимо интерпретировать вместе со спектрами пропускания и излучения стеклянных и нагревательных элементов Ceramicx HQE соответственно. Все контурные графики были сделаны с использованием одной цветовой шкалы, чтобы обеспечить возможность визуального сравнения.
3.1 NextremaTM 712-3
Это темное тонированное стекло практически не пропускает излучение в видимом спектре (рис. 2); однако на более длинных волнах он более прозрачен. Пропускание падает до <10% в диапазоне волн ≈ 2.8–3.2 мкм, но восстанавливается до ≥40% в диапазоне частот 3.5–4.2 мкм.
Результаты показывают, что при 100mm максимальная плотность мощности составляет 0.6 Вт.см-2, как показано на рисунке 4. Это показывает, что пиковый тепловой поток, как и ожидалось, исходит от центра элемента и концентрично уменьшается с расстоянием как от центра элемента.
Аналогичный участок может быть создан для всех расстояний от нагревателя; однако общая тенденция уменьшения теплового потока от центра элемента такая же.
Аналогично, зарегистрированный процент радиационного теплового потока уменьшается с увеличением расстояния от элемента (вдоль оси y), как указано в разделе 2.3. Величина этого уменьшения показана на рисунке 5
3.2 NextremaTM 724-3
Прозрачное стекло NextremaTM (724-3) демонстрирует немного более высокий тепловой поток, чем стекло 712-3. В первую очередь это связано с его лучшей прозрачностью (≈90%) в более энергичных видимых и ближних ИК-диапазонах (0.5 <λ <2.8 мкм). В сочетании со спектром излучения кварцевого элемента видно лучшее совпадение, что подтверждается более высоким тепловым потоком, зарегистрированным на карте (Рисунок 6).
Уменьшение энергии, определяемое как функция расстояния от нагревателя, очень похоже на то, которое показано на рисунке 5 для того же элемента с защитным стеклом 712-3.
3.3 Robax®
Робакс® стекло показывает значительно более высокий тепловой поток в центральной точке элемента, который находится за пределами общей шкалы, которая была применена, как показано на рисунке 7. В этом случае пик лучистого теплового потока составляет 0.80 Вт.см-2, Более высокий тепловой поток в центре свидетельствует о большей передаче из-за более высокой температуры источника (более коротких длин волн ИК).
Причиной этого немного лучшего качества является увеличенное ИК-пропускание в основной полосе (0.4 <λ <2.8 мкм). Для стекла Robax® падение пропускания происходит на немного большей длине волны, что увеличивает выходную мощность нагревателя. Уменьшенная и более узкая полоса пропускания во вторичной полосе (3.2 <λ <4.2 мкм) не имеет такого же влияния, поскольку эти длины волн не так активны, как более короткие длины волн. Общий тепловой поток, зарегистрированный на 100 мм, как и ожидалось, немного выше, чем для стекол, исследованных в разделах 3.1 и 3.2, из-за улучшенных пропускающих свойств стекла. Это показано на рисунке 8 ниже.
3.4 Матовое стекло
Карта теплового потока для нагревателя, защищенного матовым стеклом, показана на рисунке 9. Это показывает аналогичную картину эмиссии энергии от нагревателя к тем, которые подробно описаны выше. Обнаруженная величина теплового потока выше, чем у NextremaTM защита, но ниже, чем у Robax® стекло. Поскольку для этого материала отсутствует спектр передачи, нельзя понять причины этого.
При увеличении расстояния между излучателем и датчиком теплового потока обнаруженный тепловой поток уменьшается. Процент теплового потока, обнаруженный при 100mm, ниже, чем у Robax® стекло, которое показано на рисунке 7, но выше, чем NextremaTM очки.
3.5 прозрачное стекло
Карта теплового потока для прозрачного стекла показана на рисунке 11. Это показывает очень небольшую заметную разницу с материалом из матового стекла, которое было рассмотрено в разделе 3.4, что указывает на очень небольшое изменение в спектре пропускания стекла в области активной волновой полосы (2-4.2μm).
Общий тепловой поток немного повышен по сравнению с матовым стеклом; тем не менее, он все еще ниже, чем у Robax® стекло. Без данных о спектре передачи невозможно дать объяснение этому наблюдению.
Таблица 1 показывает средний максимальный тепловой поток, который был зарегистрирован для элемента в течение трех проведенных испытаний, а также средний процентный тепловой поток, зарегистрированный в 100 и 200mm от поверхности элемента. Это указывает на то, что два NextremaTM и матовые очки показали плохие результаты, однако Robax мало что может отделить® и прозрачные очки.
Во время картирования теплового потока возникает явление измерения, при котором начальное считанное значение является эталонным значением, обозначенным как ноль, и каждое записанное значение измеряется относительно этого. Следовательно, при коротких разрывах тепловой поток может быть записан как отрицательный, что приводит к появлению неокрашенных областей на контурных графиках.
Нормализация необработанных данных показывает, что стекла Robax® и Transparent действительно являются наиболее эффективными стеклами для передачи излучения, как показано в таблице 2.
Поскольку для прозрачного стекла отсутствуют спектральные данные, невозможно дать четкую причину того, почему возникает разница между этим и Robax® и является ли это уровнем прозрачности в видимом / ближнем ИК-диапазоне (0.5 - 2.8μm) или в области средней волны (≥3 мкм).
Заметно, что максимальный тепловой поток зафиксирован для Robax® выше, чем для прозрачного стекла. Это может свидетельствовать об изменении прозрачности инфракрасного излучения в зависимости от температуры, с Robax® становится более прозрачным при повышенных температурах, наблюдаемых в центральной части элемента.
Заключение
Результаты эксперимента выше показывают, что Robax® Стекло, используемое в настоящее время Ceramicx, для защиты своих нагревателей обладает одним из лучших свойств ИК-пропускания для кварцевых кассетных нагревателей. Это связано с тем, что спектр пропускания этого стекла максимален в активном диапазоне волн нагревателя.
Для оптимального нагрева спектр пропускания защитного стекла должен соответствовать спектру излучения обогревателя, который оно защищает. В этом случае стекло должно быть максимально прозрачным в диапазоне волн 1–3.2 мкм.
Следует отметить, что плотность мощности элемента и ряд других факторов будут влиять на результаты этого эксперимента. Если мощность на единицу площади элемента изменится, результаты изменятся. Кроме того, результаты, указанные в этом эксперименте, не являются типичными для конфигурации типа плиты.
1 1000W FQE и 500W HQE имеют одинаковую плотность мощности и, следовательно, схожие характеристики излучения.
Отказ от ответственности
Эти результаты испытаний должны быть тщательно рассмотрены до определения того, какой тип инфракрасного излучателя использовать в процессе. Повторные тесты, проведенные другими компаниями, могут не достичь тех же результатов. Существует вероятность ошибки в достижении условий установки, и переменные, которые могут изменить результаты, включают: марку используемого излучателя, эффективность излучателя, подаваемую мощность, расстояние от испытуемого материала до используемого излучателя и среда. Места, в которых измеряются температуры, также могут различаться и, следовательно, влиять на результаты.
