การศึกษาเปรียบเทียบห้าแก้วควอทซ์ที่ใช้สำหรับการป้องกันองค์ประกอบ

ผู้แต่ง	วันที่สร้าง	VERSION	หมายเลขเอกสาร
ดร. ปีเตอร์มาร์แชล	9 2017 กุมภาพันธ์	V1.5	CC11 - 00107

บทนำ

บทความนี้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับการตรวจสอบกระจกที่ดีที่สุดเพื่อป้องกันเครื่องทำควอทซ์ของ Ceramicx ซึ่งช่วยให้สามารถส่งผ่านรังสีอินฟราเรดได้ดีที่สุด มีแว่นตาหลายแบบให้เลือก อย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้จะมีสเปกตรัมการส่งผ่านที่แตกต่างกันเนื่องจากองค์ประกอบที่แตกต่างกัน ด้วยการปรับสเปกตรัมการปล่อยก๊าซขององค์ประกอบให้เป็นสเปกตรัมการส่งผ่านของแก้วจะช่วยให้สามารถระบุการผสมผสานที่ดีที่สุดสำหรับประสิทธิภาพพลังงานกระบวนการทำความร้อน

วิธี

วัสดุ 2.1

แก้วควอทซ์ห้าอันที่แตกต่างกันแต่ละอันมีความหนา 3 มม. แก้วแรกเป็นแก้วRobax®มาตรฐานการป้องกัน Ceramicx แว่นตาอีกสองอันได้มาจากกลุ่มผลิตภัณฑ์ Nextrema ™ของ Schott glass (วัสดุ 712-3 และ 724-3) อีกสองแก้วมาจากบุคคลที่สามอื่น สิ่งเหล่านี้โปร่งใสโดยมีสีเทาเล็กน้อยและมีสีขาวขุ่นหรือมีฝ้า

กระจกแต่ละอันถูกติดตั้งโดยตรงด้านหน้าองค์ประกอบ 500W, 230V HQE (ขนาด: 123.5 x 62.5mm) ขดลวดความร้อนถูกวางไว้ภายใน 6 ของหลอดแก้วควอทซ์ 7 ที่มีอยู่โดยที่หลอดกลางจะไม่ถูกทำให้ร้อน รูปภาพของแว่นตา 5 แต่ละตัวในแหล่งกำเนิดบนตัวทำความร้อน HQE แสดงในรูปที่ 1

 

เอกสารข้อมูลสำหรับแว่นตา Schott ทั้งสามรุ่น (Nextrema ™ 712-3, Nextrema ™ 724-3 & Robax^®) แสดงสเปกตรัมการส่งสัญญาณอินฟราเรดซึ่งแสดงในรูปที่ 2 สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่า NextremaTM 712-3 ส่งรังสีเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ซึ่งสอดคล้องกับสีเข้มของวัสดุในขณะที่รังสีมากขึ้นจะถูกส่งโดย NextremaTM 724-3 (รูปที่ 2Error!^® แว่นตา. ที่ความยาวคลื่นนานกว่าเปอร์เซ็นต์การแผ่รังสีที่ส่งผ่านจากวัสดุ NextremaTM 724-3 นั้นสูงกว่า Robax^® กระจก.

เครื่องทำความร้อน HQE 500W มีความหนาแน่นพลังงานสเปกตรัมสูงสุด (การปล่อย) ในคลื่นของ 2 - 4.2μmดังที่แสดงในสเปกตรัม (ข้อผิดพลาด! ไม่พบแหล่งอ้างอิง) ดังนั้นจึงคาดว่าแก้วที่มีการส่งผ่านมากที่สุดในภูมิภาคนี้จะแสดงฟลักซ์ความร้อนที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการทดลอง สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งที่ความยาวคลื่นต่ำซึ่งมีพลังมากกว่าความยาวคลื่นที่ยาวกว่า

วิธีการ 2.2

เครื่องทำความร้อนติดตั้งอยู่ภายในแพลตฟอร์ม Herschel และลุ้น แรงดันไฟฟ้าถูกปรับเพื่อให้พลังงานที่ออกมาคือ 500 ± 1 W ฮีตเตอร์ได้รับอนุญาตให้ร้อนขึ้นเป็นระยะเวลา 10 นาทีก่อนเริ่มการทดสอบ เครื่องทำความร้อนแต่ละเครื่องได้รับการทดสอบสามครั้งเพื่อเพิ่มความแม่นยำ

2.3 Herschel

หุ่นยนต์ Ceramicx Herschel heat flux ตรวจสอบฟลักซ์ความร้อนรวม (W.cm)^-2) ซึ่งเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นบนเซ็นเซอร์ เครื่องทำความร้อนสามารถติดตั้งใน Herschel และวิเคราะห์โดยใช้รูทีนการทำแผนที่ความร้อนอินฟราเรด 3D ระบบอัตโนมัตินี้ใช้เซ็นเซอร์อินฟาเรดที่ถูกชี้นำทางหุ่นยนต์รอบระบบกริดพิกัดล่วงหน้าที่กำหนดไว้ด้านหน้าของตัวปล่อยฮีทเตอร์ภายใต้การทดสอบ เซ็นเซอร์มีระดับฟลักซ์ความร้อนสูงสุด 2.3 W.cm^-2 และวัดค่า IR ในแถบไมโครมิเตอร์ 0.4-10 ระบบพิกัดคือตารางลูกบาศก์ 500mm ด้านหน้าตัวปล่อยความร้อนโปรดดูรูปที่ 3 หุ่นยนต์เคลื่อนที่เซ็นเซอร์ในการเพิ่มขึ้น 25mm ตามเส้นทางคดเคี้ยวในทิศทาง X และ Z- ในขณะที่ตัวปล่อยความร้อนติดตั้งอยู่บนแคร่เลื่อนซึ่งเพิ่มขึ้นในขั้นตอน 100mm ตามทิศทาง Y-

ผลลัพธ์ที่ได้จากเครื่องสามารถเปลี่ยนเป็นเปอร์เซ็นต์ของพลังงานทั้งหมดที่ใช้ไปคืนเป็นฟลักซ์การแผ่รังสีความร้อนจากเครื่องทำความร้อน สิ่งนี้จะลดลงตามระยะทางที่เพิ่มขึ้นจากฮีตเตอร์เนื่องจากฟลักซ์ความร้อนที่แผ่ออกมาจากฮีตเตอร์

ผลสอบ

ผลลัพธ์ของการทดสอบแสดงข้อมูลที่น่าสนใจซึ่งจะต้องตีความควบคู่ไปกับสเปกตรัมการส่งและการปล่อยของแก้วและองค์ประกอบการให้ความร้อน HQE ของ Ceramicx ตามลำดับ โครงร่างรูปร่างทั้งหมดถูกสร้างขึ้นโดยใช้ระดับสีเดียวกันเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถเปรียบเทียบภาพได้

3.1 NextremaTM 712-3

กระจกย้อมสีเข้มนี้แสดงการส่งผ่านรังสีเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ (รูปที่ 2); อย่างไรก็ตามในช่วงความยาวคลื่นที่ยาวกว่าจะโปร่งใสกว่า การส่งผ่านลดลงเหลือ <10% ในแถบคลื่นที่≈ 2.8 - 3.2 μm แต่จะกลับมาเป็น≥40% ในพื้นที่แถบ 3.5 - 4.2 μm

ผลการวิจัยพบว่าที่ 100mm มีความหนาแน่นพลังงานสูงสุดของ 0.6 W.cm^-2ดังแสดงในรูปที่ 4 สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าฟลักซ์ความร้อนสูงสุดตามที่คาดไว้มาจากจุดศูนย์กลางขององค์ประกอบและลดลงแบบศูนย์กลางด้วยระยะทางทั้งจากจุดศูนย์กลางขององค์ประกอบ

พล็อตที่คล้ายกันสามารถผลิตได้สำหรับทุกระยะทางจากเครื่องทำความร้อน; อย่างไรก็ตามแนวโน้มทั่วไปของการลดการไหลของความร้อนจากศูนย์กลางองค์ประกอบเหมือนกัน

ในทำนองเดียวกันเปอร์เซ็นต์ฟลักซ์ความร้อนจากการแผ่รังสีที่บันทึกจะลดลงเมื่อระยะทางจากองค์ประกอบเพิ่มขึ้น (ตามแนวแกน y) ตามที่ระบุไว้ในส่วน 2.3 ขนาดของการลดลงนี้จะแสดงในรูปที่ 5

3.2 NextremaTM 724-3

กระจก Nextrema ™แบบโปร่งใส (724-3) จะแสดงผลของฟลักซ์ความร้อนที่สูงกว่าแก้ว 712-3 เล็กน้อย สาเหตุหลักมาจากความโปร่งใสที่ดีขึ้น (≈90%) ในพื้นที่ที่มองเห็นได้และใกล้ IR ที่มีพลังมากขึ้น (0.5 <λ <2.8 μm) เมื่อรวมกับสเปกตรัมการแผ่รังสีขององค์ประกอบควอตซ์จะเห็นการจับคู่ที่ดีกว่าซึ่งได้รับการยืนยันโดยฟลักซ์ความร้อนที่สูงกว่าที่บันทึกไว้ในแผนที่ (รูปที่ 6)

การลดลงของพลังงานที่ตรวจพบว่าเป็นฟังก์ชั่นของระยะทางจากตัวทำความร้อนนั้นคล้ายกับที่แสดงไว้ในรูปที่ 5 สำหรับองค์ประกอบเดียวกันกับกระจกป้องกัน

3.3 Robax^®

Robax^® แก้วแสดงการไหลของความร้อนที่สูงขึ้นอย่างชัดเจนที่จุดศูนย์กลางขององค์ประกอบซึ่งอยู่นอกระดับทั่วไปซึ่งถูกนำไปใช้ดังแสดงในรูปที่ 7 ในกรณีนี้ฟลักซ์การแผ่รังสีความร้อนสูงสุดคือ 0.80 W.cm^-2. ฟลักซ์ความร้อนที่สูงขึ้นที่จุดศูนย์กลางแสดงถึงการส่งผ่านที่มากขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิแหล่งกำเนิดสูงกว่า (ความยาวคลื่น IR ที่สั้นกว่า)

สาเหตุของประสิทธิภาพที่ดีขึ้นเล็กน้อยนี้คือการส่ง IR ที่เพิ่มขึ้นในย่านความถี่หลัก (0.4 <λ <2.8μm) สำหรับแก้วRobax®การลดลงของการส่งผ่านเกิดขึ้นที่ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นเล็กน้อยซึ่งจะเพิ่มเอาต์พุตจากฮีตเตอร์ แบนด์วิดท์ที่ลดลงและแคบลงของการส่งสัญญาณในย่านความถี่ทุติยภูมิ (3.2 <λ <4.2μm) ไม่มีอิทธิพลเช่นเดียวกับความยาวคลื่นเหล่านี้จะไม่กระปรี้กระเปร่าเท่ากับความยาวคลื่นที่สั้นกว่า ฟลักซ์ความร้อนทั้งหมดที่บันทึกไว้ที่ 100 มม. นั้นสูงกว่าแว่นตาที่ตรวจสอบในส่วน 3.1 และ 3.2 เล็กน้อยเนื่องจากคุณสมบัติการส่งผ่านที่ดีขึ้นของกระจก ดังแสดงในรูปที่ 8 ด้านล่าง

3.4 กระจกฝ้า

แผนที่ฟลักซ์ความร้อนสำหรับฮีตเตอร์ที่ป้องกันด้วยกระจกฝ้าจะแสดงในรูปที่ 9 นี่แสดงให้เห็นถึงรูปแบบที่คล้ายกันของการปล่อยพลังงานจากเครื่องทำความร้อนไปยังรายละเอียดข้างต้น ขนาดฟลักซ์ความร้อนที่ตรวจพบนั้นสูงกว่าค่าที่มีใน Nextrema^TM การป้องกัน แต่ต่ำกว่า Robax^® กระจก. เนื่องจากไม่มีสเปกตรัมการส่งผ่านสำหรับวัสดุนี้จึงไม่สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับเหตุผลเบื้องหลังสิ่งนี้

เมื่อระยะห่างระหว่างตัวปล่อยความร้อนและเซ็นเซอร์ความร้อนเพิ่มขึ้นฟลักซ์ความร้อนที่ตรวจพบจะตกลงมา เปอร์เซ็นต์ความร้อนฟลักซ์ที่ตรวจพบที่ 100mm นั้นต่ำกว่า Robax^® กระจกซึ่งแสดงในรูปที่ 7 แต่สูงกว่า Nextrema^TM แว่นตา.

3.5 แก้วใส

แผนผังฟลักซ์ความร้อนสำหรับแก้วโปร่งใสแสดงในรูปที่ 11 สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างที่สังเกตเห็นได้น้อยมากกับวัสดุกระจกฝ้าซึ่งตรวจสอบในส่วน 3.4 ซึ่งบ่งบอกว่ามีการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในสเปกตรัมการส่งผ่านของแก้วในขอบเขตคลื่นที่ใช้งานอยู่ (2-4.2μm)

ฟลักซ์ความร้อนรวมนั้นสูงขึ้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับกระจกฝ้า แม้กระนั้นมันก็ยังต่ำกว่า Robax^® กระจก. หากไม่มีข้อมูลสเปกตรัมการส่งสัญญาณจะไม่มีคำอธิบายสำหรับการสังเกตนี้

ตาราง 1 แสดงฟลักซ์ความร้อนสูงสุดโดยเฉลี่ยซึ่งถูกบันทึกไว้สำหรับองค์ประกอบในการทดสอบทั้งสามที่ดำเนินการรวมถึงฟลักซ์ความร้อนเฉลี่ยที่บันทึกไว้ที่ 100 และ 200mm จากพื้นผิวองค์ประกอบ สิ่งนี้บ่งชี้ว่าทั้งสอง Nextrema^TM และแว่นตา Frosted ก็ทำงานได้ไม่ดีอย่างไรก็ตามมีเพียงเล็กน้อยที่จะแยก Robax ออก^® และแว่นตาโปร่งใส

ปรากฏการณ์การวัดเกิดขึ้นในระหว่างการทำแผนที่ฟลักซ์ความร้อนโดยการอ่านค่าเริ่มต้นนั้นเป็นค่าอ้างอิงศูนย์ที่กำหนดและแต่ละค่าที่บันทึกไว้จะถูกวัดสัมพันธ์ เมื่อแยกสั้นความร้อนจึงสามารถถูกบันทึกเป็นลบซึ่งก่อให้เกิดพื้นที่ที่ไม่มีสีในพื้นที่โครงร่าง

การทำให้ข้อมูลดิบกลับคืนสู่สภาพปกติแสดงให้เห็นว่าแว่นตาRobax®และ Transparent เป็นแก้วที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการส่งรังสีตามที่แสดงในตาราง 2

เนื่องจากไม่มีข้อมูลสเปกตรัมสำหรับแก้วโปร่งใสจึงไม่สามารถให้เหตุผลที่ชัดเจนว่าทำไมความแตกต่างระหว่างนี้และRobax®เกิดขึ้นและไม่ว่าจะเป็นระดับความโปร่งใสในการมองเห็น / ใกล้ -IR (0.5 - 2.8μm) หรือในพื้นที่คลื่นกลาง (≥3μm)

จะเห็นได้ว่าฟลักซ์ความร้อนสูงสุดที่บันทึกไว้สำหรับ Robax^® สูงกว่ากระจกโปร่งใส นี่อาจเป็นตัวบ่งชี้ถึงการเปลี่ยนแปลงของความโปร่งใสของอินฟราเรดในฐานะฟังก์ชันของอุณหภูมิด้วย Robax^® มีความโปร่งใสมากขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้นที่เห็นในส่วนกลางขององค์ประกอบ

สรุป

ผลจากการทดลองด้านบนแสดงว่า Robax^® แก้วซึ่งปัจจุบันใช้โดย Ceramicx เพื่อปกป้องเครื่องทำความร้อนมีคุณสมบัติการส่งผ่าน IR ที่ดีที่สุดสำหรับเครื่องทำความร้อนเทปคาสเซ็ตควอทซ์ นี่เป็นเพราะสเปกตรัมการส่งผ่านของแก้วนี้มีค่าสูงสุดในคลื่นวิทยุที่แอคทีฟของฮีทเตอร์

เพื่อให้ความร้อนที่ดีที่สุดสเปกตรัมการส่งผ่านของกระจกป้องกันควรตรงกับสเปกตรัมการแผ่รังสีของเครื่องทำความร้อนที่ป้องกัน ในกรณีนี้แก้วควรมีความโปร่งใสมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในแถบคลื่น 1 - 3.2 m

ควรสังเกตว่าความหนาแน่นของพลังงานขององค์ประกอบและปัจจัยอื่น ๆ ที่หลากหลายจะมีผลต่อผลลัพธ์ของการทดลองนี้ หากกำลังต่อหน่วยพื้นที่ขององค์ประกอบเปลี่ยนไปผลลัพธ์จะเปลี่ยนไป ยิ่งไปกว่านั้นผลลัพธ์ที่ระบุในการทดลองนี้ไม่ได้เป็นตัวแทนของการกำหนดค่าประเภทแท่นวาง

¹ 1000W FQE และ 500W HQE มีความหนาแน่นพลังงานเท่ากันดังนั้นจึงมีลักษณะการปล่อยคล้ายกัน

---

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ

ผลการทดสอบเหล่านี้ควรได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบก่อนการพิจารณาว่าตัวส่งสัญญาณอินฟราเรดชนิดใดที่จะใช้ในกระบวนการ การทดสอบซ้ำ ๆ ที่ดำเนินการโดย บริษัท อื่นอาจไม่ได้ผลเช่นเดียวกัน มีความเป็นไปได้ที่จะเกิดข้อผิดพลาดในการบรรลุเงื่อนไขการตั้งค่าและตัวแปรที่อาจเปลี่ยนแปลงผลลัพธ์ ได้แก่ : แบรนด์ของตัวปล่อยที่ใช้งาน, ประสิทธิภาพของตัวส่ง, กำลังที่ให้, ระยะทางจากวัสดุที่ทดสอบไปยังตัวปล่อย สิ่งแวดล้อม ตำแหน่งที่วัดอุณหภูมิอาจแตกต่างกันดังนั้นจึงส่งผลต่อผลลัพธ์