| 著者 | 创建日期 | VERSION | 文件编号 |
|---|---|---|---|
| 彼得·马歇尔博士 | 9年2017月XNUMX日 | V1.5 | CC11 – 00107 |
介绍
本文详细介绍了保护最佳陶瓷的研究，以保护Ceramicx的石英盒式加热器，从而最佳地透射红外辐射。 有许多不同的眼镜可供选择。 然而，由于组成不同，它们将具有不同的特征透射光谱。 通过将元素的发射光谱调整为玻璃的透射光谱，可以确定加热过程能效的最佳组合。
付款方式
2.1材料
采购了五个不同的石英玻璃，每个石英玻璃的厚度为3mm。 第一块玻璃是Ceramicx标准防护Robax®玻璃。 从Schott glass的NextremaTM系列（材料712-3和724-3）中又获得了两杯。 另外两杯来自另一第三方。 它们是透明的，带有淡灰色调，并且具有白色，不透明的颜色或磨砂外观。
每个玻璃都直接安装在500W，230V HQE元素（尺寸：123.5 x 62.5mm）的前面。 将加热线圈放置在6可用石英玻璃管的7内，而中央管未加热。 图5显示了在HQE加热器上原位安装的每个1玻璃的图像
三种Schott眼镜（NextremaTM 712-3，NextremaTM 724-3和Robax）的数据表®）显示了红外透射光谱，如图2所示。 这表明NextremaTM 712-3在可见光谱中几乎不透射或根本不透射辐射，这与材料的暗色一致，而NextremaTM 724-3（图2Error！未找到参考源）和Robax透射得多。® 眼镜。 在更长的波长下，NextremaTM 724-3材料透射的辐射百分比高于Robax® 玻璃。
HQE 500W加热器在2 –4.2μm的波段内具有峰值频谱功率密度（发射），如频谱所示（错误！找不到参考源）。 因此，可以预期在该区域中具有最大透射率的玻璃将在实验中显示出最大的热通量。 这在比长波长更有能量的较低波长下尤其重要。
2.2方法
加热器安装在Herschel平台内并通电。 调节电压，使功率输出为500±1W。在开始测试之前，先将加热器加热10分钟。 每个加热器均进行了3次测试以提高准确性。
2.3赫歇尔
Ceramicx Herschel热通量机器人检查总热通量（W.cm-2）入射到传感器上。 加热器可以安装在Herschel中，并使用3D红外热通量映射例程进行分析。 该自动化系统使用红外传感器，该红外传感器被机器人围绕着被测加热器辐射器前面的预定坐标网格系统进行引导。 传感器的最大热通量为2.3 W.cm-2 并测量0.4-10微米波段的IR。 坐标系是加热辐射器前面的500mm立方网格，请参见图3。 机器人沿着X轴和Z轴上的蛇形路径以25mm的增量移动传感器，同时将发热体安装在滑架上，该滑架沿Y方向以100mm的增量递增。
机器的结果可以转化为消耗的总能量的百分比，该能量作为加热器的辐射热通量返回。 随着辐射热通量从加热器发散，这随着与加热器的距离增加而减小。
成果
测试结果显示了一些有趣的数据，这些数据必须分别与玻璃和Ceramicx的HQE加热元件的透射和发射光谱一起解释。 所有等高线图均使用相同的色标制作，以确保可以进行视觉比较。
3.1 NextremaTM 712-3
这种深色玻璃在可见光谱中几乎没有辐射透射（图2）。 但是，在更长的波长下它更加透明。 在≈10 – 2.8μm的波段内，透射率下降至<3.2％，但在40 – 3.5μm的波段范围内恢复至≥4.2％。
结果表明，在100mm处有一个0.6 W.cm的峰值功率密度。-2，如图4所示。 这表明，预期的峰值热通量来自元件的中心，并且随着距元件中心的距离都同心减小。
到加热器的所有距离都可以产生类似的图。 但是，从元件中心减少热通量的总体趋势是相同的。
类似地，记录的辐射热通量百分比随着与元素的距离（沿y轴）的增加而减小，如2.3部分所示。 这种减少的幅度如图5所示
3.2 NextremaTM 724-3
透明的NextremaTM玻璃（724-3）的热通量输出比712-3玻璃稍高。 这主要是由于其在高能可见光和近红外区域（90 <λ<0.5μm）具有更好的透明度（≈2.8％）。 当与石英元素的发射光谱结合时，可以看到更好的匹配，这可以通过图中记录的更高的热通量来证实（图6）。
对于与5-712保护玻璃相同的元件，所检测到的能量的减少与到加热器的距离的函数非常相似，如图3所示。
3.3 罗巴克斯®
罗伯克斯® 如图7所示，玻璃在元素的中心点显示出明显更高的热通量，这与所应用的一般比例不同。 在这种情况下，峰值辐射热通量为0.80 W.cm-2。 中心处较高的热通量表示由于较高的光源温度（较短的IR波长）而导致的透射率更高。
之所以具有更好的性能，是因为在主波段（0.4 <λ<2.8μm）的红外传输增加。 对于Robax®玻璃，透射率下降发生在稍长的波长处，从而增加了加热器的输出。 次级频带中传输带宽的减小和较窄（3.2 <λ<4.2μm）不会产生相同的影响，因为这些波长不像较短的波长那样具有能量。 正如预期的那样，在100毫米处记录的总热通量比在3.1和3.2节中检查的玻璃略高，这是由于玻璃的传输性能增强。 如下图8所示。
3.4毛玻璃
毛玻璃保护加热器的热通量图如图9所示。 这显示了从加热器到上面详述的那些类似的能量发射模式。 探测到的热通量强度要比Nextrema的高TM 保护，但低于Robax® 玻璃。 由于该材料没有可用的透射光谱，因此无法深入了解其背后的原因。
随着发射器和热通量传感器之间的距离增加，检测到的热通量下降。 在100mm处检测到的热通量百分比低于Robax® 图7中显示的玻璃，但比Nextrema高TM 眼镜。
3.5透明玻璃
透明玻璃的热通量图如图11所示。 这表明与在3.4部分中检查的磨砂玻璃材料几乎没有明显的区别，表明在活动波段区域（2-4.2μm）中玻璃的透射光谱几乎没有变化。
与磨砂玻璃相比，总热通量略有增加。 但是，它仍然低于Robax® 玻璃。 没有传输频谱数据，就无法为这种观察提供解释。
表1显示了在三个传导测试中记录的元素的平均最大热通量，以及在距元素表面100和200mm处记录的平均热通量百分比。 这表明两个NextremaTM 而且磨砂玻璃的效果不佳，但是Robax的区别很小® 和透明眼镜。
在热通量映射过程中会出现测量现象，由此获取的初始读数为参考值，指定为零，并相对于此测量每个记录值。 因此，在短距离间隔内，热通量可以记录为负值，从而在轮廓图中产生未着色的区域。
对原始数据进行归一化显示，Robox®和Transparent玻璃的确是最有效的辐射辐射玻璃，如表2所示。
由于没有透明玻璃的光谱数据，因此无法给出确切的原因，说明为何与Robax®之间存在差异，以及是否是可见/近红外（0.5 –2.8μm）中的透明水平或在中波区域（≥3μm）。
值得注意的是Robax记录的最大热通量® 高于透明玻璃。 这可能表明，Robox的红外透明度随温度而变化® 在元件中心部分看到的高温下变得更透明。
结论
上面的实验结果表明Robax® Ceramicx目前用于保护其加热器的玻璃具有石英盒式加热器的最佳红外传输特性之一。 这是因为该玻璃的透射光谱在加热器的有效波段内最大。
为了获得最佳加热效果，保护玻璃的透射光谱应与其所保护的加热器的发射光谱相匹配。 在这种情况下，玻璃在1 – 3.2μm波段中应尽可能透明。
应该注意的是，该元件的功率密度和其他各种因素都会影响该实验的结果。 如果元素的单位面积功率改变，结果将改变。 而且，该实验中指示的结果不能代表台板类型的构造。
1 1000W FQE和500W HQE具有相同的功率密度，因此具有相似的发射特性
免责声明
在确定在过程中使用哪种类型的红外发射器之前，应仔细考虑这些测试结果。 其他公司进行的重复测试可能无法获得相同的结果。 在达到设定条件时可能会出错，并且可能会改变结果的变量包括：使用的发射器品牌，发射器效率，所提供的功率，从被测材料到所使用发射器的距离以及环境。 测量温度的位置也可能不同，因此会影响结果。
