Щільність у Ваттах і тепловий дизайн для до-занульових застосувань
Залишити повідомлення
Одна з найпоширеніших помилок, яку люди роблять при виборі картриджних обігрівачів, полягає в тому, що вони не звертають увагу на щільність у Ватах, тобто кількість електроенергії, що виходить з кожного квадратного фута площі поверхні. Цей параметр набагато важливіший у місцях з температурою нижче -40 градусів, оскільки обігрівач має мати справу зі значною втратою тепла, а також уникати пошкоджень, які можуть виникнути, коли поверхні занадто гарячі.
Стандартні картриджні нагрівачі можуть досягати потужності до 63 Вт/см² (400 Вт/дюйм²), що робить їх чудовими для швидкого нагрівання пластикових форм для лиття під тиском і пакувального обладнання. Ці конструкції з високою-щільністю працюють, оскільки нагрівач оточує нагріта маса, яка швидко відводить тепло від нагрівача. Але математика змінюється, коли надворі холодно. Той самий нагрівач має мати справу з термальною масою частини, що нагрівається, а також з постійною втратою тепла в повітря при -40 градусах або провідністю через структурні з’єднання.
Коли досвідчені інженери-теплотехніки починають свої розрахунки, вони використовують основну потребу в теплі: Q=m × c × ΔT / t, де Q – ват, m – маса, c – питома теплоємність, ΔT – зміна температури, а t – час. Потім вони додають частину тепловтрат, яка є коефіцієнтом теплопередачі, помноженим на площу поверхні, помножену на зміну температури навколишнього середовища. У погоду -40 градусів із вітром конвективні втрати можуть перевищувати необхідну кількість кондуктивного опалення, іноді навіть подвоюючи загальну необхідну потужність.
На практиці це означає, що картриджні обігрівачі для холодної погоди зазвичай мають нижчу щільність ват, ніж обігрівачі для спекотних температур, зазвичай 10–25 Вт/см² замість 40–63 Вт/см². Цей обережний метод має багато переваг. Нижча температура поверхні сповільнює процес окислення на резистивному дроті, через що нагрівач може працювати роками, а не місяцями. Більш рівномірний розподіл тепла зупиняє гарячі плями, які руйнують ізоляцію оксиду магнію. А менша різниця температур між нагрівачем і навколишнім повітрям зменшує термічне навантаження на нагріту частину.
Ці термічні факти необхідно враховувати при складанні планів управління температурою. Коли обігрівач перемикається між повною потужністю та вимкненим, температура може змінюватися на ±10 градусів або більше. Коли температура становить -40 градусів, періоди вимкнення дозволяють речам швидко охолонути, що створює навантаження на матеріали та витрачає енергію на їх нагрівання. Використання твердотільних-реле або контролерів потужності SCR для пропорційного керування підтримує рівні потужності стабільними та точно відповідає втратам тепла. Це підтримує температуру в межах ±2 градуси від заданого значення та скорочує споживання енергії на 20–30% у порівнянні з керуванням «баг-баг».
У цих випадках розмістити термопари в потрібних місцях – ціле мистецтво. Розміщення датчика на кінчику нагрівача дає найшвидшу реакцію, але він відстежує температуру нагрівача, а не температуру процесу. Поміщення його в гарячу масу дає точніші дані процесу, але також додає затримку, яка може спричинити перевищення. Відповідь часто полягає в тому, щоб використовувати два датчики: один на обігрівачі, щоб забезпечити безпеку, і інший у процесі, щоб контролювати речі. Алгоритм управління повинен знайти правильний баланс між швидкістю реакції та стабільністю.
У низько{0}}температурних установках холодні зони потребують особливого догляду. Коли клемні коробки піддаються впливу -40 градусів, необігріту частину на кінці виводу, яка зазвичай становить 5–10 мм у звичайних нагрівачах, може знадобитися подовжити до 25–50 мм. Це запобігає опусканню точки з’єднання нижче точки роси, коли накопичується конденсат і створює проблеми з електрикою. У деяких конструкціях використовуються вигини під прямим кутом або подовження оболонки для проходження проводів через ізольовані стіни, зберігаючи активну зону нагріву в потрібному місці.
Управління тепловим розширенням впливає як на технічні характеристики нагрівача, так і на конструкцію установки. При нагріванні від -40 градусів до 300 градусів картриджний нагрівач довжиною 200 мм збільшується приблизно на 2,5 мм. Це створює силу стиснення нагрівача або нагрітої частини, що може призвести до згинання нагрівача або зміни форми нагрітої частини. Добре-сконструйований нагрівач має наскрізні отвори або зазор для розширення на закритому кінці, і він утримується на місці на кінцевому кінці, щоб не дати йому вийти, але водночас дозволяє йому подовжуватися в довжину.
