Gostota vatov in toplotna zasnova za pod-ničelne aplikacije
Pustite sporočilo
Ena najpogostejših napak, ki jo ljudje delajo pri izbiri kartušnih grelnikov, je, da niso pozorni na gostoto v vatih, ki je količina električne energije, ki izvira iz vsakega kvadratnega metra površine. Ta parameter je veliko pomembnejši na lokacijah s temperaturami pod -40 stopinj, saj se mora grelnik soočiti z veliko izgubo toplote, hkrati pa se izogniti škodi, ki bi se lahko zgodila, če so površine prevroče.
Standardni kartušni grelniki lahko dosežejo vatno gostoto do 63 W/cm² (400 W/in²), zaradi česar so odlični za hitro segrevanje kalupov za brizganje plastike in opreme za pakiranje. Ti modeli z visoko-gostoto delujejo, ker je grelnik obdan z ogreto maso, ki hitro odvaja toploto stran od grelnika. Toda matematika se spremeni, ko je zunaj hladno. Isti grelec se mora ukvarjati s toplotno maso dela, ki se segreva, kot tudi s stalno izgubo toplote v zrak pri -40 stopinjah ali prevodnostjo skozi strukturne povezave.
Ko izkušeni toplotni inženirji začnejo svoje izračune, uporabijo osnovno toplotno zahtevo: Q=m × c × ΔT / t, kjer je Q vat, m masa, c specifična toplota, ΔT sprememba temperature in t čas. Nato dodajo del toplotne izgube, ki je koeficient toplotnega prehoda, pomnožen s površino in spremembo temperature okolja. V vremenu -40 stopinj z vetrom so lahko konvektivne izgube večje od količine potrebnega prevodnega ogrevanja, včasih pa celo podvojijo skupno potrebno količino vatov.
V praksi to pomeni, da imajo kartušni grelniki za hladno vreme običajno manjšo gostoto v vatih kot tisti za vroče temperature, običajno 10–25 W/cm² namesto 40–63 W/cm². Ta previdna metoda ima veliko prednosti. Nižje površinske temperature upočasnijo proces oksidacije na uporovni žici, zaradi česar lahko grelnik zdrži več let namesto le mesecev. Bolj dosledna porazdelitev toplote ustavi vroče lise, ki pokvarijo izolacijo magnezijevega oksida. In manjša temperaturna razlika med grelcem in okoliškim zrakom zmanjša toplotno obremenitev ogrevanega dela.
Ta toplotna dejstva je treba upoštevati pri načrtovanju upravljanja temperature. Ko grelnik preklopi med polno močjo in izklopom, se lahko temperatura spremeni za ±10 stopinj ali več. Ko je temperatura -40 stopinj, obdobja izklopa omogočajo, da se stvari hitro ohladijo, kar obremeni materiale in zapravlja energijo z njihovim segrevanjem. Uporaba polprevodni-relejev ali krmilnikov moči SCR za proporcionalno krmiljenje ohranja stabilne ravni moči in natančno usklajuje toplotne izgube. To ohranja temperaturo znotraj ±2 stopinj nastavljene vrednosti in zmanjša porabo energije za 20–30 % v primerjavi s krmiljenjem pok-pok.
V teh primerih je postavitev termočlenov na prava mesta umetnost. Namestitev senzorja na konico grelnika daje najhitrejši odziv, vendar spremlja temperaturo grelnika namesto temperature procesa. Če ga damo v vročo maso, dobimo natančnejše podatke o procesu, dodamo pa tudi zamik, ki lahko povzroči prekoračitev. Odgovor je pogosto uporaba dveh senzorjev: enega pri grelniku, da so stvari varne, in enega v procesu za nadzor stvari. Algoritem krmiljenja mora najti pravo razmerje med hitro reakcijo in stabilnostjo.
Pri nizko-temperaturnih napravah je za hladne cone potrebna posebna skrb. Ko so priključne omarice izpostavljene -40 stopinjam, bo morda treba neogrevan del na koncu kabla, ki je običajno 5–10 mm pri običajnih grelnikih, podaljšati na 25–50 mm. To preprečuje, da bi povezovalna točka padla pod rosišče, ko se kondenzacija nabira in povzroča električne težave. Nekateri modeli uporabljajo pravokotne zavoje ali podaljške plašča za napeljavo vodnikov skozi izolirane stene, pri tem pa ohranjajo aktivno ogrevalno območje na pravem mestu.
Upravljanje toplotnega raztezanja vpliva tako na specifikacije grelnika kot na zasnovo namestitve. Pri segrevanju s -40 stopinj na 300 stopinj se 200 mm dolg kartušni grelec poveča za približno 2,5 mm. Ta razvoj povzroči tlačno silo na grelec ali ogrevan del, kar lahko povzroči, da se grelec upogne ali segreti del spremeni obliko. Dobro-zasnovan grelnik ima skoznje luknje ali prostor za raztezanje na zaprtem koncu in je pritrjen na končnem koncu, da prepreči, da bi prišel ven, hkrati pa omogoča, da se podaljša v dolžino.
