Kuidas mõõta õhukese kõrgtemperatuurse{0}}silikoonikihiga kaetud PFA-soojendi efektiivset soojusjuhtivust?

Agressiivses keemilises keskkonnas olevad PFA-soojendid kaetakse aeg-ajalt õhukese kihiga (0,2-1,0 mm) kõrgtemperatuurse silikoonkummiga, et suurendada korrosioonikaitset või saastumisvastast{12}}omadust. Silikoonkiht parandab soojustakistust, vähendades üldist soojusläbivust. Küttekeha õigeks mõõtmiseks tuleb määrata komposiitkesta (PFA + silikoon) efektiivne soojusjuhtivus k eff. Kõige praktilisem metoodika on püsiseisundi võrdlev meetod, millega mõõdetakse temperatuuri langust üle kaetud kesta teadaoleva soojusvoo juures [ . Tüüpilise kattekihi (0,5 mm silikoon, k ~ 0,25 W/mK) PFA (2 mm, k ~ 0,20 W/mK) korral on efektiivne soojusjuhtivus 0,21-0,22 W/mK – ainult 5–10% madalam kui ainult PFA, kuna silikoonikiht on õhuke. Kui aga silikoon imab vett või paisub, võib k_eff olla 0,15–0,18 W/m·K. Kasutatavate kaetud küttekehade tavaline in situ mõõtmine tehakse eelistatavalt pindmiste termopaaridega.

Mõõtmise põhimõte
Efektiivne soojusjuhtivus k_eff arvutatakse Fourier' seaduse alusel: k_eff=q × t_total / ΔT kus q on soojusvoog (W/m^2), t_total on kogupaksus (PFA + silikoon, m) ja ΔT on temperatuurimuutus komposiitkihis (kraad). Teadaoleva võimsusega püsiolekus töötava küttekeha puhul q=P/A, kus P on elektrivõimsus vattides ja A on küttekeha pindala ruutmeetrites. Seda väärtust korrigeeritakse efektiivsuse suhtes, mis on tavaliselt vahemikus 0,90–0,95. ΔT-d jälgitakse termopaaride abil, mis on kinnitatud silikooni välispinnale (T_outer) ja on tootmise ajal manustatud PFA{13}}metallikontakti (T_inner). Teise võimalusena saab-tagasi arvutada võrdlusküttekeha abil, teades .

In-situ tehnika ilma anduri manustamiseta:

Paigaldage kaks sama tüüpi küttekeha, üks silikoonkattega, teine ​​ilma (võrdlusküttekeha).

Käivitage mõlemad samas vedelikus, sama võimsuse ja vooluga.

Mõõtke temperatuuri mõlema välispinnal (T_coated, T_uncoated).

Arvutage katmata küttekeha PFA sisepinna temperatuur: T_sisemine_katmata=T_katmata + q × (t_PFA/k_PFA).

Oletame, et kaetud küttekeha puhul on T_inner identne (sama sisetemperatuur).

Seejärel ΔT_coated=T_inner – T_coated. k_eff=q × (t_PFA + t_silikoon) / ΔT_kattega.

Vajalik varustus
Funktsioonikomponendi spetsifikatsioon
Termopaar, tüüp K, peen traat (0,25 mm), täpsus +0.5 kraadi, mõõta temperatuure pinnal
Termopasta Kõrge juhtivusega silikoonivaba (nt boornitriid)Tagab suurepärase termopaari kontakti.
Võimsusmõõtur ±1% täpsusElektrivõimsuse mõõtmine
Kalibrid ±0,01 mm Katte paksuse mõõtmine
IR-kaamera (valikuline) ±2 kraadi või parem Kontrollige ühtlast pinnatemperatuuri
Andmeloger Mitme kanaliga, diskreetimissagedus 1 Hz Temperatuuri salvestamine
Tüüpiliste konfiguratsioonide mõõtmistulemused
PFA paksus (mm) silikooni paksus (mm) silikooni tüüp k_PFA (W/m·K) k_silicone (W/m·K) arvutatud k eff (W/mK) mõõdetud k eff (W/m. K) (stabiilses olekus) Viga (%) 2.0 0 N/A (tegelik)0.02.0.0. (ref) 0% 2.0 0.3 Üldotstarbeline (RTV) 0.20 0.22 0.202 0.205 1.5% 2.0 0.5 Üldotstarbeline 0.20 0.22 0.205 0.208 1.5% 2.0 1.0 Üldotstarbeline 0.20 0.22 0.209 0.215 2.9% 2.0 0.5 Soojust juhtiv (täidetud) 0.20 0.60 0.228 0.230 0.9% 1.5 0.5 Üldotstarbeline 0.20 0.22 0.207 0.210 1.4}% 0.20 0.22 0.207 0.210 1.4}% {{19}veeimav 0.20 0.12 0.171 0.168 1.8% 2.0 0.5 Vanandatud silikoon (200 kraadi , 1000 h) 0.20 0.18 0.197 0.195 1.0%
Analüüs: vaadeldud k-eff on hästi kooskõlas prognoositud seeria takistuse mudeliga: 1/k-eff=(t_PFA/k_PFA + t_silicone/k_silicone) / t_total. 2,0 mm PFA + 0.5 mm silikoon (üldotstarbeline) puhul 1/k eff=(0,002/0.20 + 0.0005/0,22)/0.0025=(0.01 + 0.00227)/0.0025=0.01227/0.0025=4.91 Seega on k eff=0.204} W./m3 mõõtmisviga protsenti ± 2./m.

Measurement Protocol{0}}Samm-sammult
Laboratoorsed mõõtmised:

Valmistatakse ette uuritav proov; tasane plaat või küttekeha, mille termopaar on PFA{0}}metallist kontaktis.

katta kontrollitud paksusega silikooniga

Paigaldage proov valvega kuumutusplaadile (ASTM E1530) või kontrollitud temperatuuriga vanni, millel on teadaolev soojusvoog.

Teadaolev soojusvoog (10 000–50 000 W/m 2 )

Mõõtke püsitemperatuuri (välispind ja sisepind).

Arvutage k_eff Fourier' seaduse järgi.

Teenuses{0}}mõõtmiseks (välja, sisseehitatud-andurita):

Püsiseisund (temperatuuri muutus<0.5 °C in 30 min).

Mõõtke kaetud küttekeha välispinna temperatuuri 3-5 kohast (termopaarid termopasta ja teibiga).

Mõõtke voolukiirust ja vedeliku temperatuuri.

Elektrilise sisendi soojusvoo arvutamine (mõõt V, I, võimsustegur)

Sisepinna temperatuuri hindamiseks saab kasutada tootjalt saadud südamiku temperatuuri vs. vattiheduse andmeid või katmata võrdlussoojendit.

Arvutage k_eff ΔT hinnanguga.

Silikoonkatete praktilised aspektid
Silikoonil on temperatuurist{0}}sõltuv soojusjuhtivus, mis vananedes halveneb. 200 kraadi juures võib k_silikoon 1000 tunni pärast ristsidumise ja täiteaine riknemise tõttu väheneda 20–30%. Veeimavus (0,5–2 massiprotsenti) vähendab k_silikooni 0,22-lt 0,12–0,15 W/m·K-le. Mõõtke k_eff kord kvartalis niiskes või kondenseerivas keskkonnas olevate kütteseadmete puhul.

Kui mõõdetud väärtus $k_{eff}$ on 15% või rohkem alla kavandatud väärtuse, kaaluge:

- Silikoonkatte eemaldamine (koorimine või lahusti eemaldamine), kui see pole vajalik.

Küttekeha asendatud soojust juhtiva silikooniga (täidetud Al_2O_3 või BN-ga, k umbes 0,6-1,0 W/m·K).

Väiksema soojusülekande kompenseerimiseks suurendage küttekeha pindala.

Näide väljast
Keemiatehas kattis PFA-soojendid 0,7 mm RTV silikooniga, et vältida polümeerilahuses saastumist-. Jaam mõõdeti k_eff võrdlusküttekeha meetodil ja saadi 0,17 W/m·K, võrreldes eeldatava väärtusega 0,20 W/m·K (15% madalam). Madalam k tõi kaasa selle, et küttekehad olid sama võimsuse korral 8–10 kraadi kuumemad, mis viis polümeeri kiirema saastumiseni. Rajatis viidi üle soojust juhtivale silikoonile (k ~ 0,65 W/mK) ja mõõdeti k_eff=0.235 W/mK – veidi parem kui PFA üksi. Saastumine on minimeeritud ja küttekeha eluiga on kahekordistunud.

Järeldus: mõõdetud k_eff ±3% piires õhukeste silikoonkatete seeriamudelist
Õhukese (0,2–1,0 mm) kõrgtemperatuurse silikoonikihiga (0,2–1,0 mm) kaetud PFA-soojendi efektiivset soojusjuhtivust saab täpselt määrata püsiseisundi võrdlusmeetoditega, kasutades pinnatermopaare ja võrdlussoojendit. Üldotstarbelise -silikooni (k=0.22 W/m·K) ja standardse PFA (k ≈ 0,20 W/m·K) k_eff jääb kattekihtide puhul k_PFA-st 5% piiresse.<0.5 mm. Thicker coatings or aged/swollen silicone could decrease k_eff by 10–30% and the design has to be modified consequently. Degradation detected with regular in-situ measurement and maintenance (quarterly or annual). A few thermocouples and an hour of measuring time can avoid undersized heaters or unanticipated fouling. Measure k_eff, obtain the actual thermal resistance, design with confidence. The coating might aid chemistry but hurt heat transfer. Assess the pain. Then choose.