शून्य से कम अनुप्रयोगों के लिए वाट घनत्व और थर्मल डिज़ाइन

कार्ट्रिज हीटर चुनते समय लोगों द्वारा की जाने वाली सबसे आम गलतियों में से एक वाट घनत्व पर ध्यान नहीं देना है, जो सतह क्षेत्र के प्रत्येक वर्ग फुट से निकलने वाली बिजली की मात्रा है। यह पैरामीटर -40 डिग्री से नीचे तापमान वाले स्थानों में बहुत अधिक महत्वपूर्ण है क्योंकि हीटर को बहुत अधिक गर्मी के नुकसान से निपटना पड़ता है और सतहों के बहुत गर्म होने पर होने वाले नुकसान से भी बचना पड़ता है।

मानक कार्ट्रिज हीटर 63W/cm² (400W/in²) तक की वाट घनत्व तक पहुंच सकते हैं, जो उन्हें प्लास्टिक इंजेक्शन मोल्ड और पैकिंग उपकरण को जल्दी से गर्म करने के लिए महान बनाता है। ये उच्च घनत्व वाले डिज़ाइन कार्य करते हैं क्योंकि हीटर एक गर्म द्रव्यमान से घिरा होता है जो हीटर से गर्मी को तुरंत दूर ले जाता है। लेकिन जब बाहर ठंड होती है तो गणित बदल जाता है। उसी हीटर को गर्म किए जाने वाले हिस्से के थर्मल द्रव्यमान के साथ-साथ -40 डिग्री या संरचनात्मक कनेक्शन के माध्यम से हवा में गर्मी के निरंतर नुकसान से निपटना पड़ता है।


जब अनुभवी थर्मल इंजीनियर अपनी गणना शुरू करते हैं, तो वे मूल ताप आवश्यकता का उपयोग करते हैं: Q=m × c × ΔT / t, जहां Q वाट है, m द्रव्यमान है, c विशिष्ट ऊष्मा है, ΔT तापमान में परिवर्तन है, और t समय है। फिर वे गर्मी के नुकसान वाले हिस्से को जोड़ते हैं, जो कि गर्मी हस्तांतरण गुणांक गुणा सतह क्षेत्र गुणा परिवेश से तापमान में परिवर्तन होता है। हवा के साथ -40 डिग्री वाले मौसम में, संवहन हानि आवश्यक प्रवाहकीय ताप की मात्रा से अधिक हो सकती है, कभी-कभी आवश्यक कुल वाट से दोगुनी भी हो सकती है।



व्यवहार में, इसका मतलब यह है कि ठंड के मौसम के लिए कार्ट्रिज हीटर में आमतौर पर गर्म तापमान की तुलना में कम वाट घनत्व होता है, आमतौर पर 40-63W/cm² के बजाय 10-25W/cm²। इस सतर्क विधि के बहुत सारे फायदे हैं। कम सतह का तापमान प्रतिरोध तार पर ऑक्सीकरण प्रक्रिया को धीमा कर देता है, जिससे हीटर केवल महीनों के बजाय वर्षों तक चल सकता है। अधिक सुसंगत ताप वितरण उन गर्म पैच को रोकता है जो मैग्नीशियम ऑक्साइड इन्सुलेशन को तोड़ते हैं। और हीटर और आसपास की हवा के बीच तापमान में छोटा अंतर गर्म हिस्से पर थर्मल तनाव को कम कर देता है।

तापमान प्रबंधन की योजना बनाते समय इन थर्मल तथ्यों को ध्यान में रखा जाना चाहिए। जब हीटर पूर्ण शक्ति और बंद के बीच स्विच करता है, तो तापमान ±10 डिग्री या उससे अधिक तक बदल सकता है। जब तापमान -40 डिग्री होता है, तो ऑफ पीरियड में चीजें जल्दी ठंडी हो जाती हैं, जिससे सामग्रियों पर तनाव पड़ता है और उन्हें गर्म करके ऊर्जा बर्बाद होती है। आनुपातिक नियंत्रण के लिए सॉलिड स्टेट रिले या एससीआर पावर कंट्रोलर का उपयोग करने से बिजली का स्तर स्थिर रहता है और गर्मी के नुकसान का सटीक मिलान होता है। यह तापमान को निर्धारित बिंदु के ±2 डिग्री के भीतर रखता है और बैंग-बैंग नियंत्रण की तुलना में ऊर्जा के उपयोग में 20-30% की कटौती करता है।

इन मामलों में, थर्मोकपल को सही स्थानों पर लगाना एक कला है। सेंसर को हीटर की नोक पर लगाने से सबसे तेज़ प्रतिक्रिया मिलती है, लेकिन यह प्रक्रिया के तापमान के बजाय हीटर के तापमान पर नज़र रखता है। इसे गर्म द्रव्यमान में डालने से अधिक सटीक प्रक्रिया डेटा प्राप्त होता है, लेकिन यह अंतराल भी जोड़ता है, जो ओवरशूट का कारण बन सकता है। इसका उत्तर अक्सर दो सेंसर का उपयोग करना होता है: एक हीटर पर चीजों को सुरक्षित रखने के लिए और एक चीजों को नियंत्रित करने की प्रक्रिया में। नियंत्रण एल्गोरिदम को त्वरित प्रतिक्रिया और स्थिरता के बीच सही संतुलन ढूंढना होता है।

कम तापमान वाले प्रतिष्ठानों में, ठंडे क्षेत्रों को विशेष देखभाल की आवश्यकता होती है। जब टर्मिनल बॉक्स -40 डिग्री के संपर्क में आते हैं, तो लीड सिरे पर बिना गर्म किया हुआ भाग, जो सामान्य हीटरों में आमतौर पर 5-10 मिमी होता है, को 25-50 मिमी तक बढ़ाने की आवश्यकता हो सकती है। यह कनेक्टिंग पॉइंट को ओस बिंदु से नीचे जाने से रोकता है, जब संक्षेपण जमा होता है और विद्युत समस्याएं पैदा करता है। कुछ डिज़ाइन सक्रिय हीटिंग ज़ोन को सही जगह पर रखते हुए इंसुलेटेड दीवारों के माध्यम से मार्ग बनाने के लिए समकोण मोड़ या शीथ एक्सटेंशन का उपयोग करते हैं।

थर्मल विस्तार को प्रबंधित करने से हीटर की विशिष्टताओं और स्थापना के डिज़ाइन दोनों पर प्रभाव पड़ता है। जब -40 डिग्री से 300 डिग्री तक गर्म किया जाता है, तो 200 मिमी लंबा कार्ट्रिज हीटर लगभग 2.5 मिमी बढ़ जाता है। यह विकास हीटर या गर्म भाग पर संपीड़न बल डालता है, जिसके कारण हीटर मुड़ सकता है या गर्म भाग का आकार बदल सकता है। एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए हीटर में बंद सिरे पर थ्रू-होल या एक्सपेंशन क्लीयरेंस होता है, और इसे टर्मिनल सिरे पर जगह पर रखा जाता है ताकि इसे बाहर आने से रोका जा सके और साथ ही इसकी लंबाई भी बढ़ सके।