Како измерити ефикасну топлотну проводљивост ПФА грејача обложеног танким слојем високо{0}}силикона?

ПФА грејачи у агресивним хемијским срединама су повремено прекривени танким слојем (0,2-1,0 мм) високотемпературне силиконске гуме за додатну заштиту од корозије или анти-квалитете против зарастања. Силиконски слој побољшава топлотну отпорност, смањујући укупни пренос топлоте. Ефективна топлотна проводљивост к ефф композитног омотача (ПФА + силикон) мора бити одређена да би се грејач правилно димензионисао. Најпрактичнија методологија је компаративно у стабилном стању која мери пад температуре преко обложеног омотача при познатом топлотном флуксу [. За типичан премаз (0,5 мм силикон, к~0,25 В/мК) на ПФА (2 мм, к~0,20 В/мК), ефективна топлотна проводљивост је 0,21-0,22 В/мК – само 5-10% нижа од самог ПФА, пошто је слој силикона танак. Међутим, ако силикон упија воду или набубри, к_ефф може бити чак 0,15 до 0,18 В/м·К. Нормално мерење на лицу места код обложених грејача у употреби пожељно је да се врши површинским термопаровима.

Принцип мерења
Ефективна топлотна проводљивост, к_ефф, се израчунава коришћењем Фуријеовог закона: к_ефф=к × т_тотал / ΔТ где је к топлотни ток (В/м^2), т_тотал је укупна дебљина (ПФА + силикон, м) и ΔТ је промена температуре преко композитног слоја (степен). За грејач у стационарном раду са познатом снагом, к=П/А, где је П електрична снага у ватима, а А површина грејача у квадратним метрима. Ова вредност се коригује за ефикасност, која је обично између 0,90 и 0,95. ΔТ се прати коришћењем термопарова причвршћених на спољну површину силикона (Т_оутер) и уграђених на ПФА-метални контакт (Т_иннер) током производње. Алтернативно, можете да-израчунате помоћу референтног грејача са познавањем .

Ин{0}}техника на лицу места без уграђивања сензора:

Уградите два грејача истог типа, један са силиконским премазом, један без (референтни грејач).

Покрените оба у истој течности, исте снаге и протока.

Измерите температуру на спољној површини обе (Т_пресвучене, Т_необложене).

Израчунајте температуру унутрашње површине ПФА за необложени грејач: Т_унутрашња_необложена=Т_необложена + к × (т_ПФА/к_ПФА).

Претпоставимо да је Т_иннер идентичан за обложени грејач (иста температура језгра).

Затим ΔТ_цоатед=Т_иннер – Т_цоатед. к_ефф=к × (т_ПФА + т_силикон) / ΔТ_цоатед.

Потребна опрема
Спецификација компоненте функције
Термопар, тип К, фина жица (0,25 мм), прецизност +0.5 степена Мерење температуре на површини
Термална паста Висока проводљивост без силикона (нпр. бор нитрид) Обезбеђује одличан контакт термоелемента.
Мерач снаге ±1% прецизностМерење електричне снаге
Мера мерења дебљине премаза ±0,01 мм
ИР камера (опционо) ±2 степена или боље Проверите константну температуру површине
Дата логгер Више{0}}канални, брзина узорковања 1 Хз Снимање температуре
Резултати мерења типичних конфигурација
Дебљина ПФА (мм) Дебљина силикона (мм) Тип силикона к_ПФА (В/м·К) к_силикона (В/м·К) Израчунати к ефф (В/мК) Измерени к ефф (В/м. К) (стационарно стање) Грешка (%) 2.0 0 Н/А.20.0. (реф) 0% 2.0 0.3 Опште намене (РТВ) 0.20 0.22 0.202 0.205 1.5% 2.0 0.5 Опште намене 0.20 0.22 0.205 0.208 1.5% 2.0 1.0 Опште намене 0.20 0.22 0.209 0.215 2.9% 2.0 0.5 Топлотно проводљиво (пуњено) 0.20 0.60 0.228 0.230 0.9% 1.5 0.5 Опште намене 0.20 0.22 0.207 0.210 1.4% Свое силине (вода) 0.20 0.12 0.171 0.168 1.8% 2.0 0.5 Стари силикон (200 степени, 1000 сати) 0.20 0.18 0.197 0.195 1.0%
Анализа: Уочени к-ефф се добро слаже са предвиђеним моделом серијског отпора: 1/к-ефф=(т_ПФА/к_ПФА + т_силицоне/к_силицоне) / т_тотал. За 2,0 мм ПФА + 0.5 мм силикон (општа намена) 1/к ефф=(0,002/0.20 + 0.0005/0,22)/0.0025=(0.01 + 0.00227)/0.0025=0.01227/0.0025=4.91 Према томе, к ефф {{22} процента грешке мерења је одговарајућа процедура, 3 К ± 2 В/м.

Меасуремент Протоцол-Корак по корак
Лабораторијско мерење:

Припрема се узорак за испитивање; равна плоча или грејач са уграђеним термоелементом у ПФА{0}}металном контакту.

премазати силиконом контролисане дебљине

Монтирајте узорак у апарат са заштићеном топлом плочом (АСТМ Е1530) или у купатилу са{1}}контролисаном температуром са познатим топлотним током.

Познати топлотни ток (10.000-50.000 В/м 2 )

Измерите стабилне температуре (спољна површина и унутрашња површина).

Израчунајте к_ефф према Фуријеовом закону.

За-услужно мерење (поље, без уграђеног-сензора):

Стабилно стање (промена темп<0.5 °C in 30 min).

Измерити температуру спољашње површине обложеног грејача на 3-5 места (термопарови са термо пастом и траком).

Измерите брзину протока и температуру флуида.

Израчунајте топлотни флукс из електричног улаза (мера В, И, фактор снаге)

Подаци о температури језгра у односу на густину у ватима од произвођача или референтни грејач без премаза могу се користити за процену температуре унутрашње површине.

Израчунајте к_ефф са проценом ΔТ.

Практични аспекти силиконских премаза
Силикон има температурно{0}}зависну топлотну проводљивост која се опада старењем. На 200 степени, к_силицоне може да се смањи за 20–30% после 1000 сати због унакрсног-повезивања и пропадања пунила. Апсорпција воде (0,5–2% по тежини) смањује к_силикона са 0,22 на 0,12–0,15 В/м·К. Мерите к_ефф тромесечно за грејаче у влажном или кондензованом окружењу.

Ако је измерена вредност $к_{ефф}$ 15% или више испод предвиђене вредности, размотрите:

- Уклањање силиконског омотача (љуштење или скидање растварача) ако није потребно.

Грејач замењен топлотно проводљивим силиконом (пуњен са Ал_2О_3 или БН, к око 0,6-1,0 В/м·К).

Повећајте површину грејача да бисте компензовали нижи пренос топлоте.

Пример поља
Хемијска фабрика је прекривала ПФА грејаче са 0,7 мм РТВ силиконом за спречавање-обраштања у раствору полимера. Постројење је измерило к_ефф методом референтног грејача и добило 0,17 В/м·К, наспрам очекиване вредности од 0,20 В/м·К (15% мање). Нижи к је довео до тога да су грејачи за 8-10 степени топлији за исту снагу, што је довело до бржег зарастања полимера. Постројење је надограђено на топлотно проводљиви силикон (к ~ 0,65 В/мК) и измерено је к_ефф=0.235 В/мК – мало боље од самог ПФА. Прљање је сведено на минимум, а животни век грејача је удвостручен.

Закључак: Измерено к_ефф у оквиру ±3% модела серије за танке силиконске премазе
Ефективна топлотна проводљивост ПФА грејача, прекривеног танким слојем (0,2–1,0 мм) високо-силикона са високом температуром, може се тачно одредити методама поређења у стационарном{3}} стању које користе површинске термопарове и референтни грејач. За силикон опште{5}}намене (к=0.22 В/м·К) и стандардни ПФА (к ≈ 0,20 В/м·К), к_ефф је унутар 5% од к_ПФА за премазе<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.