Ketumpatan Watt dan Reka Bentuk Terma untuk Sub{0}}Aplikasi Sifar

Salah satu kesilapan yang paling biasa orang lakukan apabila memilih pemanas kartrij adalah tidak memberi perhatian kepada ketumpatan watt, iaitu jumlah elektrik yang keluar dari setiap kaki persegi luas permukaan. Parameter ini jauh lebih penting di lokasi dengan suhu di bawah -40 darjah kerana pemanas perlu menangani banyak kehilangan haba sambil mengelak kerosakan yang mungkin berlaku apabila permukaan terlalu panas.

Pemanas kartrij standard boleh mencapai ketumpatan watt sehingga 63W/cm² (400W/in²), yang menjadikannya hebat untuk memanaskan acuan suntikan plastik dan peralatan pembungkusan dengan cepat. Reka bentuk berketumpatan tinggi-ini berfungsi kerana pemanas dikelilingi oleh jisim yang dipanaskan yang dengan cepat mengalihkan haba daripada pemanas. Tetapi matematik berubah apabila cuaca sejuk di luar. Pemanas yang sama perlu berurusan dengan jisim terma bahagian yang dipanaskan serta kehilangan haba berterusan ke udara pada -40 darjah atau pengaliran melalui sambungan struktur.


Apabila jurutera haba yang berpengalaman memulakan pengiraan mereka, mereka menggunakan keperluan haba asas: Q=m × c × ΔT / t, dengan Q ialah watt, m ialah jisim, c ialah haba tentu, ΔT ialah perubahan suhu, dan t ialah masa. Kemudian mereka menambah bahagian kehilangan haba, iaitu pekali pemindahan haba dikali gandakan luas permukaan dengan perubahan suhu daripada ambien. Dalam cuaca -40 darjah dengan angin, kehilangan perolakan mungkin lebih daripada jumlah pemanasan konduktif yang diperlukan, malah kadangkala menggandakan jumlah watt yang diperlukan.



Dalam amalan, ini bermakna bahawa pemanas kartrij untuk cuaca sejuk biasanya mempunyai ketumpatan watt yang lebih rendah daripada untuk suhu panas, biasanya 10–25W/cm² dan bukannya 40–63W/cm². Kaedah berhati-hati ini mempunyai banyak faedah. Suhu permukaan yang lebih rendah memperlahankan proses pengoksidaan pada wayar rintangan, yang boleh menjadikan pemanas bertahan selama bertahun-tahun dan bukannya hanya berbulan-bulan. Pengagihan haba yang lebih konsisten menghentikan tompokan panas yang memecahkan penebat magnesium oksida. Dan perbezaan suhu yang lebih kecil antara pemanas dan udara sekeliling mengurangkan tegasan haba pada bahagian yang dipanaskan.

Fakta terma ini mesti diambil kira semasa membuat rancangan untuk pengurusan suhu. Apabila pemanas bertukar antara kuasa penuh dan mati, suhu boleh berubah sebanyak ±10 darjah atau lebih. Apabila suhu -40 darjah , tempoh mati membiarkan benda menjadi sejuk dengan cepat, yang memberi tekanan pada bahan dan membazir tenaga dengan memanaskannya. Menggunakan{10}}geganti keadaan pepejal atau pengawal kuasa SCR untuk kawalan berkadar memastikan tahap kuasa stabil dan sepadan dengan kehilangan haba dengan tepat. Ini mengekalkan suhu dalam ±2 darjah titik tetap dan mengurangkan penggunaan tenaga sebanyak 20–30% berbanding kawalan bang-bang.

Dalam kes ini, meletakkan termokopel di tempat yang betul adalah satu seni. Meletakkan penderia di hujung pemanas memberikan tindak balas terpantas, tetapi ia memantau suhu pemanas dan bukannya suhu proses. Meletakkannya dalam jisim panas menghasilkan data proses yang lebih tepat, tetapi ia juga menambahkan ketinggalan, yang mungkin menyebabkan overshoot. Jawapannya selalunya menggunakan dua penderia: satu di pemanas untuk memastikan keadaan selamat dan satu dalam proses untuk mengawal sesuatu. Algoritma kawalan perlu mencari keseimbangan yang betul antara tindak balas cepat dan kestabilan.

Dalam-pemasangan suhu rendah, zon sejuk memerlukan penjagaan khas. Apabila kotak terminal terdedah kepada -40 darjah , bahagian yang tidak dipanaskan pada hujung plumbum, yang biasanya 5–10mm dalam pemanas biasa, mungkin perlu dipanjangkan kepada 25–50mm. Ini menghentikan titik penyambung daripada turun ke bawah takat embun, apabila pemeluwapan terkumpul dan menyebabkan masalah elektrik. Sesetengah reka bentuk menggunakan selekoh sudut kanan atau sambungan sarung untuk mengarahkan petunjuk melalui dinding terlindung sambil mengekalkan zon pemanasan aktif di tempat yang betul.

Menguruskan pengembangan terma mempunyai kesan pada kedua-dua spesifikasi pemanas dan reka bentuk pemasangan. Apabila dipanaskan daripada -40 darjah hingga 300 darjah , pemanas kartrij sepanjang 200mm bertambah kira-kira 2.5mm. Perkembangan ini meletakkan daya mampatan pada pemanas atau bahagian yang dipanaskan, yang mungkin menyebabkan pemanas itu bengkok atau bahagian yang dipanaskan berubah bentuk. Pemanas-yang direka dengan baik mempunyai lubang telus atau kelegaan pengembangan pada hujung tertutup, dan ia dipegang pada tempatnya di hujung terminal untuk mengelakkannya daripada terkeluar sementara masih membenarkannya memanjang.